Исследование влияния механо-термической обработки на параметры структуры и механические свойства подката из стали 35
Установлено, что для гарантированного обеспечения требуемого по ГОСТ
 10702 уровня механических свойств проката из среднеуглеродистой стали с пластинчатой морфологией цементита в перлите может варьироваться в широком
 интервале – от ~17 до 40%, однако обжатие при калибровке после р...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии |
|---|---|
| Дата: | 2007 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України
2007
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/22046 |
| 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: | Исследование влияния механо-термической обработки на параметры структуры и механические свойства подката из стали 35 / В.Ю. Полуэктов, А.М. Нестеренко, О.П. Юшкевич // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпропетровськ.: ІЧМ НАН України, 2007. — Вип. 14. — С. 211-217. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860240815200141312 |
|---|---|
| author | Полуэктов, В.Ю. Нестеренко, А.М. Юшкевич, О.П. |
| author_facet | Полуэктов, В.Ю. Нестеренко, А.М. Юшкевич, О.П. |
| citation_txt | Исследование влияния механо-термической обработки на параметры структуры и механические свойства подката из стали 35 / В.Ю. Полуэктов, А.М. Нестеренко, О.П. Юшкевич // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпропетровськ.: ІЧМ НАН України, 2007. — Вип. 14. — С. 211-217. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии |
| description | Установлено, что для гарантированного обеспечения требуемого по ГОСТ
10702 уровня механических свойств проката из среднеуглеродистой стали с пластинчатой морфологией цементита в перлите может варьироваться в широком
интервале – от ~17 до 40%, однако обжатие при калибровке после рекристаллизационно–сфероидизирующего отжига при субкритической температуре должно
находиться на уровне, не превышающем ε=5–7%
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:29:38Z |
| format | Article |
| fulltext |
211
УДК 669.14.018.292:621.785.001.5
В.Ю.Полуэктов, А.М.Нестеренко, О.П.Юшкевич*
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ МЕХАНО–ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
НА ПАРАМЕТРЫ СТРУКТУРЫ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
ПОДКАТА ИЗ СТАЛИ 35.
Институт черной металлургии НАН Украины, г. Днепропетровск
*Днепропетровская национальная металлургическая академия Украины
Установлено, что для гарантированного обеспечения требуемого по ГОСТ
10702 уровня механических свойств проката из среднеуглеродистой стали с пла-
стинчатой морфологией цементита в перлите может варьироваться в широком
интервале – от ~17 до 40%, однако обжатие при калибровке после рекристаллиза-
ционно–сфероидизирующего отжига при субкритической температуре должно
находиться на уровне, не превышающем ε=5–7%.
Современное состояние вопроса. Высокая производительность со-
временных линий по массовому производству крепежных (болты, винты,
гайки, шпильки и т.д.) и машиностроительных деталей методами холод-
ной объемной штамповки (ХОШ) может быть обеспечена только при со-
ответствующем комплексе структурных параметров и уровне механиче-
ских свойств используемого для ХОШ подката и калиброванной стали
[1,2]. При производстве высококачественной калиброванной стали ука-
занного назначения на метизных предприятиях применяют механико–
термическую обработку (МТО), включающую операции волочения и рек-
ристаллизационно–сфероидизирующего отжига. Несмотря на значитель-
ное количество работ по данной проблематике, многие вопросы, касаю-
щиеся, в частности, особенностей взаимосвязи параметров зеренной и
тонкой кристаллической структуры феррита, его текстуры с механиче-
скими и потребительскими свойствами калиброванной стали, которые
сформировались при разных режимах МТО, практически не рассматрива-
лись. Учитывая, что эти факторы во многом определяют способность
стали к ХОШ, проведенное в составе настоящей работе исследование
представляется актуальным.
Изложение основных материалов исследования. Исследовали под-
кат и калиброванную сталь из стали марки 35 по ГОСТ 10702. Металло-
графические исследования проводили на оптическом микроскопе «Аксио-
верт – 200 М МАТ». Параметры тонкой структуры феррита в центральных
зонах поперечных сечений образцов подката и калиброванной стали изу-
чали на рентгеновском дифрактометре ДРОН – УМ1 в FeKα – излучении с
использованием метода аппроксимации [3]. Текстуру анализировали на
тех же образцах методом Шульца [4] на рентгеновском дифрактометре
ДРОН – 1,0 (FeKα – излучение).
