Влияние сочетания деформаций при 77 К волочением и квазигидроэкструзией на физико-механические свойства и структурное состояние стали 06Х16Н15М3Б
Показана эффективность применения последовательного сочетания деформирования при 77 К путем волочения и квазигидроэкструзии для реализации интенсивных пластических деформаций, обеспечивающих высокую полноту γ → α-превращений и существенное повышение прочности стали аустенитного класса 06Х16Н15М3Б. О...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Дата: | 2008 |
| Автори: | , , , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2008
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/110760 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Влияние сочетания деформаций при 77 К волоченим и квазигидроэкструзией на физико-механические свойства и структурное состояние стали 06Х16Н15М3Б/ И.М. Неклюдов, О.И. Волчок, В.В. Калиновский, В.С. Оковит, В.И. Соколенко, П.А. Хаймович, Н.А. Черняк, Л.А. Чиркина // Вопросы атомной науки и техники. — 2008. — № 1. — С. 108-114. — Бібліогр.: 23 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859618255805612032 |
|---|---|
| author | Неклюдов, И.М. Волчок, О.И. Калиновский, В.В. Оковит, В.С. Соколенко, В.И. Хаймович, П.А. Черняк, Н.А. Чиркина, Л.А. |
| author_facet | Неклюдов, И.М. Волчок, О.И. Калиновский, В.В. Оковит, В.С. Соколенко, В.И. Хаймович, П.А. Черняк, Н.А. Чиркина, Л.А. |
| citation_txt | Влияние сочетания деформаций при 77 К волоченим и квазигидроэкструзией на физико-механические свойства и структурное состояние стали 06Х16Н15М3Б/ И.М. Неклюдов, О.И. Волчок, В.В. Калиновский, В.С. Оковит, В.И. Соколенко, П.А. Хаймович, Н.А. Черняк, Л.А. Чиркина // Вопросы атомной науки и техники. — 2008. — № 1. — С. 108-114. — Бібліогр.: 23 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вопросы атомной науки и техники |
| description | Показана эффективность применения последовательного сочетания деформирования при 77 К путем волочения и квазигидроэкструзии для реализации интенсивных пластических деформаций, обеспечивающих высокую полноту γ → α-превращений и существенное повышение прочности стали аустенитного класса 06Х16Н15М3Б. Обоснован структурно-фазовый критерий оптимизации долей деформации при комбинации способов деформирования с различными эпюрами напряжений для аустенитного состояния и установлено, что завершающим этапом при этом должен быть способ деформации, развивающийся в условиях всестороннего сжатия.
Показана ефективність застосування послідовного сполучення деформування при 77 К шляхом волочіння та квазигідроекструзії для реалізації інтенсивних пластичних деформацій, які забезпечують високу повноту γ → α-перетворень та істотне підвищення міцності сталі аустенітного класу 06Х16Н15М3Б. Обґрунтований структурно-фазовий критерій оптимізації часток деформації при комбінації способів деформування з різними епюрами напружень для аустенітного стану, та встановлено, що завершальним етапом при цьому повинен бути спосіб деформації, який розвивається в умовах всебічного стиснення.
We showed the effectiveness of applying a sequential combination of deformation at 77 K by drawing and quasihydroextrusion to obtain significant plastic deformations that enable high density of γ → α-conversions as well as considerable increase in the durability of the austenitic class steel 06Kh16N15М3B. We explained the structural phase criterion for optimization of deformation contributions combining methods with varying epure of stress for austenitic state and determined that the final step must be a deformation method developing in an isotropic compression.
|
| first_indexed | 2025-11-28T21:54:16Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 669.018. 9:621.9.048
ВЛИЯНИЕ СОЧЕТАНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ ПРИ 77 К ВОЛОЧЕНИЕМ
И КВАЗИГИДРОЭКСТРУЗИЕЙ НА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ
СВОЙСТВА И СТРУКТУРНОЕ СОСТОЯНИЕ СТАЛИ 06Х16Н15М3Б
И.М. Неклюдов, О.И. Волчок, В.В. Калиновский, В.С. Оковит, В.И. Соколенко,
П.А. Хаймович, Н.А. Черняк, Л.А. Чиркина
Национальный научный центр “Харьковский физико-технический институт”,
г.Харьков, Украина
Показана эффективность применения последовательного сочетания деформирования при 77 К путем во-
лочения и квазигидроэкструзии для реализации интенсивных пластических деформаций, обеспечивающих
высокую полноту γ→α-превращений и существенное повышение прочности стали аустенитного класса
06Х16Н15М3Б. Обоснован структурно-фазовый критерий оптимизации долей деформации при комбинации
способов деформирования с различными эпюрами напряжений для аустенитного состояния и установлено,
что завершающим этапом при этом должен быть способ деформации, развивающийся в условиях всесто-
роннего сжатия.
ВВЕДЕНИЕ
Одним из основних путей получения объёмных
металлических наноструктурных материалов
является применение интенсивных пластических
деформаций (ИПД), в результате которых в
массивных материалах идут процессы измельчения
микроструктуры до наноразмеров. ИПД
реализуются при высоких механических
напряжениях, которые достигаются путём
применения сложных схем механического
деформирования, например, интенсивного кручения
под высоким давлением, равноканального углового
прессования и др. [1-3]. В результате имеют место
пластические деформации материала сложной рео-
логии, обеспечивающие высокие прочностные ха-
рактеристики материала при подавлении развития
процессов нарушения сплошности и разрушения.
Аналогичный характер воздействия может быть реа-
лизован при последовательном сочетании таких
способов деформирования, для которых характерны
различные эпюры механических напряжений
(например, волочение и экструзия). Причем,
представляется целесообразным осуществлять та-
кие деформации в условиях низких температур,
когда формируется широкий спектр и высокая кон-
центрация дефектов кристаллического строения, что
в значительной степени определяет образование в
металлах и сплавах субмикродисперсных структур
[4-8].
