Механічні властивості бейнітного чавуну при підвищених температурах

Проведено порівняльний аналіз істинних кривих деформаційного зміцнення при стисненні зразків з бейнітного чавуну, що гартувалися при 310 і 350 °С та випробувалися при температурах 20—300 °С. При кімнатній температурі випробувань спостерігалося двократне збільшення швидкості зміцнення в зразку, загар...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Veröffentlicht in:	Электронная микроскопия и прочность материалов
Datum:	2016
Hauptverfasser:	Подрезов, Ю.М., Гогаєв, К.О., Коряк, О.С., Вербило, Д.Г., Волощенко, С.М., Холявко, В.В.
Format:	Artikel
Sprache:	Ukrainian
Veröffentlicht:	Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України 2016
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/125907
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Механічні властивості бейнітного чавуну при підвищених температурах / Ю.М. Подрезов, К.О. Гогаєв, О.С. Коряк, Д.Г. Вербило, С.М. Волощенко, В.В. Холявко // Электронная микроскопия и прочность материалов: Сб. научн . тр. — К.: ІПМ НАН України, 2016. — Вип. 22. — С. 91-101. — Бібліогр.: 14 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-125907
record_format	dspace
spelling	Подрезов, Ю.М. Гогаєв, К.О. Коряк, О.С. Вербило, Д.Г. Волощенко, С.М. Холявко, В.В. 2017-11-09T14:01:59Z 2017-11-09T14:01:59Z 2016 Механічні властивості бейнітного чавуну при підвищених температурах / Ю.М. Подрезов, К.О. Гогаєв, О.С. Коряк, Д.Г. Вербило, С.М. Волощенко, В.В. Холявко // Электронная микроскопия и прочность материалов: Сб. научн . тр. — К.: ІПМ НАН України, 2016. — Вип. 22. — С. 91-101. — Бібліогр.: 14 назв. — укр. XXXX-0048 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/125907 621.78:669.295.5 Проведено порівняльний аналіз істинних кривих деформаційного зміцнення при стисненні зразків з бейнітного чавуну, що гартувалися при 310 і 350 °С та випробувалися при температурах 20—300 °С. При кімнатній температурі випробувань спостерігалося двократне збільшення швидкості зміцнення в зразку, загартованому при 350 °С, схильному до фазового перетворення під дією деформації. З підвищенням температури випробувань різниця в зміцненні суттєво зменшується. Виявлений ефект пояснюється температурною чутливістю фазового перетворення. Проведен сравнительный анализ истинных кривых деформационного упрочнения при сжатии образцов из бейнитного чугуна, закаленных при 310 и 350 °С и испытанных при температурах 20—300 °С. При комнатной температуре испытаний наблюдается двукратное увеличение скорости упрочнения в образце, закаленном при 350 °С и склонном к фазовому превращению под действием пластической деформации. При повышении температуры испытания разница в упрочнении существенно снижается. Обнаруженный эффект объясняется температурной чувствительностью фазового превращения. A comparative analysis of stress-strain work hardening curves obtained in compressive tests at 20—300 °C is carried out for quenched at 310 and 350 °C bainitic cast irons. At room temperature testing sample’s hardening rate is in two times higher for the quenched at 350 °C sample that undergoes strain-induced phase transition. The difference in hardening rate decreases with increasing of temperature. Observed phenomena is related to temperature sensitivity of the phase transition. uk Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України Электронная микроскопия и прочность материалов Механічні властивості бейнітного чавуну при підвищених температурах Механические свойства бейнитного чугуна при повышенных температурах Mechanical properties of bainitic cast irons at high temperature Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Механічні властивості бейнітного чавуну при підвищених температурах
spellingShingle	Механічні властивості бейнітного чавуну при підвищених температурах Подрезов, Ю.М. Гогаєв, К.О. Коряк, О.С. Вербило, Д.Г. Волощенко, С.М. Холявко, В.В.
title_short	Механічні властивості бейнітного чавуну при підвищених температурах
title_full	Механічні властивості бейнітного чавуну при підвищених температурах
title_fullStr	Механічні властивості бейнітного чавуну при підвищених температурах
title_full_unstemmed	Механічні властивості бейнітного чавуну при підвищених температурах
title_sort	механічні властивості бейнітного чавуну при підвищених температурах
author	Подрезов, Ю.М. Гогаєв, К.О. Коряк, О.С. Вербило, Д.Г. Волощенко, С.М. Холявко, В.В.
