Влияние напряженно-деформированного состояния на разуплотнение и механические свойства сталей с метастабильной структурой
Изучены структурные и фазовые превращения в метастабильных аустенитных сталях на основе Fe−Cr−Ni- и Fe−Mn−Cr-твердых растворов при термомеханической обработке (ТМО). Реализация данных превращений в исследованных сталях с метастабильным аустенитом при пластической деформации под давлением и/или отпус...
Gespeichert in:
| Datum: | 2005 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
2005
|
| Schriftenreihe: | Физика и техника высоких давлений |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/70110 |
| 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: | Влияние напряженно-деформированного состояния на разуплотнение и механические свойства сталей с метастабильной структурой / Б.М. Эфрос, О.В. Прокофьева, С.В. Гладковский, Л.В. Лоладзе, В.Р. Бараз // Физика и техника высоких давлений. — 2005. — Т. 15, № 1. — С. 55-60. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-70110 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-701102014-10-29T03:01:43Z Влияние напряженно-деформированного состояния на разуплотнение и механические свойства сталей с метастабильной структурой Эфрос, Б.М. Прокофьева, О.В. Гладковский, С.В. Лоладзе, Л.В. Бараз, В.Р. Изучены структурные и фазовые превращения в метастабильных аустенитных сталях на основе Fe−Cr−Ni- и Fe−Mn−Cr-твердых растворов при термомеханической обработке (ТМО). Реализация данных превращений в исследованных сталях с метастабильным аустенитом при пластической деформации под давлением и/или отпуске в цикле ТМО сопровождается повышением комплекса механических свойств. The deformation structure and phase transformations in metastable austenitic steels based on Fe−Cr−Ni- and Fe−Mn−Cr-solid solutions at thermomechanical treatment are studied. The realization of these transformations in the investigated metastable austenitic steels at plastic deformation and tempering in the whole cycle of thermomechanical treatment is accompanied by the changes of their mechanical properties. 2005 Article Влияние напряженно-деформированного состояния на разуплотнение и механические свойства сталей с метастабильной структурой / Б.М. Эфрос, О.В. Прокофьева, С.В. Гладковский, Л.В. Лоладзе, В.Р. Бараз // Физика и техника высоких давлений. — 2005. — Т. 15, № 1. — С. 55-60. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 0868-5924 PACS: 81.40.−z, 81.40.Vw http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/70110 ru Физика и техника высоких давлений Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Изучены структурные и фазовые превращения в метастабильных аустенитных сталях на основе Fe−Cr−Ni- и Fe−Mn−Cr-твердых растворов при термомеханической обработке (ТМО). Реализация данных превращений в исследованных сталях с метастабильным аустенитом при пластической деформации под давлением и/или отпуске в цикле ТМО сопровождается повышением комплекса механических свойств. |
| format |
Article |
| author |
Эфрос, Б.М. Прокофьева, О.В. Гладковский, С.В. Лоладзе, Л.В. Бараз, В.Р. |
| spellingShingle |
Эфрос, Б.М. Прокофьева, О.В. Гладковский, С.В. Лоладзе, Л.В. Бараз, В.Р. Влияние напряженно-деформированного состояния на разуплотнение и механические свойства сталей с метастабильной структурой Физика и техника высоких давлений |
| author_facet |
Эфрос, Б.М. Прокофьева, О.В. Гладковский, С.В. Лоладзе, Л.В. Бараз, В.Р. |
| author_sort |
Эфрос, Б.М. |
| title |
Влияние напряженно-деформированного состояния на разуплотнение и механические свойства сталей с метастабильной структурой |
| title_short |
Влияние напряженно-деформированного состояния на разуплотнение и механические свойства сталей с метастабильной структурой |
| title_full |
Влияние напряженно-деформированного состояния на разуплотнение и механические свойства сталей с метастабильной структурой |
| title_fullStr |
Влияние напряженно-деформированного состояния на разуплотнение и механические свойства сталей с метастабильной структурой |
| title_full_unstemmed |
Влияние напряженно-деформированного состояния на разуплотнение и механические свойства сталей с метастабильной структурой |
| title_sort |
влияние напряженно-деформированного состояния на разуплотнение и механические свойства сталей с метастабильной структурой |
| publisher |
Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України |
| publishDate |