212
После травления и подготовки поверхности подкат из стали обраба-
тывали по следующим режимам: 1 – волочение → отжиг; 2 – волочение
→ отжиг → калибровка. В исходном состоянии структура подката ферри-
то–перлитная (рис.1а). Размер зерна феррита – №10 по ГОСТ 5639. Мор-
фология цементита в перлите – пластинчатая.
В случае режима 1 подкат диаметром 15мм волочили с обжатиями
17% (за один проход) и 35% (за два прохода – в одном и во взаимно про-
тивоположном направлениях). Отжиг деформированной стали производи-
ли при субкритической температуре 7000С в течение 3,5 и 12 часов.
Волочение подката с обжатием 17% приводит к существенному по-
вышению его прочностных свойств и к уменьшению пластичности (вари-
ант 2 – табл.). Отжиг при 7000С в течение 3,5ч в результате развитие про-
цессов рекристаллизации феррита и частичной (без рассредоточения по
объему ферритной матрицы) сфероидизации цементита перлита (рис.1б)
способствует повышению пластичности, получению благоприятного для
ХОШ уровня σТ / σВ (вариант 3 – табл.). Однако значение σВ в этом случае
остается по–прежнему высоким (табл.), что осложняет проведение про–
цесса калибровки стали. При более длительном отжиге достигается при–
емлемый комплекс механических свойств (вариант 4 – табл.). Увеличение
обжатия при волочении до 35% еще в большей мере снижает показатели
пластичности (варианты 5,6 – табл.). Следует отметить, что прочностные
свойства стали, деформированной реверсивно, заметно выше, чем в стали,
деформированной однонаправленно. Соответственно выше и уровень «за-
пасенной энергии», определяющей развитие релаксационных процессов, в
том числе и рекристаллизации [5], о чем свидетельствует высокое значе-
ние микронапряжений второго рода решетки феррита Δа/а в реверсивно
деформированой стали (вариант 6 – табл.). Поэтому в реверсивно дефор-
мированной стали при отжиге в течение 3,5ч в результате более интен-
сивного развития процессов рекристаллизации феррита и сфероидизации
цементита перлита формируется мелкозернистая ферритная структура
(№11 вместо №10 для стали, деформированной однонаправленно) с наи-
более совершенной внутризеренной субструктурой (наиболее низким
уровнем Δа/а), осуществляется полная сфероидизация цементита (рис.1,в)
и достигается наиболее благоприятный в плане ХОШ комплекс механиче-
ских свойств и уровень значения σТ / σВ (вариант 8 – табл.).
Отжиг при 7000С в течение 12ч деформированной с обжатием 35%
стали приводит к рассредоточению частиц цементита в ферритной матри-
це и к укрупнению зерен феррита в 1,5 раза. Это обусловливает уменьше-
ние значений σВ и повышение показателей пластичности стали (варианты
9,10 – табл.). Однако значения отношения σТ/σВ при этом увеличиваются,
что не соответствует требованиям ХОШ (σТ/σВ≤0,65) для деталей сложной
конфигурации [6].
В случае режима 2 образцы подката диаметром 8мм подвергали воло-
чению с обжатиями 17 и 35% за один проход, отжигу при 7000С в течение
213
3,5 ч и последующей калибровке с обжатиями от 3 до 40%. Структура
стали после волочения с обжатиями 17 и 35% и последующего отжига
аналогична таковой для подката диаметром 15мм, обработанного анало-
гичным образом (рис.1б,в). В стали с частично сфероидизированным це-
ментитом (обжатие 17%) размер зерна феррита составляет 9–10мкм
(№10), а в полностью сфероидизированной стали (обжатие 35%) зерно
феррита мельче 6–7мкм (№11). Такое различие структуры определяет
особенности ее упрочнения при калибровке. Сталь с более мелким зерном
(обжатие 35%) при калибровке упрочняется более интенсивно, о чем сви-
детельствует более высокий уровень прироста значений уширения рент-
геновской интерференции β(220) (рис.2,а) и предела текучести, а также бо-
лее выраженное снижение δ5 (рис.3).