author_facet	Подрезов, Ю.М. Гогаєв, К.О. Коряк, О.С. Вербило, Д.Г. Волощенко, С.М. Холявко, В.В.
publishDate	2016
language	Ukrainian
container_title	Электронная микроскопия и прочность материалов
publisher	Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України
format	Article
title_alt	Механические свойства бейнитного чугуна при повышенных температурах Mechanical properties of bainitic cast irons at high temperature
description	Проведено порівняльний аналіз істинних кривих деформаційного зміцнення при стисненні зразків з бейнітного чавуну, що гартувалися при 310 і 350 °С та випробувалися при температурах 20—300 °С. При кімнатній температурі випробувань спостерігалося двократне збільшення швидкості зміцнення в зразку, загартованому при 350 °С, схильному до фазового перетворення під дією деформації. З підвищенням температури випробувань різниця в зміцненні суттєво зменшується. Виявлений ефект пояснюється температурною чутливістю фазового перетворення. Проведен сравнительный анализ истинных кривых деформационного упрочнения при сжатии образцов из бейнитного чугуна, закаленных при 310 и 350 °С и испытанных при температурах 20—300 °С. При комнатной температуре испытаний наблюдается двукратное увеличение скорости упрочнения в образце, закаленном при 350 °С и склонном к фазовому превращению под действием пластической деформации. При повышении температуры испытания разница в упрочнении существенно снижается. Обнаруженный эффект объясняется температурной чувствительностью фазового превращения. A comparative analysis of stress-strain work hardening curves obtained in compressive tests at 20—300 °C is carried out for quenched at 310 and 350 °C bainitic cast irons. At room temperature testing sample’s hardening rate is in two times higher for the quenched at 350 °C sample that undergoes strain-induced phase transition. The difference in hardening rate decreases with increasing of temperature. Observed phenomena is related to temperature sensitivity of the phase transition.
issn	XXXX-0048
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/125907
citation_txt	Механічні властивості бейнітного чавуну при підвищених температурах / Ю.М. Подрезов, К.О. Гогаєв, О.С. Коряк, Д.Г. Вербило, С.М. Волощенко, В.В. Холявко // Электронная микроскопия и прочность материалов: Сб. научн . тр. — К.: ІПМ НАН України, 2016. — Вип. 22. — С. 91-101. — Бібліогр.: 14 назв. — укр.
work_keys_str_mv	AT podrezovûm mehaníčnívlastivostíbeinítnogočavunupripídviŝenihtemperaturah AT gogaêvko mehaníčnívlastivostíbeinítnogočavunupripídviŝenihtemperaturah AT korâkos mehaníčnívlastivostíbeinítnogočavunupripídviŝenihtemperaturah AT verbilodg mehaníčnívlastivostíbeinítnogočavunupripídviŝenihtemperaturah AT voloŝenkosm mehaníčnívlastivostíbeinítnogočavunupripídviŝenihtemperaturah AT holâvkovv mehaníčnívlastivostíbeinítnogočavunupripídviŝenihtemperaturah AT podrezovûm mehaničeskiesvoistvabeinitnogočugunapripovyšennyhtemperaturah AT gogaêvko mehaničeskiesvoistvabeinitnogočugunapripovyšennyhtemperaturah AT korâkos mehaničeskiesvoistvabeinitnogočugunapripovyšennyhtemperaturah AT verbilodg mehaničeskiesvoistvabeinitnogočugunapripovyšennyhtemperaturah AT voloŝenkosm mehaničeskiesvoistvabeinitnogočugunapripovyšennyhtemperaturah AT holâvkovv mehaničeskiesvoistvabeinitnogočugunapripovyšennyhtemperaturah AT podrezovûm mechanicalpropertiesofbainiticcastironsathightemperature AT gogaêvko mechanicalpropertiesofbainiticcastironsathightemperature AT korâkos mechanicalpropertiesofbainiticcastironsathightemperature AT verbilodg mechanicalpropertiesofbainiticcastironsathightemperature AT voloŝenkosm mechanicalpropertiesofbainiticcastironsathightemperature AT holâvkovv mechanicalpropertiesofbainiticcastironsathightemperature
first_indexed	2025-11-25T15:50:27Z
last_indexed	2025-11-25T15:50:27Z
_version_	1850517185790738432