Задачи настоящей работы предусматривали
установление эффективности низкотемпературных
условий (77 К) деформирования и исследование
влияния комбинации деформаций при 77 К путём
волочения и квазигидроэкструзии (КГЭ) на физико-
механические свойства и микроструктурные пара-
метры стали аустенитного класса.
МЕТОДИКА
Объектом исследования была аустенитная сталь
06Х16Н15М3Б (≤0,06% С; 15…17% Cr; 14…16% Ni;
2,5…3,5% Mo; 0,25…0,5% Nb), полученная путём
вакуумного переплава с дополнительным легирова-
нием скандием до 0,15%. После выдавливания слит-
ка и волочения при комнатной температуре прово-
лочный материал отжигали при 1370 К (Р=10-5 Торр)
в течение 1 ч, что обеспечивало полную гомогениза-
цию и формирование аустенитной структуры. По-
следующие деформации при 77 К путем волочения
и КГЭ до различных степеней ε=10…70% осуще-
ствляли на специальных устройствах, подробно опи-
санных в [9,10]. Кроме того, часть исходных прово-
лочных образцов деформировали в два этапа: на
первом этапе (ε1) – путём волочения при 77 К до
различных диаметров (ε1 =10…60%), а на втором (ε
2) – путём КГЭ при 77 К до конечной деформации εк
= ε1 + ε2 = 70%. Такой методический подход позво-
лял изучить влияние соотношения долей разных
способов деформации для оптимизации эффектив-
ности их комбинации на физико-механические ха-
рактеристики стали 06Х16Н15М3Б.
После осуществления деформаций путем волоче-
ния, КГЭ и комбинированной обработки проводили
измерения микротвёрдости при 300 К и полевых за-
висимостей намагничивания М(Н) при 77 К, по ко-
торым определяли количество магнитной фазы [11].
Контроль параметров дислокационной структуры
стали после примененных обработок осуществляли
из данных измерения амплитудных зависимостей
декремента затухания (АЗВТ) низкочастотных
(0,3 Гц) крутильных колебаний в диапазоне (1…20)⋅
10-5 при 300 К на установке [12]. Эффективность
низкотемпературных условий обработки определяли
из сравнительных данных, полученных при испыта-
ниях на растяжение при 300 К проволочных образ-
цов, прошедших волочение при 300 и 77 К до раз-
личных степеней деформации, и данных измерения
относительного электросопротивления R300/R77 (по-
тенциометрический метод).
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2008. № 1.
Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (17), с.108 - 114.
108
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
Роль температурных условий деформации
волочением видна из приведенных в табл.1 сравни-
тельных данных физико-механических характери-
стик стали 06Х16Н15М3Б после различных темпе-
ратурно-силовых режимов деформации волочением.
Из этой таблицы следует, что значения механиче-
ских характеристик после сопоставимых степеней
деформации волочением при 77 К существенно
выше, чем после волочения при 300 К. Так, относи-
тельный эффект деформационного упрочнения (
%100d ⋅
−
=∆
o
o
σ
σσ
σ , где σd – значение σ0,2 или σв по-
сле деформации; σо – значение σ0,2 и σв в исходном
состоянии) увеличивается с ростом степени дефор-
мации и после волочения при 77 и 300 К, например
для ε =70% составляет соответственно, по σ0,2 – 480
и 130%, по σв – 176 и 126%. Большее упрочнение
после волочения в низкотемпературных условиях
сопровождается также и более значительным ростом
электросопротивления, чем после деформации при
300 К. Значения R300/R77 составляют 0,96 и 0,78 соот-
ветственно для деформации при 77 и 300 К против
0,75 для исходного состояния.
Таким образом, выявленная эффективность
упрочнения и дефектообразования после деформа-
ции в криогенных условиях определяет целесооб-
разность ее использования для формирования суб-
мелкодисперсного состояния при последовательном
сочетании разных способов деформирования.
Рассмотрим результаты измерений физико-меха-
нических характеристик и микроструктурных пара-
метров стали 06Х16Н15М3Б после волочения, КГЭ
и их последовательного сочетания при 77 К. На
рис.1 приведена зависимость микротвердости стали
от степени прeдварительной дефорации при 77 К пу-
тем волочения, КГЭ, а также зависимость микро-
твердости после комбинированной обработки до ε
К=70% от степени деформации на первом этапе ε1
(деформация волочением при 77 К). Следует отме-
тить ряд существенных отличий в характере упроч-
нения стали при этих способах деформирования.
Во-первых, эффект деформационного упрочнения
после волочения выше, чем после КГЭ. Во-вторых,
кривая Нµ (ε) после волочения растёт линейно, а по-
сле КГЭ при ε>50% происходит насыщение упроч-
нения. В результате последова–тельного сочетания
волочения и КГЭ до εК=70% наблюдается
упрочнение, величина которого не достигается как в
случае деформации волоченим, так и КГЭ в
отдельности. Обращает на себя внимание тот факт,
что в результате осуществления такой
комбинированной обработки имеет место оптимум
упрочнения, который проявляется при
определенном соотношении долей деформации ε1 и
ε2 разными способами деформирования (ε1 ≈50%).
20 30 40 50 60 70
20 30 40 50 60 70
2000
3000
4000
5000
6000
H
µ
, М
П
а
ε , %
ε
1
, %
A
B
C
Рис.1. Зависимость микротвердости стали
06Х16Н15М3Б: от степени дефорации волочением
при 77 К (•), КГЭ при 77 К (ο); от доли деформации
на первом этапе обработки (волочение при 77 K)
при последовательном сочетании волочения и КГЭ,
εК=70% (); исходное состояние (- - -)
.
Результаты магнитных измерений показали, что
в процессе криогенного деформирования в структу-
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2008. № 1.
Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (17), с.108 - 114.
