Эффекты циклического деформационного упрочнения сплавов с метастабильным аустенитом

Изучено влияние циклического нагружения в малоцикловой области на форму петли механического гистерезиса сплавов с метастабильным аустенитом. Выявлены особенности механического поведения на примере сплавов С1Т и ЭП678 при циклическом нагружении, связанные с проявлением структурной нестабильности, а т...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2008
Автори:	Гладковский, С.В., Вичужанин, Д.И., Смирнов, С.В., Богданова, Т.П., Эфрос, Б.М.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України 2008
Назва видання:	Физика и техника высоких давлений
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/70446
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:	Эффекты циклического деформационного упрочнения сплавов с метастабильным аустенитом / С.В. Гладковский, Д.И. Вичужанин, С.В. Смирнов, Т.П. Богданова, Б.М. Эфрос // Физика и техника высоких давлений. — 2008. — Т. 18, № 2. — С. 125-132. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-70446
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-704462014-11-07T03:01:40Z Эффекты циклического деформационного упрочнения сплавов с метастабильным аустенитом Гладковский, С.В. Вичужанин, Д.И. Смирнов, С.В. Богданова, Т.П. Эфрос, Б.М. Изучено влияние циклического нагружения в малоцикловой области на форму петли механического гистерезиса сплавов с метастабильным аустенитом. Выявлены особенности механического поведения на примере сплавов С1Т и ЭП678 при циклическом нагружении, связанные с проявлением структурной нестабильности, а также изменение кинетики образования α′-мартенсита деформации в зависимости от амплитуды цикла и характера приложения нагрузки. Influence of cyclic loading in the low-cycle region on the shape of mechanical-hysteresis loop in alloys with metastable austenite has been studied. Mechanical behavior of alloys C1T and ЭП678 under cyclic load resulting in structural instability as well as changes in the kinetics of deformation α′-martensite formation dependent on cycle amplitude and character of load application have been revealed. 2008 Article Эффекты циклического деформационного упрочнения сплавов с метастабильным аустенитом / С.В. Гладковский, Д.И. Вичужанин, С.В. Смирнов, Т.П. Богданова, Б.М. Эфрос // Физика и техника высоких давлений. — 2008. — Т. 18, № 2. — С. 125-132. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 0868-5924 PACS: 81.40.Jj, 81.30.Kf http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/70446 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	Изучено влияние циклического нагружения в малоцикловой области на форму петли механического гистерезиса сплавов с метастабильным аустенитом. Выявлены особенности механического поведения на примере сплавов С1Т и ЭП678 при циклическом нагружении, связанные с проявлением структурной нестабильности, а также изменение кинетики образования α′-мартенсита деформации в зависимости от амплитуды цикла и характера приложения нагрузки.
format	Article
author	Гладковский, С.В. Вичужанин, Д.И. Смирнов, С.В. Богданова, Т.П. Эфрос, Б.М.
spellingShingle	Гладковский, С.В. Вичужанин, Д.И. Смирнов, С.В. Богданова, Т.П. Эфрос, Б.М. Эффекты циклического деформационного упрочнения сплавов с метастабильным аустенитом Физика и техника высоких давлений
author_facet	Гладковский, С.В. Вичужанин, Д.И. Смирнов, С.В. Богданова, Т.П. Эфрос, Б.М.
author_sort	Гладковский, С.В.
title	Эффекты циклического деформационного упрочнения сплавов с метастабильным аустенитом
title_short	Эффекты циклического деформационного упрочнения сплавов с метастабильным аустенитом
title_full	Эффекты циклического деформационного упрочнения сплавов с метастабильным аустенитом
title_fullStr	Эффекты циклического деформационного упрочнения сплавов с метастабильным аустенитом
title_full_unstemmed	Эффекты циклического деформационного упрочнения сплавов с метастабильным аустенитом
title_sort	эффекты циклического деформационного упрочнения сплавов с метастабильным аустенитом
publisher	Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
publishDate	2008
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/70446
citation_txt	Эффекты циклического деформационного упрочнения сплавов с метастабильным аустенитом / С.В. Гладковский, Д.И. Вичужанин, С.В. Смирнов, Т.П. Богданова, Б.М. Эфрос // Физика и техника высоких давлений. — 2008. — Т. 18, № 2. — С. 125-132. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.