fulltext	91 УДК 621.78:669.295.5 Механічні властивості бейнітного чавуну при підвищених температурах Ю. М. Подрезов, К. О. Гогаєв, О. С. Коряк, Д. Г. Вербило, С. М. Волощенко, В. В. Холявко* Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України, Київ, e-mail: podrezov@materials.kiev.ua *Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського" Проведено порівняльний аналіз істинних кривих деформаційного зміцнення при стисненні зразків з бейнітного чавуну, що гартувалися при 310 і 350 °С та ви- пробувалися при температурах 20—300 °С. При кімнатній температурі випробувань спостерігалося двократне збільшення швидкості зміцнення в зразку, загартованому при 350 °С, схильному до фазового перетворення під дією деформації. З підвищенням температури випробувань різниця в зміцненні суттєво зменшується. Виявлений ефект пояснюється температурною чутливістю фазового перетворення. Ключові слова: бейнітний чавун, швидкість зміцнення, деформаційно індуковане фазове перетворення. Температура деформування, безумовно, є одним з найбільш важливих факторів, що впливають на протікання TRIP-ефекту. Це пояснюється тим, що точка мартенситного перетворення, яка відповідає температурі початку перетворення залишкового аустеніту в мартенсит, в бейнітних чавунах лежить поблизу кімнатної температури. Тому в реальних виробах перебіг фазових перебудов під дією деформації може в значній мірі змінюватися в залежності від температури навколишнього середовища. В реальних польових умовах роботи сільськогосподарської техніки на фазові перебудови під дією деформації можуть впливати кліматичні зміни та якість оброблювального ґрунту, про що свідчать результати випробування на знос в різному середовищі. В літературі практично відсутня інформація про вплив температури на механічну поведінку бейнітного чавуну, але існують публікації про меха- нічну поведінку TRIP-сталей [1, 2]. З результатів численних досліджень, де вивчався вплив температури на протікання TRIP-ефекту, відомо, що при зниженні температури нижче кімнатної фазове перетворення інтен- сифікується при малих деформаціях (спостерігається підвищення швидко- сті деформаційного зміцнення), але зі збільшенням деформації швидкість протікання фазового перетворення зменшується і зростання рівномірної деформації не фіксується. Найбільші значення рівномірної деформації характерні для зразків, які випробувані при температурах ~50 °С, тобто близько до робочих температур сільськогосподарської техніки, що працює в літній період. При подальшому підвищенні температури ефект схильності до дефор- © Ю. М. Подрезов, К. О. Гогаєв, О. С. Коряк, Д. Г. Вербило, С. М. Волощенко, В. В. Холявко, 2016 92 мації (deformabilіty) дещо зменшується, але цей механізм продовжує працювати до температур, де починає діяти ефект динамічного деформа- ційного старіння (ДДС). Метою роботи є дослідження механічної поведінки бейнітного чавуну при підвищених температурах та аналіз впливу температури на механічні характеристики, що є найбільш чутливими до перетворення під дією деформації. Основним методом досліджень були механічні випробування на стиск при підвищених температурах. Експерименти на стиск проводили на прямокутних зразках розмірами 3 х 3 х 5 мм на випробувальній машині UM-100 з автоматичним записом умовної діаграми навантаження, яка з урахуванням формозміни зразка при деформації [3] перераховувалася в істинну криву напруження—деформація. На цій кривій визначалися границя плинності σ0,2, руйнуюче напруження σр та деформація руйнуван- ня ер. Дослідження здійснювали у двох температурних інтервалах: 20—100 та 200—300 °С, тому що перший відповідає робочим темпера- турам експлуатації сільгосптехніки, а при другому в сплавах на основі заліза спостерігається ДДС. Проведено порівняння механічної поведінки зразків з бейнітного чавуну, що піддавалися ізотермічному гартуванню при різних температу- рах: при 350 °С реалізується найбільший TRIP-ефект при кімнатній температурі, при 310 °С фазове перетворення під дією деформації при кімнатній температурі практично відсутнє. Оскільки досліджували зразки, що витримувалися при ізотермічному гартуванні 1, 2 та 3 год, порівняння кривих зміцнення виконували при однаковому