109
Таблица 1
Физико-механические свойства стали 06Х16Н15М3Б после
различных температурно-силовых режимов деформации волочением
Температурно-силовой
режим деформации
волочением
σ0,2,
МПа
∆σ0,2,
%
σв,
МПа
∆σв,
% R77/R300
Исходное (гомогенизированное) состояние 250 - 650 - 0,75
ε=26% Т=77 К 700 180 1200 84 0,83
Т=300 К 600 140 860 32 0,76
ε=42% Т=77 К 1150 360 1600 146 0,91
Т=300 К 620 172 1150 76 0,77
ε=70% Т=77 К 1270 408 1800 176 0,96
Т=300 К 950 280 1470 126 0,78
ре стали образуется мартенситная α-фаза с ферро-
магнитной спиновой упорядоченностью. Снятые
кривые намагничивания образцов представляют со-
бой типичные петли гистерезиса. Оценки, сделан-
ные по данным предельных значений намагничен-
ности, показали, что процентное содержание α-фазы
(сα) возрастает со степенью пластической деформа-
ции, причём после волочения оно больше, чем после
КГЭ при сопоставимых степенях деформации
(рис.2, табл.2). В результате применения комбина-
ции волочения и КГЭ с оптимальным соотношением
долей ε1 и ε2 величина сα достигает максимального
значения и составляет ≈50%.
По результатам измерения АЗВТ (рис.3) опреде-
ляли значения уровней фона внутреннего трения и
критических амплитуд отрыва дислокаций от точек
закрепления γкр1, которые можно идентифицировать
как стартовые напряжения движения дислокаций
[13]. Из кривых АЗВТ для стали 06Х16Н15М3Б,
подвергнутой различным видам деформации при
77 К, следует, что самый низкий уровень фона ха-
рактерен для исходного (аустенитного) состояния, а
максимальный – для комбинации волочения и КГЭ
(см. табл.2). Важно отметить, что при одинаковой
степени деформации волочением и КГЭ (ε=70%) бо-
лее высокий уровень фона АЗВТ наблюдается после
волочения. Из кривых δ(γ) также следует, что ве-
личина γкр1 имеет максимальное значение после во-
лочения, а самое низкое – после комбинации воло-
чения и КГЭ.
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Приведенные экспериментальные данные свиде-
тельствуют об эффективности использования для
стали аустенитного класса низкотемпературных
условий предварительной деформации для достиже-
ния существенно большего упрочнения, чем после
деформации при 300 К. Согласно результатам про-
веденных измерениий магнитных свойств и электро-
сопротивления после волочения (см. табл.1), а также
литературным данным [14], это обусловлено разви-
тием при низкотемпературном деформировании в
сталях такого типа фазовых γ→α-превращений по
мартенситной кинетике с образованием новых гра-
ниц раздела и увеличением плотности дефектов в
кристаллических решетках мартенсита и остаточно-
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2008. № 1.
Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (17), с.108 - 114.
110
Таблица 2
Физико-механические свойства и микроструктурные параметры
стали 06Х16Н15М3Б после различных способов деформирования
Вид обработки Нµ,МПа σ0,2,
МПа
σв,
МПа
R300/R77,
% сα,% γкр1,
10-5 δфона,10-3
Исходное состояние 1750 250 650 0,75 0 4,8 1,5
Волочение при 300 К
( ε =70%)
Волочение при 77 К
(ε =70%)
4030
5250
950
1270
1470
1800
0,78
0,96
0
44
6,8
8,8
3,0
3,15
Квазигидроэкструзия при
77 К (ε =70%) 4120 -
- - 35 5,6 2,75
Последовательное соче-
тание волочения при
77 К и квазигидроэкстру-
зии при 77 К (εк =70%)
5625 -
- - 49 3,5 3,4
0 10 20 30 40 50 60 70
0
10
20
30
40
50
c α
, %
ε , %
Рис.2. Зависимость количества α-фазы в стали
06Х16Н15М3Б от степени деформации при 77 К
различными способами деформирования
(• - деформация волочением; ο-деформация КГЭ;
- последовательное их сочетание с оптимальным
соотношением ε1 и ε2 , εк=70%)
Рис.3. Амплитудная зависимость декремента
затухания стали 06Х16Н15М3Б после различных
способов деформации при 77 К до ε=const=70%
(1 - исходное состояние, 2 - после волочения,
3 - после КГЭ, 4 - после их комбинации с
оптимальным соотношением ε1 и ε2, εк=70%)
го аустенита. Рассмотрим особенности реализации
ИПД в стали 06Х16Н15М3Б при различных спосо-
бах низкотемпературной деформации (волочение,
КГЭ и их последовательное сочетание), отличаю-
щихся эпюрами внутренних напряжений.
Наблюдаемое упрочнение стали 06Х16Н15М3Б
после различных способов деформирования при
77 К может быть обусловлено рядом факторов:
- реализацией деформационного мартенситного γ
→α-превращения;
- фазовым наклепом;
- развитием пластического течения при разных
эпюрах напряжений;
- особенностями реологии при ИПД двухфазных
систем с разным типом кристаллической решетки
(аустенит и мартенсит).
Остановимся на каждом из перечисленных фак-
торов для случаев деформаций волочением, КГЭ и
их последовательной комбинации.
Мартенситные превращения. Как уже отмеча-
лось, для стали 06Х16Н15М3Б деформация в крио-
генных условиях вызывает образование ферромаг-
нитной фазы, причем осуществление деформации
путем волочения способствует более высокой пол-
ноте γ→α-превращений, чем при КГЭ (см. табл.2).
Этот факт может быть следствием специфики видов
напряжённого состояния при деформациях волоче-
нием и КГЭ. Так, согласно [15] особенности реоло-
гии материала при волочении обусловлены тем, что
дополнительные сдвиги, возникающие в слоях осе-
вого направления, имеют в основном растягиваю-
щую компоненту, что определяет высокую степень
внутренних растягивающих напряжений и тем са-
мым создает благоприятные условия для развития γ
→α-превращения и увеличения его полноты. При
КГЭ деформация стали развивается в условиях все-
стороннего сжатия, и уровень гидростатических
давлений при больших степенях деформации (∼
70%) достигает значительных величин (∼10 кбар).