а б
Рис.1. Микроструктура подката из ста-
ли 35 в исходном состоянии (а) и после
МТО по режиму 1, включающему во-
лочение с обжатиями 17% (б) и 35%(в)
и последующий отжиг при 7000С в
течение 3,5ч. х1250
в
На кривой зависимости уширения β(220) от степени обжатия ε при ка-
либровке в стали с более крупным зерном феррита перегиб, вызванный
формированием внутризеренной ячеистой субструктуры наблюдается при
обжатиях 10% (начало) – 22% (окончание) (рис.2,а).
21
4
Та
бл
иц
а.
М
ех
ан
ич
ес
ки
е
св
ой
ст
ва
и
з
на
че
ни
я
ур
ов
ня
м
ик
ро
на
пр
яж
ен
ий
Δ
а/
а
в
фе
рр
ит
е
по
дк
ат
а
из
с
та
ли
3
5
по
сл
е
об
-
ра
бо
тк
и
по
р
аз
ны
м
ва
ри
ан
та
м
ре
ж
им
а
1.
М
ех
ан
ич
ес
ки
е
св
ой
ст
ва
№
ва
-
ри
–
ан
та
В
ид
о
бр
аб
от
ки
σ Т
,,
Н
/м
м2
σ В
,
Н
/м
м2
σ Т
/σ
В
δ 5
,
%
Ψ
,
%
Зн
ач
ен
ие
Δа
/а
·1
0–3
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
И
сх
од
но
е
со
ст
оя
ни
е
О
бж
ат
ие
п
ри
в
ол
оч
ен
ии
1
7%
О
бж
ат
ие
1
7%
+
о
тж
иг
(3
,5
ч)
О
бж
ат
ие
1
7%
+
о
тж
иг
(1
2ч
)
О
бж
ат
ие
3
5%
(→
)*
О
бж
ат
ие
3
5%
(↔
)*
О
бж
ат
ие
3
5%
(→
)+
от
ж
иг
(3
,5
ч)
О
бж
ат
ие
3
5%
(↔
)+
от
ж
иг
(3
,5
ч)
О
бж
ат
ие
3
5%
(→
)+
от
ж
иг
(1
2ч
)
О
бж
ат
ие
3
5%
(↔
)+
от
ж
иг
(1
2ч
)
39
0
59
0
34
3
31
4
67
3
70
8
32
3
31
1
31
9
33
6
60
0
67
7
54
5
47
6
78
0
88
0
49
6
49
4
45
8
46
0
0,
65
0,
87
0,
63
0,
66
0,
86
0,
80
0,
65
0,
63
0,
70
0,
73
27
,5
15
,2
28
,8
34
,4
8,
6
8,
4
36
,2
35
,9
38
,3
39
,5
45
,7
46
,8
64
,3
68
,0
34
,8
33
,8
71
,0
72
,0
70
,9
71
,5
0,
61
– – – 0,
81
1,
37
0,
47
0,
21
0,
63
0,
58
*П
ри
ме
ча
ни
е.
В
ол
оч
ен
ие
за
2
п
ро
хо
да
(→
) –
о
дн
он
ап
ра
вл
ен
но
е,
(↔
) –
р
ев
ер
си
вн
ое
215
Аналогичный перегиб на аналогичной кривой стали с мелким зерном
феррита наблюдается при значительно меньших обжатиях и в более узком
их интервале ε =3–5% (рис.2,а). Поскольку распространение дислокаций
от зерна к зерну в поликристаллах облегчается при уменьшении размера
зерен [7], формирование ячеистой субструктуры в стали с более мелким
зерном феррита и полностью сфероидизированным цементитом происхо-
дит при гораздо меньших обжатиях (ε =3–5%), а интенсивность упрочне-
ния при повышении обжатия до ε =30% становится более высокой, чем в
стали с укрупненным ферритным зерном. При обжатии, близком к ε=40%,
картина упрочнения меняется: более интенсивно упрочняется сталь с ук-
рупненным ферритным зерном (рис.2,а) вследствие начала деформации
феррита в участках с частично сфероидизированным цементитом.