часі витримки. На рис. 1 наведено криві деформаційного зміцнення зразків бейнітного чавуну, ізотермічно загартованого при 350 та 310 °С з витримкою 2 год, що випробувані в інтервалі температур 20—100 °С. За результатами випробувань визначено механічні властивості досліджених матеріалів. Їх значення наведені в табл. 1. Границя плинності зменшується з температурою випробувань. Більш суттєво ця тенденція спостерігається в сплавах, загартованих при 310 °С. Найбільшу пластичність демонструють зразки, загартовані при 310 °С з витримкою 2 год. Зразки, що загартовані при 350 °С з витримкою 2 год, мають найменшу пластичність. В цьому температурному інтервалі пластичність всіх зразків слабко змінюється з температурою. Як уже відзначалося, найбільш чутливим параметром до розпаду залишкового аустеніту є швидкість зміцнення. Тому з наведених на рис. 1 залежностей істинного напруження від деформації була отримана похідна, яка характеризує швидкість зміцнення. Залежність цього параметра від ступеня деформації наведена на рис. 2. Для кількісного порівняння швидкості зміцнення зразків, загартованих при 350 та 310 °С, для кожного ступеня деформації було визначено коефіцієнт, який характеризує відношення значення швидкості зміцнення при 350 °С до значення цієї величини при 310 °С: К = dσ/de350 °С/dσ/de310 °С. Значення цього параметра для зразків, загартованих при 310 та 350 °С з витримкою 2 год та випробуваних при 20, 50 та 100 °С, наведені в табл. 2. З табл. 2 слідує, що найбільший відносний коефіцієнт зміцнення спостері- гається при кімнатній температурі при малих ступенях деформації. 93 Рис. 1. Істинні криві напружен- ня—деформація зразків бейніт- ного чавуну, випробуваних на стиск при температурах 20 (а), 50 (б) та 100 °С (в): 1 — загарт. при 310 оС 2 год; 2 — загарт. при 350 оС 1 год. Т а б л и ц я 1. Механічні властивості бейнітного чавуну, випробуваного на стиск при різних температурах σ0,2, МПа σр, МПа еp Тгарт, оС Ви- тримка, год 20 оС 50 оС 100 оС 20 оС 50 оС 100 оС 20 оС 50 оС 100 оС 1 1071 984 924 1882 1911 1826 0,45 0,50 0,48 2 1127 1000 923 1994 1903 1890 0,63 0,56 0,54 310 3 1076 1000 909 1891 1882 1834 0,45 0,51 0,48 1 917 1066 907 1904 1872 1795 0,47 0,45 0,49 2 1006 989 886 1953 1799 1749 0,36 0,35 0,39 350 3 1122 837 909 1956 1561 1842 0,37 0,47 0,47 Т а б л и ц я 2. Значення відносного коефіцієнта зміцнення при різних ступенях деформації К Твип, °С е = 0,01 е = 0,03 е = 0,05 е = 0,1 е = 0,15 е = 0,2 е = 0,3 20 2 1,6 1,4 1,2 1,2 1,2 1,1 50 1,6 1,3 1,2 1,1 1,1 1,0 1,0 100 1 1,2 1,1 1 1 1 1 а б в 94 800 1800 2800 3800 4800 0 0,1 0,2 0,3 0,4 Істинна деформація Іс ти н н е н а п р уж е н н я , М П а 1 2 3 4 800 1800 2800 3800 0 0,2 0,4 Істинна деформація Іс ти н н е н а п р уж е н н я , М П а 1 2 3 4 800 1800 2800 3800 0 0,1 0,2 0,3 0,4 Істинна деформація Іс ти н н е н а п р уж е н н я , М П а 1 2 34 Рис. 2. Залежність швидкості зміцнення від деформації для зразків бейнітного чавуну, випро- буваних на стиск при темпера- турах 20 (а), 50 (б) та 100 °С (в): 1 — загарт. при 310 оС 2 год; 2 — загарт. при 350 оС протя- гом 1 год; 3 — похідна від значень 1; 4 — похідна від зна- чень 2. Т а б л и ц я 3. Значення деформації, що відповідають умовам локалізації бейнітного чавуну, за різних температур випробування ε, % Тгарт, оС Витримка, год 20 оС 50 оС 100 оС 1 21 23 18 2 21 19 18 310 3 20 15 17 1 21 18 20 2 21 20 23 350 3 20 23 22 Представлені на рис. 2 експериментальні залежності похідної від ступеня деформації можуть бути використані для розрахунку деформації, що характеризує схильність до локалізації досліджених матеріалів. Деформація, що відповідає моменту локалізації, визначається з умови Консидера dσ/de = σ. Графічно ця деформація відповідає точці перетину істинної кривої зміцнення та її похідної, як представлено на рис. 2. Отримані значення деформації локалізації наведені в табл. 3. З отриманих даних слідує, що цей параметр дещо збільшується зі зростанням температури та часу витримки. Порівняльний аналіз істинних кривих