Этот фактор, наряду с тем, что мартенситные
превращения в сталях аустенитного класса проте-
кают с увеличением объема [14], определяет сниже-
ние динамики γ→α-превращений и ограничивает
его полноту. Действительно, по данным магнитных
измерений большее количество α-фазы возникает
при деформации волочением, чем при КГЭ (ε=con-
st). Поскольку при γ→α-превращениях фон внутрен-
него трения резко возрастает [16], то наблюдаемый
после волочения повышенный уровень фона по
сравнению с уровнем фона после КГЭ также под-
тверждает большую полноту превращения для слу-
чая деформации волочением.
Фазовый наклеп. На прочностные характеристи-
ки исследуемой стали может оказывать влияние на-
личие межфазных границ раздела, вызывающих фа-
зовый наклеп, уровень которого определяется про-
тяженностью границ и степенью их когерентности.
Так, большие значения Нµ после волочения могут
быть обусловлены большей объёмной долей меж-
фазных границ. Однако при КГЭ с ростом степени
деформации до 70% значение сα увеличивается, а
упрочнение достигает насыщения уже при ε≥50%
(см. рис.1). Это позволяет полагать, что в случае
КГЭ фазовый наклеп, обусловленный протяженно-
стью границ раздела, не является определяющим
фактором в упрочнении стали. Отсутствие увеличе-
ния упрочнения после КГЭ с ростом степени дефор-
мации свыше 50% можно связать с уменьшением
напряженного состояния межфазных границ раздела
за счет перераспределения и изменения концентра-
ции точечных дефектов при наличии компоненты
сжимающих напряжений. В результате снижается
степень дилатации напряжений в областях скопле-
ния точечных дефектов на границах раздела, что ли-
митирует уровень прочности стали после КГЭ при ε
свыше 50%.
Развитие пластического течения при различных
эпюрах напряжения. Наличие мощного всесто-
роннего давления при КГЭ, кроме влияния на пол-
ноту γ→α-превращений также оказывает
существенное влияние на энергетические и
геометрические параметры дислокаций [17]: уже
при давлении в несколько килобар наблюдаются из-
менения упругих свойств дефектов [18,19]; с ростом
гидростатического давления возрастает собственная
энергия дислокаций, что затрудняет образование на
дислокациях ступенек и перегибов, приводит к сни-
жению подвижности дислокаций, увеличивает
устойчивость дислокационного диполя и способ-
ствует выстраиванию краевых дислокаций одного
знака в стенки, перпендикулярные их плоскости
скольжения. В соответствии с этими
представлениями наличие гидростатического давле-
ния инициирует процессы динамического возврата и
облегчает элементарный акт механической полиго-
низации. Такие процессы возврата, вплоть до разви-
тия рекристаллизации после отогрева до 300 К, на-
блюдались после низкотемпературной прокатки [4]
и КГЭ [20]. С ростом степени деформации КГЭ воз-
растает уровень гидростатического давления, что
приводит к развитию процессов релаксации напря-
жений путем «барополигонизации», т.е. образования
ячеистой дислокационной структуры [21]. Эти меха-
низмы структурообразования при КГЭ объясняют
наблюдаемые в настоящей работе более низкий уро-
вень микротвердости, чем после волочения, и появ-
ление плато на зависимости Нµ(ε) при ε≥50%. При
отсутствии гидростатического давления в случае де-
формации волочением значения микротвердости ли-
нейно увеличиваются без насыщения с ростом сте-
пени деформации вплоть до ε=70%, что свидетель-
ствует об отсутствии при этом активных процессов
возврата во всем диапозоне деформаций и последу-
ющем отогреве до 300 К (см. рис.1). Важно отме-
тить, что и на уровне стартовых напряжений движе-
ния дислокаций сохраняется такое же соотношение:
значения γкр1 для структурного состояния, созданно-
го волочением, больше, чем для структурного состо-
яния, созданного КГЭ (см. рис.3). Следовательно,
гидростатическое сжатие при КГЭ способствует
формированию дислокационной структуры с
большей длиной петли и меньшей энергией связи
дислокаций с точечными дефектами и их комплек-
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2008. № 1.
Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (17), с.108 - 114.
111
сами, что также может быть одной из причин уско-
рения динамического возврата.
Особенности реологии при ИПД двухфазной си-
стемы мартенсит-аустенит. При ИПД двух-
фазных систем с разными пределами текучести
необходимо учитывать особенности развития пла-
стического течения в каждой фазе материала. Ана-
логом особенностей течения аустенитной стали при
используемых деформациях может являться харак-
тер пластического деформирования двухкомпонент-
ных композиционных материалов [22,23], в которых
вначале более активно деформируется «мягкая»
фаза, т.е. в нашем случае аустенит. В результате в
аустените возникают сложные поля упругих вну-
тренних напряжений, которые воздействуют на кри-
сталлы «твердой» мартенситной фазы. При этом за-
метное увеличение плотности дефектов в аустените
по сравнению с мартенситом характерно только для
ранних стадий деформирования. При увеличении
степени низкотемпературной деформации рассмат-
риваемого двухфазного материала скрытая энергия
деформации аустенита резко возрастает и, как след-
ствие, возможно развитие в нем процессов возврата
вплоть до рекристаллизации. Поэтому для структур-
ного состояния исследуемой стали, деформирован-
ной до больших степеней при 77 К и последующего
отогрева до 300 К, становится характерным более
высокая плотность дислокаций в “твердой” α-фазе и
низкая в “мягкой” γ-фазе. Такое предположение
подтверждается сравнительными данными АЗВТ,
согласно которым длина дислокационной петли,
определяющая стартовые напряжения движения
дислокаций, оказывается более закрепленной после
волочения, чем после КГЭ (см. табл.2). Это является
дополнительным фактом более активного развития
процесса динамического возврата при деформирова-
нии материала путем КГЭ.