Исходная (после отжига) степень текстурованности Ф<110> стали, оп-
ределяемая объемной долей зерен феррита, ориентированных направле-
ниями <110> его ОЦК–решетки параллельно оси проката, невелика:
~20% (рис.2,б). По мере увеличения обжатия при калибровке значение
Ф<110> возрастает (рис.2,б). В интервалах обжатий ε =3–10% для мелко-
зернистой стали и ε =20–40% для стали с укрупненным ферритным зер-
ном на кривых зависимости Ф<110> от обжатия наблюдаются перегибы,
появление которых вызвано отклонением оси сформировавшейся при
рекристаллизации аксиальной текстуры <110> от оси проката. Действи-
тельно, из прямой полюсной фигуры (110) образца проката с мелкозерни-
стой ферритной структурой, обработанного по режиму 2с обжатием при
калибровке 10%, следует, что центры концентрических окружностей, ха-
рактеризующие области повышенной плотности аксиальной текстуры
<110>, смещены относительно центра стереографической проекции на
угол 3,6º. Такого рода отклонение оси аксиальной текстуры <110> от цен-
тральной оси образца характерно и для стали с укрупненным ферритным
зерном в случае обжатий при калибровке, составляющих ε =20–40%.
Геометрическая несоосность сформировавшейся текстуры и калиброван-
ного проката приводит к неравномерному развитию пластического тече-
ния металла в симметричных относительно оси проката позициях в про-
цессе ХОШ, что по аналогии с приведенными в [7] примерами может
приводить к образованию различного рода дефектов при осадке проката и
в изготавливаемых методом ХОШ изделиях. Поэтому для операций осад–
ки с высокими степенями деформации и для ХОШ изделий сложной кон–
фигурации наиболее предпочтительным является использование металла
с низкой текстурованностью, в котором ось аксиальной текстуры <110>
расположена параллельно оси проката, что наряду с равномерностью
структуры вдоль различных направлений обеспечивает благоприятную
для ХОШ изотропность свойств исследованного проката из стали 35.
216
Рис.2. Характер изменения уширения рентгеновской интерференции (220) β(220) (а)
и объемной доли аксиальной ориентировки Ф(110) текстуры (б) в зависимости от
степени обжатия ε при калибровке (МТО по режиму 2 с обжатием при волочении
перед отжигом 17% (○) и 35% (●)).
Рис.3. Изменение механических свойств проката из стали 35 в зависимости от
степени обжатия ε при калибровке в цикле МТО по режиму 2 (обозначения те же,
что и на рис. 2).
а б
а б
217
Обобщение полученных данных позволяет заключить, что для дости-
жения в калиброванной стали 35 при МТО оптимальных в плане сложной
ХОШ механических свойств, параметров структуры и их изотропности
обжатие при калибровке должно составлять ε = 5–7%.
Результаты проведенных исследований использованы для разработки
технологии производства нагартованной калиброванной стали для слож-
ной ХОШ, обеспечивающей гарантированное выполнение требований
ГОСТ 10702 (σВ≤590 Н/мм2; δ5≥5%; Ψ≥40%), которая предусматривает
применение в составе МТО волочения ускоренно охлажденного подката
из среднеуглеродистой стали 35 с обжатием 20–40%, рекристаллизацион-
но–сфероидизирующего отжига при субкритической температуре в тече-
ние 2–5ч и калибровки с обжатием ε = 5–7%. Применение разработанной
технологии на метизных предприятиях позволило обеспечить требуемые
показатели качества калиброванной стали и сократить расходы по ее пе-
ределу в цикле МТО в результате исключения такой технологической
операции, как сфероидизирующий отжиг перед волочением.
Выводы. Установлено, что для гарантированного обеспечения тре-
буемого по ГОСТ 10702 уровня механических свойств, благоприятных
для сложной ХОШ параметров структуры и их изотропности в калибро-
ванной стали обжатие при волочении в цикле МТО проката из среднеуг-
леродистой ста–ли с пластинчатой морфологией цементита в перлите мо-
жет варьироваться в широких пределах – от ~17 до 40%, однако обжатие
при калибровке после рекристаллизационно–сфероидизирующего отжига
при субкритической температуре должно находиться на уровне, не пре-
выша–ющем ε=5–7%.