деформаційного зміцнення при стисненні зразків, що гартува- лися при 310 і 350 оС та випробувалися при температурах 20—100 оС (рис. 2, а—в), вказує на те, що найбільша швидкість зміцнення спостерігається для зразка, загартованого при 350 оС та випробуваного при кімнатній температурі (рис. 2, а). На початковій ділянці кривої навантаження швидкість зміцнення цього зразка практично в 2 рази більша, ніж загартованого при 310 оС (табл. 2). При підвищенні температури до 50 та а б в 95 100 оС швидкість зміцнення знижується особливо на початкових ділянках деформації (рис. 2, б, в). Слід відзначити, що значення рівномірної деформації, яке розраховане з істинної кривої зміцнення при стисненні згідно з методикою, описаною нами в роботі [4], дещо збільшується з підвищенням температури. Важливо, що вплив температури на обидві характеристики, котрі є чутливими до мартенситного перетворення під дією пластичної деформації, подібний до температурної чутливості цього ефекту в TRIP- сталях [1, 2]. При подальшому зростанні температури випробувань до 200 оС слід очікувати вплив ефектів ДДС. Для компактних матеріалів на основі заліза встановлено [5, 6], що ефект ДДС, який обумовлений взаємодією дис- локацій з атомами вуглецю та азоту, зазвичай спостерігається в інтервалі температур 200—400 оС при швидкостях деформації 10-2—10-4 с-1. При більш високих температурах деформаційне старіння завершується, оскільки дифузійна рухливість точкових дефектів сприяє переходу до стадії дислокаційної повзучості. Явище ДДС, яке полягає в аномальному зростанні границі плинності та зниженні пластичності при підвищеній температурі випробувань через закріплення дислокацій домішками безпосередньо в процесі деформації, детально досліджено для компактних матеріалів на основі заліза в роботах [5—7]. В інтервалі температур ДДС відбуваються складні структурні зміни під час деформації матеріалу і, як наслідок, енергія активації при цьому механізмі деформування є змінною величиною, чутливою як до температури, так і до швидкості деформування. На високотемпературній ділянці інтервалу ДДС це значення наближається до 0,45 еВ, що характерно для ефекту взаємодії домішок з дислокаціями. Неоднозначність теоретичного опису цього явища, різноманітність механізмів ДДС, що запропоновані багатьма дослідниками, відображають реальну складність процесу, його чутливість до температури та швидкості випробувань, типу та кількості домішок, за якими відбувається старіння, а також до параметрів вихідної структури. Теорії ДДС, що існують на даний момент, базуються на різних фізичних концепціях. Згідно з Котреллом [8, 9], в основу першого класу теорій покладено уявлення про те, що при температурно-швидкісних умовах, коли рухливість атомів домішок співставна з рухливістю дислокацій під час деформації, дислокації можуть притягувати атмосфери домішок втілення і в цих атмосферах здатні рухатись з критичною швидкістю Vкр при критичному напруженні σкр. При швидкостях, які перевищують Vкр, напруження, що рухають дислокацію, зменшуються. В цьому випадку мають місце від’ємна швидкісна чутливість та пластична нестабільність матеріалу. В рамках цієї моделі пояснюються зубчаста плинність та зміщення ефекту ДДС в об- ласть більш високих температур при підвищенні швидкості деформування. Пізніше було показано, що в умовах гальмування дислокацій різними перешкодами (дислокаціями лісу, частинками, границями зерен та субзерен) більш вірогідним є квазістатичне старіння з часом очікування біля перешкоди τw. Такий підхід відноситься до концепції Фриделя—Мак- Кормика [10, 11]. Цей погляд дозволив пояснити не лише температурно- 96 швидкісні ефекти ДДС, але й особливості формування ділянки зубчастого плину, зокрема залежність ступеня деформації на початку цієї ділянки εс від швидкості та температури випробувань, від кількості домішок в матеріалі та низки структурних параметрів. Так, в роботі [12] запропоновано вирази, які в термінах теорії дислокацій описують вплив швидкості та температури випробування концентрації домішок