Рассмотрим далее особенности деформирования
стали 06Х16Н15М3Б при последовательном сочета-
нии двух видов деформирования (волочение и КГЭ),
создающих в материале разные эпюры внутренних
напряжений. Такая комбинированная обработка
применялась при разном соотношении вклада этих
видов деформирования и одинаковой конечной сте-
пени деформации (εк=const=70%). Установлено, что
при такой обработке характер зависимости Нµ от
доли деформирования волочением (γ1) имеет явно
выраженный максимум (см. рис.1). Проанализируем
изменение структурного состояния после дефор-
мирования при 77 К и отогрева до 300 К для трех
случаев: существенного преобладания одного вида
деформации над другим (см. область А и С на рис.1)
и оптимального соотношения долей волочения и
КГЭ (см. область В на рис.1). Микротвердость в об-
ласти А соответствует дефектно-фазовому состоя-
нию стали, формирующемуся после криогенного во-
лочения на малые степени и последующего КГЭ при
77 К на большие степени деформации. При таких
деформациях волочением распределение внутрен-
них напряжений по поперечному сечению образца
неравномерно: центральная часть образца остается
практически в исходном (аустенитном) состоянии, а
максимальные искажения концентрируются в по-
верхностном слое проволочного образца [9]. Кроме
того, полнота γ→α-превращения, определяемая зна-
чениями сα, при волочении в этой области степеней
деформации не превышает 17% (см. рис.2). Таким
образом, на втором этапе обработки деформирова-
нию путем КГЭ подвергается уже двухфазный,
неоднородно деформированный по сечению обра-
зец. В результате происходит выравнивание полей
внутренних напряжений по сечению, поскольку
эпюра напряжений при КГЭ по всему объему мате-
риала однородна [10]. Однако, как отмечалось
выше, при КГЭ на большие степени (ε>50%) интен-
сивно развиваются процессы «барополигонизации».
Поэтому более низкие значения Нµ в области А по
сравнению со значениями Нµ в области В – есть ре-
зультат активного развития процессов возврата,
инициированных и усиленных силами всесторонне-
го сжатия при КГЭ. Отметим, что возможными ме-
ханизмами возврата дефектной структуры в
рассматриваемом случае наряду с процессами “ба-
рополигонизации” могут быть и процессы коллек-
тивного преобразования дислокаций, включая рота-
ционные моды пластического течения.
Уровень микротвердости в области В максима-
лен и достигается при определенном соотношении
долей деформации волочением (ε1) и КГЭ (ε2). При
такой комбинации двух видов деформации реализу-
ется наибольшая полнота γ→α-превращения, что
подтверждается магнитными измерениями и
максимальным уровнем фона внутреннего трения
(см. табл.2, рис.2). Важно отметить, что микрострук-
турное состояние стали для рассматриваемого слу-
чая характеризуется минимальными значениями
стартовых напряжений движения дислокаций
(табл.2, рис.2), что находится в соответствии с дан-
ными работ [18,19] об изменении упругих свойств
дислокаций при наличии всестороннего сжатия в
эпюре напряжений деформируемого материала. По-
скольку уровень деформации при КГЭ не превышал
50% (см. рис.1), то активных процессов возврата де-
фектной структуры, а следовательно, и падения зна-
чений Нµ не происходит даже при отогреве до 300 К.
Отсутствие процессов возврата определяет дальней-
шее увеличение скрытой энергии деформации без
нарушения сплошности материала. Такие процессы
структурообразования возможны при наличии все-
стороннего сжатия в процессе деформации, подав-
ляющего развитие трещинообразования, и достига-
ются при КГЭ на последнем этапе обработки.
В области С деформированию путем КГЭ под-
вергается сталь, прошедшая волочение при 77 К до ε
1>50%, и в которой согласно данным магнитных из-
мерений и АЗВТ (см. табл.2) сформирована двух-
фазная, сильноискаженная структура с высоким
уровнем скрытой энергии деформации. Процессы
возврата в такой структуре стали 06X16Н15М3Б, со-
зданной путем волочения, согласно [5] начинают ре-
ализовываться лишь при нагреве до 500 К. Посколь-
ку КГЭ осуществляется как завершающий этап ком-
бинированной обработки и развивается в условиях
всестороннего сжатия, ускоряющего реализацию
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2008. № 1.
Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (17), с.108 - 114.
112
релаксации напряжений, то низкое значение микро-
твердости в области С по сравнению с областью В
можно объяснить интенсивным развитием динами-
ческого возврата, который при волочении не проис-
ходит. Недостаточная термическая активация при
волочении компенсируется механической активаци-
ей при КГЭ в условиях высоких гидростатических
давлений. Основными механизмами возврата при
этом могут быть процессы коллективного движения
дислокаций в результате активно протекающего
сдвигового механизма и, как следствие, развития по-
лигонизации.
ВЫВОДЫ
Показано, что при последовательном сочетании
двух способов деформирования с разными эпюрами
напряжений (волочение и экструзия) в криогенных
условиях (77 К) реализуется существенно больший
уровень прочности и полноты γ→α-превращения,
чем в результате применения отдельных способов
деформирования до одинаковой конечной степени
деформации.
Установлено, что максимальные значения проч-
ностных характеристик при такой комбинирован-
ной обработке достигаются при условиях подавле-
ния процессов динамического возврата, которые
обеспечиваются оптимизацией долей используемых
способов деформирования.
Показано, что наряду со сложными схемами до-
стижения ИПД, требующими специального обору-
дования и оснастки, целесообразно использовать по-
следовательное сочетание традиционных способов
деформирования с отличающимися эпюрами вну-
тренних напряжений. При этом завершающим эта-
пом такой комбинированной обработки должен
быть способ деформирования, обеспечивающий
условия всестороннего сжатия.