2005 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/70110 |
| citation_txt |
Влияние напряженно-деформированного состояния на разуплотнение и механические свойства сталей с метастабильной структурой / Б.М. Эфрос, О.В. Прокофьева, С.В. Гладковский, Л.В. Лоладзе, В.Р. Бараз // Физика и техника высоких давлений. — 2005. — Т. 15, № 1. — С. 55-60. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| series |
Физика и техника высоких давлений |
| work_keys_str_mv |
AT éfrosbm vliânienaprâžennodeformirovannogosostoâniânarazuplotnenieimehaničeskiesvojstvastalejsmetastabilʹnojstrukturoj AT prokofʹevaov vliânienaprâžennodeformirovannogosostoâniânarazuplotnenieimehaničeskiesvojstvastalejsmetastabilʹnojstrukturoj AT gladkovskijsv vliânienaprâžennodeformirovannogosostoâniânarazuplotnenieimehaničeskiesvojstvastalejsmetastabilʹnojstrukturoj AT loladzelv vliânienaprâžennodeformirovannogosostoâniânarazuplotnenieimehaničeskiesvojstvastalejsmetastabilʹnojstrukturoj AT barazvr vliânienaprâžennodeformirovannogosostoâniânarazuplotnenieimehaničeskiesvojstvastalejsmetastabilʹnojstrukturoj |
| first_indexed |
2025-07-05T19:25:02Z |
| last_indexed |
2025-07-05T19:25:02Z |
| _version_ |
1836836195536994304 |
| fulltext |
Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 1
55
PACS: 81.40.−z, 81.40.Vw
Б.М. Эфрос1, О.В. Прокофьева1, С.В. Гладковский2, Л.В. Лоладзе1,
В.Р. Бараз2
ВЛИЯНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ
НА РАЗУПЛОТНЕНИЕ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТАЛЕЙ
С МЕТАСТАБИЛЬНОЙ СТРУКТУРОЙ
1Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина НАН Украины
ул. Р. Люксембург, 72, г. Донецк, 83114, Украина
2Уральский государственный технический университет
ул. Мира, 19, г. Екатеринбург, 620002, Россия
Изучены структурные и фазовые превращения в метастабильных аустенитных
сталях на основе Fe−Cr−Ni- и Fe−Mn−Cr-твердых растворов при термомеханиче-
ской обработке (ТМО). Реализация данных превращений в исследованных сталях с
метастабильным аустенитом при пластической деформации под давлением и/или
отпуске в цикле ТМО сопровождается повышением комплекса механических
свойств.
Введение
Для слабостареющих нержавеющих сталей эффективным способом дос-
тижения высоких значений прочностных свойств является ТМО [1]. В этой
связи в работе изучены деформационно-мартенситные превращения (ДМП)
в сталях на основе системы Fe−Cr−Ni(Mn) с разной стабильностью аустени-
та при деформации в цикле ТМО.
Материалы и методы исследования
Объектами исследования служили как сталь 01Х18Н10Г3С2М2 (ЗИ98) со
стабильным аустенитом, так и стали 01Х17Н8Г2С1.5 (ЗИ126) и 03Г21Х13 с
метастабильным аустенитом. Предварительную пластическую деформацию
сталей в цикле ТМО осуществляли методами холодного волочения и гидро-
экструзии (ГЭ).
В работе исследовали структурно-фазовое состояние указанных сталей в
зависимости от степени пластической деформации и последующего отпуска
с помощью рентгеноструктурного анализа, дилато- и волюмометрии, а так-
же испытаний на растяжение стандартных образцов.
Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 1
56
0 20 40 60 80
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
2
1
ε, %
ω
Результаты эксперимента и обсуждение
Для нержавеющих сталей с различной стабильностью аустенита дости-
жение высоких значений прочности обеспечивается ТМО. Ведущая роль ее
заключительной операции (отпуска) проявляется в этих сталях благодаря
структурным изменениям, подготовленным предшествующим деформиро-
ванием [1,2].
Эффективность ТМО сталей данного класса тесно связана с проблемой
стабильности γ-твердого раствора и полнотой протекания ДМП. При этом
существует прямая зависимость интенсивности упрочнения от объемной до-
ли α-фазы деформации. Наиболее продуктивно присутствие α-мартенсита
сказывается при отпуске.
В цикле ТМО аустенитных сталей важная роль пластического деформи-
рования представляется вполне очевидной. При этом необходимо учиты-
вать, что пластическая деформация является одновременно причиной воз-
никновения в материале несплошностей, эволюция которых способна при-
вести к необратимому разрыхлению и последующему разрушению.
На рис. 1 для исследованных сталей ЗИ98 и ЗИ126 приведены кривые,
описывающие зависимость показателя поврежденности ω от величины де-
формации при волочении. Видно, что характер изменения ω связан со ста-
бильностью γ-фазы по отношению к ДМП, протекающему в ходе пластиче-
ского течения.