та структури на параметр εс: С – С0 = (KDτw)⅔, (1) де K = 3Wm/b2kT; (2) ),exp( kT QD m m W − ε ε τ β+ & (3) )exp()(~ 2/3 0 c kT Q C mε ε & , (4) де С — концентрація домішок поблизу дислокації; С0 — середня концентрація домішки по об’єму; D — коефіцієнт дифузії домішок; Wm — енергія зв’язку атому домішки з дислокацією; b — вектор Бюргерса дислокації; τw — період очікування поблизу перешкоди; ε — деформація; ε& — швидкість деформації; m та β — параметри; Qm — енергія активація дифузії домішок. Прямі спостереження руху дислокацій в умовах ДДС [13] однозначно свідчать про те, що відбувається стрибкоподібне переміщення дислока- ційних ансамблів. Час руху між зупинками τm набагато менший, ніж час очікування біля перешкоди τw. Таким чином, існують вагомі аргументи для застосування цієї теорії для опису процесу ДДС на макрорівні, особ- ливо у випадку фіксованого значення критичного ступеня деформації εс на початку зубчастої ділянки плину. Характер температурної залежності механічних властивостей дослід- женого бейнітного чавуну однозначно вказує на протікання процесів ДДС в діапазоні температур 200—300 оС. Істинні криві зміцнення зразків, Рис. 3. Істинні криві напруження—деформація бейнітного чавуну, випробу- ваного на стиск за температур ДДС 200 (а) та 300 °С (б). а б 97 Т а б л и ц я 4. Механічні властивості бейнітного чавуну, випробуваного на стиск при температурах ДДС 200 та 300 оС σ0,2, МПа σр, МПа ер, % Тгарт, оС Витримка, год 200 300 200 300 200 300 1 894 1005 1940 1935 0,44 0,44 2 987 1009 1902 1842 0,44 0,45 310 3 946 937 1861 1880 0,45 0,44 1 860 958 1805 1874 0,40 0,43 2 974 981 1742 1869 0,30 0,33 350 3 1030 881 1845 1871 0,38 0,40 загартованих при 310 та 350 оС з витримкою 2 год, наведені на рис. 3. Отримані з відповідних кривих зміцнення значення механічних властивостей для різних режимів термообробки наведені в табл. 4. Порівняння механічних властивостей чавуну вказує на те, що в інтервалі ДДС у всіх загартованих при 310 та 350 °С зразках збільшується границя плинності та зменшується деформація до руйнування. При цьому ефекти, що спостерігаються після гартування при 310 °С, більш суттєві, ніж після гартування при 350 °С. Зазначимо, що розраховане значення критичної деформації локалізації в інтервалі ДДС також зменшується і для всіх структурних станів знаходиться в межах 17—20%. Враховуючи, що пластичність та руйнуюче напруження при підвищенні температури випробувань від 200 до 300 °С дещо збільшуються, є підстави стверджу- вати, що максимальний ефект ДДС фіксується при температурах близьких до 200 °С. Зазначимо, що при наявності характерних ознак ДДС на температур- них залежностях механічних властивостей, на кривих зміцнення зразків, продеформованих в інтервалі температур ДДС, відсутня головна зовнішня ознака цього явища — пилоподібний характер кривої навантаження, зумовлений механізмом переривчастої течії. Така особливість протікання динамічного деформаційного старіння характерна для поруватих матеріалів [14]. Цей ефект пояснюється складностями формування безперервної смуги ковзання вздовж макро- зразка. Схожий ефект виникає при взаємодії смуги ковзання з кулястим графітом, який перешкоджає утворенню макросмуги. З наведених даних табл. 1 та 4 слідує, що при підвищенні температури від кімнатної до 100 оС відбувається незначне роззміцнення бейнітного чавуну (приблизно на 200 МПа), в діапазоні температур ДДС фіксується його повторне зміцнення. Криві зміцнення, що отримані в інтервалі ДДС та при кімнатній температурі, практично співпадають, особливо на почат- кових ділянках деформації. Проте руйнуюче напруження зразків, проде- формованих в діапазоні ДДС, поступається цій характеристиці при кімнатній температурі через меншу деформацію до руйнування. Взаємодія дислокацій з домішками є важливим чинником, який сприяє формуванню деформаційної субструктури, що може вплинути на подаль- ший перебіг процесів, котрі відбуваються в бейнітному чавуні при кімнат- ній температурі. Тому було здійснено стискання зразків при температурі