ЛИТЕРАТУРА
1. В.Е.Панин. Физическая мезомеханика и
компьютерное конструирование материа-
лов. Новосибирск: “Наука”, т.1, 1995, с.7-49.
2. Р.З.Валиев, И.В.Александров. Нанострук-
турные материалы, полученные интенсив-
ной пластической деформацией. М.: «Ло-
гос», 2000. с.5-60.
3. Я.Е.Бельгейзимер, Д.Ф.Орлов, Д.В.Сынков
и др. Винтовое прессование: технологиче-
ские аспекты // Физика и техника высоких
давлений. 2002, т.12, №4, с.40-47.
4. И.А.Гиндин, Я.Д.Стародубов, В.К.Аксенов.
Структура и прочностные свойства метал-
лов с предельно искаженной кристалличе-
ской решеткой [обзор]. // Металлофизика,
1980, т.2, №2, с.49-67.
5. O.I.Volchok, I.M.Neklyudov, Ja.D.Starodubov,
B.P.Chornyi. Effects of cryogenic deformation
on hardening of 06Kh16N15M3B steel //
Cryogenics. 1992, ICMC Supplment, v.32,
p.114-116.
6. В.К.Аксенов, О.И.Волчок, А.В.Мац,
Я.Д.Стародубов. Особенности структуры и
механических свойств ваннадия после
больших низкотемпературных деформаций
волочением // Физика низких температур.
1995, т.21, №12, с.1246-1253.
7. А.С.Кальченко, А.В.Мац, И.М.Неклюдов,
В.И.Соколенко, Я.Д.Стародубов,
П.А.Хаймович. Влияние отжига на свойства
стали Х18Н10Т, деформированной
квазигидроэкструзией при 77 К //
Металлофизика и новейшие технологи.
2005, т.27, в.5, с.585-593.
8. О.И.Волчок, М.Б.Лазарева, А.В.Мац,
Я.Д.Стародубов, Н.А.Черняк, О.В.Черный.
Влияние низкотемпературной деформации
волочением на структуру и деградацию кри-
тического тока под нагрузкой сверхпровод-
ника из сплава ниобий-титан // Физика низ-
ких температур. 2005, т.31, №10, с.1171-
1176.
9. О.И.Волчок, Л.И.Дмитренко, В.А.Емляни-
нов, Н.А.Яес. Установка для деформирова-
ния волочением в криогенных условиях //
Вопросы атомной науки и техники. Серия:
«Вакуум, чистые металлы, сверхпроводни-
ки». 2003, №5, (13), с.159-161.
10. В.У.Асанов, А.В.Мац, П.А.Хаймович.
Устройство для квазигидроэкструзии метал-
лов при низких температурах // Физика и
техника высоких давлений. Киев: Наукова
думка, 1983, в.14, с.64-65.
11. Б.Г.Лазарев, Л.С.Лазарева, В.А.Полтавец,
С.И.Горидов // Вопросы атомной науки и
техники. Серия: «Фундаментальная и при-
кладная сверхпроводимость», 1989, в.7(7),
с.11.
12. И.А.Гиндин, Л.А.Чиркина, В.И.Коваленко,
В.С.Оковит, Я.Д.Стародубов. Установка для
измерения низкочастотного внутреннего
трения и модулей упругости в интервале 10-
1100 К // Заводская лаборатория. 1970,
№11, с.1397-1399.
13. В.С.Постников. Внутреннее трение в ме-
таллах. М.: «Металлургия», 1974, 352 с.
14. Металловедение и термическая обработка
стали. Справочник / Под ред. М.А.Берн-
штейна. М.: “Металлургия”, 1983, т.2, c.111-
174.
15. И.А.Юхвец. Волочильное производство. М.:
“Металлургия”, 1965, 374 с.
16. П.Л.Грузин, Е.С.Мачурин, А.А.Васильев,
В.Ю.Фомичев. Механизмы релаксаионных
явлений в твердых телах. Каунас, 1974,
с.149-152.
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2008. № 1.
Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (17), с.108 - 114.
113
17. А.М.Косевич. Дислокации в теории упруго-
сти. Киев: “Наукова думка”, 1978, с.196-
208.
18. А.А.Галкин, В.В.Токий, В.И.Зайцев. Влия-
ние всестороннего гидростатического дав-
ления на взаимодействие дислокаций. //
ДАН АН СССР. 1972, т.204, №2, с.313-315.
19. Ю.Н.Паннотов, В.Н.Стрельцов, В.В.Токий.
Взаимодействие дислокаций с примесями и
включениями в условиях гидростатического
сжатия. // Взаимодействие дефектов и
свойства металлов. Тула, 1976, с.46-50.
20. И.А.Гиндин, Я.Д.Стародубов, М.Л.Старо-
лат, П.А.Хаймович. Особенности дефектной
структуры меди, экструдированной при низ-
ких температурах // Физика металлов и ме-
талловедение, 1979, т.48, №65, с.1004-1009.
21. Е.Д.Мартынов, В.И.Трефилов, С.А.Фир-
стов, Б.Н.Береснев, Ю.Н.Рябинин. Элек-
тронно-микроскопическое исследование
хрома и молибдена, деформированных в
условиях высокого давления // ДАН СССР
1967, т.176, №6, с.1276-1277.
22. В.К.Аксенов, Н.Ф.Андриевская, О.И.Вол-
чок, М.М.Олексиенко, Я.Д.Стародубов,
М.А.Тихоновский. Микроструктура и физи-
ко-механические свойства естественного
композита медь-ниобий после волочения
при 77 К // Металлофизика. 1991, т.13, №5,
с.24-28.
23. Е.Н.Попова, С.В.Сударева, В.В.Попов,
Л.А.Родионова, Е.П.Романов, А.Е.Воробье-
ва, А.К.Шиков. Особенности пластической
деформации композитов Cu/Nb, Cu/Nb(Ti) и
Cu-Sn/Nb (NbTi) // Физика металлов и ме-
талловедение. 2000, т.90, №2, с.115-124.