Таким образом, полученные результаты свидетельствуют, что при холод-
ном волочении наблюдается процесс накопления несплошностей, который
более активен при деформации метастабильной стали ЗИ126. В ней с боль-
шей вероятностью могут быть получены критические значения показателя
поврежденности ωcr [3].
Необходимо отметить, что эффективность накопления поврежденности в
металлических материалах может быть ослаблена за счет регулирования
реализуемой схемы напряженного состояния при деформации [4].
Для наиболее известных способов обработки металлов давлением [5] низ-
кие значения показателя напряженного состояния η (η = σ/Т, где σ − среднее
Рис. 1. Накопление по-
врежденности ω в про-
цессе холодного воло-
чения сталей ЗИ98 (1) и
ЗИ126 (2)
Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 1
57
гидростатическое напряжение (σ = −Р), Т − интенсивность касательных на-
пряжений) достигаются при использовании технологий деформирования под
давлением, например ГЭ. Для указанного способа нагружения η ≈ (−6.0)–
(−1.15), в то время как для схемы обычного волочения η ≈ (−1.15)–0.5 [4].
На рис. 2 представлены зависимости изменения предела прочности σв,
плотности ρ, а также объемной доли α-мартенсита от степени деформации ε
при холодном волочении метастабильной стали ЗИ126.
0 20 40 60 80
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
ρ,
1
0
3 k
g/
m
3
7.76
7.78
7.80
7.82
7.84
ε, %
σ B, 1
03 M
Pa
0 20 40 60 80
0
10
20
30
40
α,
%
ε, %
а б
Рис. 2. Изменение предела прочности σв, плотности ρ (а) и количества α-мартен-
сита (б) в зависимости от степени деформации ε при холодном волочении метаста-
бильной стали ЗИ126
В результате холодного волочения стали ЗИ126 со степенью обжатия ε ≈ 80%
предел прочности σв увеличивается примерно в 3 раза. При этом количество
α-мартенсита деформации достигает ~ 40%. Одновременно наблюдается раз-
рыхление стали, о чем свидетельствует снижение плотности ρ. Изменение
указанных характеристик для степени обжатия ε = 80% при последующем от-
пуске стали ЗИ126 (нагрев холоднодеформированных образцов проводился в
интервале температур Т = 0–1000°C с выдержкой 1 h) приведено на рис. 3.
0 200 400 600 800 1000
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
T, °C
σ B, 1
0
3 M
Pa
ρ,
1
0
3 k
g/
m
3
7.76
7.78
7.80
7.82
7.84
0 200 400 600 800 1000
0
10
20
30
40
β,
m
ra
d
α,
%
0
10
20
T, °C
а б
Рис. 3. Влияние температуры отпуска Т на изменение предела прочности σв и
плотности ρ (а), а также объемной доли α-мартенсита деформации и физической
ширины рентгеновской линии (220)γ β (б) в стали ЗИ126
Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 1
58
Видно, что восстановление ρ в ходе последующего отпуска происходит в
температурном интервале ∆Т ≈ 400–700°C. При этом можно отметить, что
дальнейшее повышение температуры отпуска практически не изменяет ве-
личину плотности.
Анализ полученных результатов свидетельствует, что в процессе ТМО
метастабильной стали ЗИ126 наиболее высокий уровень прочностных
свойств достигается при последующем отпуске в интервале ∆Т ≈ 500°C (рис. 3).
Наблюдаемое уменьшение плотности ∆ρ ≈ 0.7% (см. рис. 2) отражает разви-
вающийся процесс разрыхления в результате формирования и эволюции де-
фектной структуры. Изменение величины ρ следует связать, по-видимому, в
основном с образованием упругоравновесных субмикротрещин, возникаю-
щих в вершинах дислокационных скоплений, и появлением α-мартенсита
деформации [6]. Поскольку отпуск стали ЗИ126 приводит к полному восста-
новлению исходной величины ρ, можно считать, что процесс разрыхления
не выходил за пределы докритического роста микротрещин. Кроме того,
эффект восстановления ρ дополнительно усиливается протекающим обрат-
ным α→γ-превращением.
Как было отмечено выше, способность аустенитных сталей (особенно с
метастабильной γ-фазой) к накоплению несплошностей может регулиро-
ваться путем выбора такой схемы деформирования, при которой домини-
рующими становятся сжимающие напряжения.
В этой связи в работе были выполнены эксперименты по деформированию
методами ГЭ и одноосного растяжения (для сравнения) метастабильной аусте-
нитной стали 03Г21Х13. Результаты данных исследований, характеризующие
фазовый состав и механические свойства в исходном состоянии (закалка от
1050°C) и после ГЭ со степенью обжатия ε = 30%, приведены на рис. 4.