ДДС 300 оС до деформації, що відповідає формуванню деформаційної 98 структури (е = 10%). Після цього зразки охолоджували і деформували при кімнатній температурі до руйнування. Результати наведено на рис. 4 у вигляді умовних кривих навантаження досліджених сплавів. Видно, що деформаційне старіння в усіх випадках сприяє підвищенню деформаційного напруження (приблизно на 300 МПа при повторному навантаженні при кімнатній температурі в порівнянні з вихідною кривою), але швидкість зміцнення при цьому суттєво знижується, особливо для зразків, продеформованих при 310 °С. До того ж значно зменшується деформація до руйнування, особливо для зразка, що гартувався при 350 °С протягом 2 год. Істинні криві деформаційного зміцнення зразків, підданих стисненню при кімнатній температурі після деформації при 300 оС, наведені на рис. 5. На цьому ж рисунку наведено перераховані з них умовні криві навантаження при розтязі. Рис. 4. Умовні криві зміцнення бейнітного чавуну, термообробленого за різними режимами: а — Тгарт = 310 °С, витримка 1 год; б — Тгарт = 350 °С, витримка 1 год; в — Тгарт = 310 °С, витримка 2 год; г — Тгарт = 350 °С, витримка 2 год; 1 — діаграма стиснення при 300 °С на деформацію ~10%; 2 — подальша деформація того ж зразка при 20 оС до руйнування; 3 — крива навантаження при кімнатній температурі. а б в г 99 Рис. 5. Істинні та умовні криві зміцнення бейнітного чавуну, термообробленого за різними режимами: а — Тгарт = 310 °С, витримка 1 год; б — Тгарт = 350 °С, витримка 1 год; в — Тгарт = 310 °С, витримка 2 год; г — Тгарт = 350 °С, витримка 2 год; 1 — істинні криві зміцнення, отримані в результаті випробувань на стиск при кімнатній температурі після попереднього стиснення на 10% при 300 °С; 2 — перераховані з кривих 1 умовні криві розтягу. Характер цих кривих принципово відрізняється від кривих деформаційного зміцнення вихідних зразків. Вони більше схожі на типові криві зміцнення попередньо деформованих матеріалів [4]. Фіксується значне зміцнення на початковій ділянці деформації (до 3%), після чого спостерігається стадія лінійного зміцнення з відносно низьким (як для цього класу матеріалів) коефіцієнтом лінійного зміцнення (θ = 1000 МПа). Оскільки значення цього параметра суттєво нижче деформуючого напруження, згідно з умовою Консидера, в такому структурному стані зразки повинні мати підвищену схильність до локалізації. Дійсно, розраховані умовні діаграми розтягу демонструють схильність до шийкоутворення при деформації 3—5%. В цьому сенсі деяку відмінність має зразок, відпалений при 350 оС 2 год. Проте його механічну поведінку при стисненні не вдалося проаналізувати достатньо повно через відносно малу деформацію до руйнування. а б в г 100 Таким чином, ефекти ДДС проявляються в досліджених структурних станах бейнітного чавуну. Типовими ознаками цього механізму є підвищення границі плинності і зменшення характеристик пластичності. Стрибкоподібної діаграми навантаження не спостерігається. Зразок, попередньо продеформований на стиск в діапазоні температур ДДС, після повторного навантаження при кімнатній температурі не відтворює характерні для TRIP-ефекту особливості деформаційного зміцнення. Висновки Порівняльний аналіз істинних кривих деформаційного зміцнення при стисненні зразків, які гартувалися при 310 і 350 оС та випробувалися при температурах 20—100 оС, показав, що при кімнатній температурі спостерігається практично двократна різниця швидкостей зміцнення. При підвищенні температури випробування ця різниця суттєво зменшується. Значення рівномірної деформації, яке розраховане з істинної кривої зміцнення при стисненні, дещо збільшується зі зростанням температури. Для механізму ДДС у бейнітному чавуні властивими є наступні ознаки: підвищення границі плинності й зменшення характеристик пластичності; стрибкоподібної діаграми навантаження не спостерігається; зразок, попередньо продеформований на стиснення в діапазоні температур ДДС, після повторного навантаження при кімнатній температурі не відтворює властиві для TRIP-ефекту особливості деформаційного зміцнення. Характер впливу температури на параметри зміцнення бейнітного чавуну, які є чутливими до мартенситного перетворення під дією пластичної деформації, повністю співпадає з існуючою інформацією про температурну чутливість зміцнення в TRIP-сталях. 