ВПЛИВ СПОЛУЧЕННЯ ДЕФОРМАЦІЙ ПРИ 77 К ВОЛОЧІННЯМ І
КВАЗИГІДРОЕКСТРУЗІЄЮ НА ФІЗИКО-МЕХАНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ
ТА СТРУКТУРНИЙ СТАН СТАЛІ 06Х16Н15М3Б
І.М. Неклюдов, О.Й. Волчок, В.В. Калиновський, В.С. Оковіт, В.І. Соколенко,
П.О. Хаймович, М.О. Черняк, Л.О. Чиркіна
Показана ефективність застосування послідовного сполучення деформування при 77 К шляхом
волочіння та квазигідроекструзії для реалізації інтенсивних пластичних деформацій, які забезпечують
високу повноту γ→α-перетворень та істотне підвищення міцності сталі аустенітного класу 06Х16Н15М3Б.
Обґрунтований структурно-фазовий критерій оптимізації часток деформації при комбінації способів
деформування з різними епюрами напружень для аустенітного стану, та встановлено, що завершальним
етапом при цьому повинен бути спосіб деформації, який розвивається в умовах всебічного стиснення.
EFFECT OF COMBINING DEFORMATIONS AT 77 К THROUGH DRAWING
AND QUASIHYDROEXTRUSION ON THE MECHANICAL PROPERTIES
AND STRUCTURAL STATE OF STEEL 06Kh16N15М3B
I.М. Neklyudov, О.I. Volchok, V.V. Kalinovskyy, V.S. Okovit, V.I. Sokolenko,
P.A. Khaymovich, N.A. Chernyak, L.А. Chirkina
We showed the effectiveness of applying a sequential combination of deformation at 77 K by drawing and quasi-
hydroextrusion to obtain significant plastic deformations that enable high density of γ→α-conversions as well as
considerable increase in the durability of the austenitic class steel 06Kh16N15М3B. We explained the structural
phase criterion for optimization of deformation contributions combining methods with varying epure of stress for
austenitic state and determined that the final step must be a deformation method developing in an isotropic compres-
sion.
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2008. № 1.
Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (17), с.108 - 114.
114
Национальный научный центр “Харьковский физико-технический институт”,
ВВЕДЕНИЕ
МЕТОДИКА
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
ЛИТЕРАТУРА
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-110760 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-6016 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-28T21:54:16Z |
| publishDate | 2008 |
| publisher | Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Неклюдов, И.М. Волчок, О.И. Калиновский, В.В. Оковит, В.С. Соколенко, В.И. Хаймович, П.А. Черняк, Н.А. Чиркина, Л.А. 2017-01-06T10:09:26Z 2017-01-06T10:09:26Z 2008 Влияние сочетания деформаций при 77 К волоченим и квазигидроэкструзией на физико-механические свойства и структурное состояние стали 06Х16Н15М3Б/ И.М. Неклюдов, О.И. Волчок, В.В. Калиновский, В.С. Оковит, В.И. Соколенко, П.А. Хаймович, Н.А. Черняк, Л.А. Чиркина // Вопросы атомной науки и техники. — 2008. — № 1. — С. 108-114. — Бібліогр.: 23 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/110760 669.018. 9:621.9.048 Показана эффективность применения последовательного сочетания деформирования при 77 К путем волочения и квазигидроэкструзии для реализации интенсивных пластических деформаций, обеспечивающих высокую полноту γ → α-превращений и существенное повышение прочности стали аустенитного класса 06Х16Н15М3Б. Обоснован структурно-фазовый критерий оптимизации долей деформации при комбинации способов деформирования с различными эпюрами напряжений для аустенитного состояния и установлено, что завершающим этапом при этом должен быть способ деформации, развивающийся в условиях всестороннего сжатия. Показана ефективність застосування послідовного сполучення деформування при 77 К шляхом волочіння та квазигідроекструзії для реалізації інтенсивних пластичних деформацій, які забезпечують високу повноту γ → α-перетворень та істотне підвищення міцності сталі аустенітного класу 06Х16Н15М3Б. Обґрунтований структурно-фазовий критерій оптимізації часток деформації при комбінації способів деформування з різними епюрами напружень для аустенітного стану, та встановлено, що завершальним етапом при цьому повинен бути спосіб деформації, який розвивається в умовах всебічного стиснення. We showed the effectiveness of applying a sequential combination of deformation at 77 K by drawing and quasihydroextrusion to obtain significant plastic deformations that enable high density of γ → α-conversions as well as considerable increase in the durability of the austenitic class steel 06Kh16N15М3B. We explained the structural phase criterion for optimization of deformation contributions combining methods with varying epure of stress for austenitic state and determined that the final step must be a deformation method developing in an isotropic compression. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Физика и технология конструкционных материалов Влияние сочетания деформаций при 77 К волочением и квазигидроэкструзией на физико-механические свойства и структурное состояние стали 06Х16Н15М3Б Вплив сполучення деформацій при 77 К волочінням і квазигідроекструзією на фізико-механічні властивості та структурний стан сталі 06Х16Н15М3Б Effect of combining deformations at 77 К through drawing and quasihydroextrusion on the mechanical properties and structural state of steel 06Kh16N15М3B Article published earlier |