Видно, что после ГЭ сталь 03Г21Х13 испытывает активное ДМП (при-
рост ε-фазы составляет 56%, а α-мартенсита – 7%).
В то же время после деформации растяжением сталь 03Г21Х13 при со-
поставимой полноте развития γ→ε-ДМП характеризуется более высокой ин-
тенсивностью образования α-мартенсита (Сα ≈ 14%). Наблюдаемое сниже-
ние содержания α-мартенсита после ГЭ можно отнести за счет эффекта по-
давления γ, ε→α-превращения при деформации под давлением. Необходимо
отметить, что дополнительный вклад в упрочнение метастабильной стали
03Г21Х13 при ГЭ может быть вызван образованием деформационных двой-
ников в γ- и ε-фазах.
Выводы
Для аустенитных сталей на основе системы Fe−Cr−Ni эффективным спосо-
бом достижения высоких значений прочностных свойств является ТМО. Одна-
ко при пластической деформации в цикле ТМО наблюдается разрыхление ау-
стенитных сталей вследствие накопления несплошностей (микропор и микро-
трещин), которое заметнее проявляется в сталях с метастабильным аустенитом.
Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 1
59
а
1 2 3
0
200
400
600
800
σ 0.
2, M
Pa
1 2 3
0
200
400
600
800
1000
1200
Bσ
, M
Pa
б в
1 2 3
0
10
20
30
40
50
60
δ,
%
1 2 3
0
20
40
60
ψ
, %
г д
В этой связи более эффективно осуществлять деформацию под давлени-
ем, например ГЭ.
Более высокая интенсивность деформационного упрочнения при ГЭ ме-
тастабильной стали на основе системы Fe−Cr−Mn связывается с реализацией
мартенситного γ→ε-ДМП и активизацией процессов деформационного
двойникования в ε- и γ-фазах.
1. С.В. Грачев, В.Р. Бараз, Теплостойкие коррозионно-стойкие пружинные стали,
Металлургия, Москва (1979).
2. В.Р. Бараз, МиТОМ № 10, 17 (1987).
3. А.А. Богатов, О.И. Мижирицкий, С.В. Смирнов, Ресурс пластичности металлов
при обработке давлением, Металлургия, Москва (1984).
4. Б.И. Береснев, К.И. Езерский, Е.В. Трушин, Б.И. Каменецкий, Высокие давления
в современных технологиях обработки материалов, Наука, Москва (1988).
Рис. 4. Влияние пластической де-
формации на фазовый состав (а) и
механические свойства (б−д) стали
03Г21Х13 (Tdef = 20°С): 1 – исходное
состояние; 2 – растяжение (ε = 30%);
3 − ГЭ (ε = 30%)
Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 1
60
5. Я.Е. Бейгельзимер, В.Н. Варюхин, Б.М. Эфрос, Физическая механика гидроста-
тической обработки материалов, ДонФТИ НАН Украины, Донецк (2000).
6. Б.М. Эфрос, ФТВД 8, № 2, 82 (1998).
B.M. Efros, О.V. Prokofyeva, S.V. Gladkovskii, L.V. Loladze, V.R. Baraz
EFFECT OF STRESS-STRAIN STATE ON FRACTURE
AND MECHANICAL PROPERTIES OF METASTABLE STEELS
The deformation structure and phase transformations in metastable austenitic steels based
on Fe−Cr−Ni- and Fe−Mn−Cr-solid solutions at thermomechanical treatment are studied.
The realization of these transformations in the investigated metastable austenitic steels at
plastic deformation and tempering in the whole cycle of thermomechanical treatment is
accompanied by the changes of their mechanical properties.
Fig. 1. Accumulation of structure damage ω during cold drawing of steels 3И98 (1) and
3И126 (2)
Fig. 2. Changes in ultimate strength σв, density ρ (а) and quantity of α-martensite (б)
depending on degree of deformation ε at cold drawing of metastable steel ЗИ126
Fig. 3. Influence of tempering temperature T on changes in ultimate strength σв and den-
sity ρ (а), as well as on volume fraction of deformation α-martensite and physical width
of the (220)γ β X-ray line (б) in steel ЗИ126
Fig. 4. Influence of plastic deformation on phase composition (a) and mechanical proper-
ties (б−д) of steel 03Г21Х13 (Tdef = 20°С): 1 − initial state; 2 − tension (ε = 30%); 3 −
HE (ε = 30%)
|