1. Blondé R. Mechanical stability of individual austenite grains in TRIP steel studied by synchrotron X-ray diffraction during tensile loading / [R. Blondé, E. Jimenez- Melero, L. Zhao et al.] // Mater. Sci. & Engineering. — 2014. — A618. — Р. 280—287. 2. Fu B. Micromechanical behavior of TRIP-assisted multiphase steels studied with in situ high-energy X-ray diffraction / [B. Fu, W. Y. Yang, Y. D. Wang et al.] // Acta Mater. — 2014. — 76. — Р. 342—354. 3. Шапошников Н. А. Механические испытания металлов. — М. : Машгиз, 1954. 4. Подрезов Ю. Н. Структурная чувствительность равномерной деформации в области нанозерен / [Ю. Н. Подрезов, В. И. Даниленко, Н. И. Даниленко и др.] // Физика и техника высоких давлений. — 2015. — 25. — C. 66—89. 5. Бабич В. К. Деформационное упрочнение стали / В. К. Бабич, Ю. П. Гуль, И. Е. Долженков. — М. : Металлургия, 1972. — 320 с. 6. Cotrell A. H. Dislocation theory of yielding and strain ageing of iron / A. H. Cot- rell, B. A. Bilby // Proc. Phys. Soc. A. — 1949. — No. 62. — Р. 49—53. 7. Обергофер П. Техническое железо. — М. : Металлургиздат, 1940. — 336 с. 8. Belocky A. V. Strengthening of steel by friction in nitrogen atmosphere / A. V. Belocky, A. I. Yurcova // Mater. Sci. & Eng. A. — 1988. — No. 2. — Р. 40—43. 9. Котрелл А. Х. Прерывистая текучесть. — М. : Металлургия, 1967. — С. 210—224. 10. Фридель Г. Дислокации. — М. : Мир, 1967. — 643 с. 101 11. McCormic P. G. A model for the Portevin-Le-Chatelier effect in substitutional alloys // Acta Met. — 1972. — No. 20. — Р. 351—354. 12. A. van den Beukel. Theory of the effect of dinamic strain ageing on mechanical properties // Phys. Stat. Soc. (a). — 1975. — No. 30. — P. 197. 13. Tabata T. The dependence of discontinious deformation on orientation in Al—Mg singl crystals / T. Tabata, H. Fujita, Y. Nakajima // Mater. Sci. & Engineering. — 1980. — No. 1. — P. 81—87. 14. Подрезов Ю. Н. Особенности деформационного поведения порошкового тела железа при одноосном растяжении / Ю. Н. Подрезов, Л. Г. Штыка, Н. П. Бродниковский // Проблемы прочности. — 1993. — № 4. — С. 52—64. Механические свойства бейнитного чугуна при повышенных температурах Ю. Н. Подрезов, К. А. Гогаєв, О. С. Коряк, Д. Г. Вербило, С. М. Волощенко, В. В. Холявко Проведен сравнительный анализ истинных кривых деформационного упрочнения при сжатии образцов из бейнитного чугуна, закаленных при 310 и 350 оС и испытанных при температурах 20—300 оС. При комнатной температуре испытаний наблюдается двукратное увеличение скорости упрочнения в образце, закаленном при 350 оС и склонном к фазовому превращению под действием пластической деформации. При повышении температуры испытания разница в упрочнении существенно снижается. Обнаруженный эффект объясняется температурной чувствительностью фазового превращения. Ключевые слова: бейнитный чугун, скорость упрочнения, деформационно- индуцированное фазовое превращение. Mechanical properties of bainitic cast irons at high temperature Yu. N. Podrezov, К. О. Gоgаyev, О. S. Koryak, D. G. Verbylo, S. M. Voloschenko, V. V. Kholyavko A comparative analysis of stress-strain work hardening curves obtained in compressive tests at 20—300 oC is carried out for quenched at 310 and 350 oC bainitic cast irons. At room temperature testing sample’s hardening rate is in two times higher for the que- nched at 350 oC sample that undergoes strain-induced phase transition. The difference in hardening rate decreases with increasing of temperature. Observed phenomena is related to temperature sensitivity of the phase transition. Kеywords: bainitic cast irons, work hardening rate, strain-induced phase transition.

Механічні властивості бейнітного чавуну при підвищених температурах

Institution

Ähnliche Einträge