| spellingShingle | Влияние сочетания деформаций при 77 К волочением и квазигидроэкструзией на физико-механические свойства и структурное состояние стали 06Х16Н15М3Б Неклюдов, И.М. Волчок, О.И. Калиновский, В.В. Оковит, В.С. Соколенко, В.И. Хаймович, П.А. Черняк, Н.А. Чиркина, Л.А. Физика и технология конструкционных материалов |
| title | Влияние сочетания деформаций при 77 К волочением и квазигидроэкструзией на физико-механические свойства и структурное состояние стали 06Х16Н15М3Б |
| title_alt | Вплив сполучення деформацій при 77 К волочінням і квазигідроекструзією на фізико-механічні властивості та структурний стан сталі 06Х16Н15М3Б Effect of combining deformations at 77 К through drawing and quasihydroextrusion on the mechanical properties and structural state of steel 06Kh16N15М3B |
| title_full | Влияние сочетания деформаций при 77 К волочением и квазигидроэкструзией на физико-механические свойства и структурное состояние стали 06Х16Н15М3Б |
| title_fullStr | Влияние сочетания деформаций при 77 К волочением и квазигидроэкструзией на физико-механические свойства и структурное состояние стали 06Х16Н15М3Б |
| title_full_unstemmed | Влияние сочетания деформаций при 77 К волочением и квазигидроэкструзией на физико-механические свойства и структурное состояние стали 06Х16Н15М3Б |
| title_short | Влияние сочетания деформаций при 77 К волочением и квазигидроэкструзией на физико-механические свойства и структурное состояние стали 06Х16Н15М3Б |
| title_sort | влияние сочетания деформаций при 77 к волочением и квазигидроэкструзией на физико-механические свойства и структурное состояние стали 06х16н15м3б |
| topic | Физика и технология конструкционных материалов |
| topic_facet | Физика и технология конструкционных материалов |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/110760 |
| work_keys_str_mv | AT neklûdovim vliâniesočetaniâdeformaciipri77kvoločeniemikvazigidroékstruzieinafizikomehaničeskiesvoistvaistrukturnoesostoâniestali06h16n15m3b AT volčokoi vliâniesočetaniâdeformaciipri77kvoločeniemikvazigidroékstruzieinafizikomehaničeskiesvoistvaistrukturnoesostoâniestali06h16n15m3b AT kalinovskiivv vliâniesočetaniâdeformaciipri77kvoločeniemikvazigidroékstruzieinafizikomehaničeskiesvoistvaistrukturnoesostoâniestali06h16n15m3b AT okovitvs vliâniesočetaniâdeformaciipri77kvoločeniemikvazigidroékstruzieinafizikomehaničeskiesvoistvaistrukturnoesostoâniestali06h16n15m3b AT sokolenkovi vliâniesočetaniâdeformaciipri77kvoločeniemikvazigidroékstruzieinafizikomehaničeskiesvoistvaistrukturnoesostoâniestali06h16n15m3b AT haimovičpa vliâniesočetaniâdeformaciipri77kvoločeniemikvazigidroékstruzieinafizikomehaničeskiesvoistvaistrukturnoesostoâniestali06h16n15m3b AT černâkna vliâniesočetaniâdeformaciipri77kvoločeniemikvazigidroékstruzieinafizikomehaničeskiesvoistvaistrukturnoesostoâniestali06h16n15m3b AT čirkinala vliâniesočetaniâdeformaciipri77kvoločeniemikvazigidroékstruzieinafizikomehaničeskiesvoistvaistrukturnoesostoâniestali06h16n15m3b AT neklûdovim vplivspolučennâdeformacíipri77kvoločínnâmíkvazigídroekstruzíêûnafízikomehaníčnívlastivostítastrukturniistanstalí06h16n15m3b AT volčokoi vplivspolučennâdeformacíipri77kvoločínnâmíkvazigídroekstruzíêûnafízikomehaníčnívlastivostítastrukturniistanstalí06h16n15m3b AT kalinovskiivv vplivspolučennâdeformacíipri77kvoločínnâmíkvazigídroekstruzíêûnafízikomehaníčnívlastivostítastrukturniistanstalí06h16n15m3b AT okovitvs vplivspolučennâdeformacíipri77kvoločínnâmíkvazigídroekstruzíêûnafízikomehaníčnívlastivostítastrukturniistanstalí06h16n15m3b AT sokolenkovi vplivspolučennâdeformacíipri77kvoločínnâmíkvazigídroekstruzíêûnafízikomehaníčnívlastivostítastrukturniistanstalí06h16n15m3b AT haimovičpa vplivspolučennâdeformacíipri77kvoločínnâmíkvazigídroekstruzíêûnafízikomehaníčnívlastivostítastrukturniistanstalí06h16n15m3b AT černâkna vplivspolučennâdeformacíipri77kvoločínnâmíkvazigídroekstruzíêûnafízikomehaníčnívlastivostítastrukturniistanstalí06h16n15m3b AT čirkinala vplivspolučennâdeformacíipri77kvoločínnâmíkvazigídroekstruzíêûnafízikomehaníčnívlastivostítastrukturniistanstalí06h16n15m3b AT neklûdovim effectofcombiningdeformationsat77kthroughdrawingandquasihydroextrusiononthemechanicalpropertiesandstructuralstateofsteel06kh16n15m3b AT volčokoi effectofcombiningdeformationsat77kthroughdrawingandquasihydroextrusiononthemechanicalpropertiesandstructuralstateofsteel06kh16n15m3b AT kalinovskiivv effectofcombiningdeformationsat77kthroughdrawingandquasihydroextrusiononthemechanicalpropertiesandstructuralstateofsteel06kh16n15m3b AT okovitvs effectofcombiningdeformationsat77kthroughdrawingandquasihydroextrusiononthemechanicalpropertiesandstructuralstateofsteel06kh16n15m3b AT sokolenkovi effectofcombiningdeformationsat77kthroughdrawingandquasihydroextrusiononthemechanicalpropertiesandstructuralstateofsteel06kh16n15m3b AT haimovičpa effectofcombiningdeformationsat77kthroughdrawingandquasihydroextrusiononthemechanicalpropertiesandstructuralstateofsteel06kh16n15m3b AT černâkna effectofcombiningdeformationsat77kthroughdrawingandquasihydroextrusiononthemechanicalpropertiesandstructuralstateofsteel06kh16n15m3b AT čirkinala effectofcombiningdeformationsat77kthroughdrawingandquasihydroextrusiononthemechanicalpropertiesandstructuralstateofsteel06kh16n15m3b |