1. Смольянинов Н.А., Шушанов И.Г. Технология изготовления металла для хо-
лодной высадки. //– Сталь – 1959. – № 12. – С.1136–1140.
2. Металловедение и термическая обработка стали. – Справ. изд. – Т.Ш. – Тер-
мическая обработка металлопродукции. / Под ред Бернштейна М.Л., Рах-
штадта А.Г. – М.: Металлургия, 1983. – 216с.
3. Горелик С.С., Скаков Ю.А., Расторгуев Л.Н. Ренгенографический и электрон-
нооптический анализ. – М.: МИСиС, 1994. – 328с.
4. Бородкина М.М., Спектор Э.Н. Рентгенографический анализ текстуры метал-
лов и сплавов. – М.: Металлургия, 1982. – 272с.
5. Горелик С.С. Рекристаллизация металлов и сплавов – М.: Металлургия, 1978.
– 568с.
6. Билигман И. Высадка и штамповка. – М.: Машгиз, 1960. – 467с.
7. Полухин П.И., Горелик С.С., Воронцов В.К. Физические основы пластической
деформации. – М.: Металлургия, 1982. – 583с.
Статья рекомендована к печати докт.техн.наук, проф. Г.В.Левченко
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-22046 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | XXXX-0070 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:29:38Z |
| publishDate | 2007 |
| publisher | Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Полуэктов, В.Ю. Нестеренко, А.М. Юшкевич, О.П. 2011-06-20T13:57:19Z 2011-06-20T13:57:19Z 2007 Исследование влияния механо-термической обработки на параметры структуры и механические свойства подката из стали 35 / В.Ю. Полуэктов, А.М. Нестеренко, О.П. Юшкевич // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпропетровськ.: ІЧМ НАН України, 2007. — Вип. 14. — С. 211-217. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. XXXX-0070 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/22046 669.14.018.292:621.785.001.5 Установлено, что для гарантированного обеспечения требуемого по ГОСТ
 10702 уровня механических свойств проката из среднеуглеродистой стали с пластинчатой морфологией цементита в перлите может варьироваться в широком
 интервале – от ~17 до 40%, однако обжатие при калибровке после рекристаллизационно–сфероидизирующего отжига при субкритической температуре должно
 находиться на уровне, не превышающем ε=5–7% ru Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии Термомеханическая обработка проката, металловедение и материаловедение Исследование влияния механо-термической обработки на параметры структуры и механические свойства подката из стали 35 Article published earlier |
| spellingShingle | Исследование влияния механо-термической обработки на параметры структуры и механические свойства подката из стали 35 Полуэктов, В.Ю. Нестеренко, А.М. Юшкевич, О.П. Термомеханическая обработка проката, металловедение и материаловедение |
| title | Исследование влияния механо-термической обработки на параметры структуры и механические свойства подката из стали 35 |
| title_full | Исследование влияния механо-термической обработки на параметры структуры и механические свойства подката из стали 35 |
| title_fullStr | Исследование влияния механо-термической обработки на параметры структуры и механические свойства подката из стали 35 |
| title_full_unstemmed | Исследование влияния механо-термической обработки на параметры структуры и механические свойства подката из стали 35 |
| title_short | Исследование влияния механо-термической обработки на параметры структуры и механические свойства подката из стали 35 |
| title_sort | исследование влияния механо-термической обработки на параметры структуры и механические свойства подката из стали 35 |
| topic | Термомеханическая обработка проката, металловедение и материаловедение |
| topic_facet | Термомеханическая обработка проката, металловедение и материаловедение |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/22046 |
| work_keys_str_mv | AT poluéktovvû issledovanievliâniâmehanotermičeskoiobrabotkinaparametrystrukturyimehaničeskiesvoistvapodkataizstali35 AT nesterenkoam issledovanievliâniâmehanotermičeskoiobrabotkinaparametrystrukturyimehaničeskiesvoistvapodkataizstali35 AT ûškevičop issledovanievliâniâmehanotermičeskoiobrabotkinaparametrystrukturyimehaničeskiesvoistvapodkataizstali35 |