series	Физика и техника высоких давлений
work_keys_str_mv	AT gladkovskijsv éffektycikličeskogodeformacionnogoupročneniâsplavovsmetastabilʹnymaustenitom AT vičužanindi éffektycikličeskogodeformacionnogoupročneniâsplavovsmetastabilʹnymaustenitom AT smirnovsv éffektycikličeskogodeformacionnogoupročneniâsplavovsmetastabilʹnymaustenitom AT bogdanovatp éffektycikličeskogodeformacionnogoupročneniâsplavovsmetastabilʹnymaustenitom AT éfrosbm éffektycikličeskogodeformacionnogoupročneniâsplavovsmetastabilʹnymaustenitom
first_indexed	2025-07-05T19:41:02Z
last_indexed	2025-07-05T19:41:02Z
_version_	1836837202060902400
fulltext	Физика и техника высоких давлений 2008, том 18, № 3 125 PACS: 81.40.Jj, 81.30.Kf С.В. Гладковский1, Д.И. Вичужанин1, С.В. Смирнов1, Т.П. Богданова2, Б.М. Эфрос3 ЭФФЕКТЫ ЦИКЛИЧЕСКОГО ДЕФОРМАЦИОННОГО УПРОЧНЕНИЯ СПЛАВОВ С МЕТАСТАБИЛЬНЫМ АУСТЕНИТОМ 1Институт машиноведения УрО РАН ул. Комсомольская, 34, г. Екатеринбург, 620219, Россия 2Уральский государственный технический университет – УПИ ул. Мира,19, г. Екатеринбург, 620002, Россия 3Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина НАН Украины ул. Р. Люксембург, 72, г. Донецк, 83114, Украина Статья поступила в редакцию 23 апреля 2008 года Изучено влияние циклического нагружения в малоцикловой области на форму пет- ли механического гистерезиса сплавов с метастабильным аустенитом. Выявлены особенности механического поведения на примере сплавов С1Т и ЭП678 при цикли- ческом нагружении, связанные с проявлением структурной нестабильности, а также изменение кинетики образования α′-мартенсита деформации в зависимо- сти от амплитуды цикла и характера приложения нагрузки. Введение В зависимости от механического поведения при циклическом нагружении все конструкционные материалы можно разделить на следующие группы: циклически упрочняемые, разупрочняемые и нейтральные. В широко ис- пользуемых на практике сплавах со структурой метастабильного аустенита наряду с химическим и исходным фазовым составом существенное влияние на процессы деформирования при циклических испытаниях оказывают про- текающие при упругопластическом нагружении деформационные γ → ε- и γ, ε → α′-мартенситные превращения. В связи с этим в настоящей работе изучено влияние различных схем нагружения на эффекты циклического уп- рочнения/разупрочнения и исследовано изменение фазового состава в про- цессе деформирования сплавов с метастабильным аустенитом. Материал и методика исследования В качестве материала исследования были использованы сплавы С1Т (двухфазный (γ + ε)-сплав 05Г20С2T с метастабильным аустенитом) и Физика и техника высоких давлений 2008, том 18, № 3 126 ЭП678 (мартенситностареющий сплав 03Х11Н10М2Т промышленной вы- плавки). Сплав С1Т, содержащий в структуре 55% ε-мартенсита, изучали в состоянии после закалки от 1050°C. Сплав ЭП678 после закалки от 920°C имел мартенситную структуру, а его старение в интервале температур 500– 660°C с выдержкой 3 h сопровождалось выделением упрочняющих интерме- таллидных частиц различного состава и морфологического типа [1]. Кроме того, с увеличением температуры старения свыше 560°С в структуре сплава ЭП678 в результате развития обратного мартенситного α → γ-превращения появлялся ревертированный аустенит, максимальное (≈ 40%) содержание которого соответствовало температуре старения 620°С. Статическое и циклическое нагружения проводили на испытательных машинах Инстрон-1185 и Инстрон-8001 при комнатной температуре. Дефор- мирование в малоцикловой области при числе циклов нагружения N < 2000 осуществляли с частотой 10 Hz по схемам пилообразного знакопеременного «растяжения-сжатия», а также знакопостоянных от нулевого «растяжения- растяжения» и «сжатия-сжатия» в «мягком» режиме (поддержание постоян- ной амплитуды нагрузки). Максимальная амплитуда цикла по абсолютной величине соответствова- ла значениям σ = (0.80–0.95)σ0.2. Коэффициент асимметрии цикла при зна- копеременном нагружении R = −1, а при знакопостоянном – R = 0.05. Запись кривых статического деформирования в координатах «напряжение–дефор- мация» производили при испытаниях со скоростью перемещения активного захвата 1 mm/min с использованием экстензометра с базой 25 mm. Кривые растяжения записывали до циклического деформирования и после 1(2), 100 и 1100 циклов нагружения. Содержание аустенитной фазы в образцах опре- деляли рентгеноструктурным методом, а в процессе испытаний контролиро- вали на магнитно-измерительном комплексе Ремаграф-500. Экспериментальные результаты и обсуждение Известно [2], что развитие деформационных мартенситных γ → ε- и γ, ε → → α′-превращений при статических механических испытаниях метаста- бильных сплавов на основе Fe–Mn- и Fe–Mn–Cr-твердых растворов вносит дополнительный вклад в деформационное упрочнение, что проявляется в изменении типа кривой «напряжение–деформация» и в увеличении степен- ного показателя деформационного упрочнения n в уравнении Людвика: 0 nKeσ = σ + , (1) где σ0 – начальное сопротивление пластической деформации, K – эмпириче- ский коэффициент, е – степень деформации. В проведении механических испытаний участвовал В.В. Юровских (ОМЗ- СПЕЦСТАЛЬ, г. Екатеринбург) ** Содержание аустенитной фазы в стали ЭП678 магнитным методом определено к.т.н. С.Ю. Митропольской (ИМАШ УрО РАН) Физика и техника высоких давлений 2008, том 18, № 3 127 Образование термоупругого ε-мартенсита в Fe–Mn-метастабильных сплавах происходит при напряжениях σ ≈ σel, а появление ферромагнитного α′- мартенсита возможно только в условиях пластического деформирования. В ра- боте [3] методом прецизионного магнитного анализа было показано, что в ме- тастабильных сплавах на основе Fe–Mn- и Fe–Mn–Cr-твердых растворов пер- вый дискретный прирост α′-мартенсита деформации при растяжении происхо- дит при напряжениях, близких к величине условного предела текучести σ0.2. Результаты проведенных циклических испытаний показали, что в сплаве С1Т со структурой метастабильного аустенита при достижении первых 100 циклов нагружения с постоянной амплитудой напряжений наблюдается су- жение петли гистерезиса, что свидетельствует о наличии эффекта цикличе- ского деформационного упрочнения (рис. 1). а б в Рис. 1. Кривые деформирования сплава С1Т после различного количества циклов нагружения (σ = 0.80σ0.2): а – N = 1(2), б – 100, в – 1000 По данным рентгеноструктурного анализа после первых 100 циклов зна- копеременного нагружения (R = –1) с максимальной амплитудой ниже вели- чины σ0.2 в условиях накопления макропластической деформации в образ- цах фиксируется около 5% α′-мартенсита деформации. После 1000 циклов знакопеременного «растяжения-сжатия» происходит дальнейшее сужение петли гистерезиса, а количество α′-мартенсита достигает 12%. При этом со- держание ε-фазы после 100 циклов повышается с 55 до 65%, а с ростом чис- ла циклов до N = 1000 – снижается до 60%. Физика и техника высоких давлений 2008, том 18, № 3 128 В отличие от метастабильных сплавов на основе Fe–Mn-твердого раство- ра высокопрочные сплавы типа ЭП678 после старения на максимальную прочность (T = 480–520ºC) при статических испытаниях характеризуются низкой способностью к деформационному упрочнению и ранней локализа- цией пластической деформации, а по своему поведению при циклическом нагружении относятся к циклически разупрочняемым материалам [4]. Полученные результаты свидетельствуют о том, что изменение структу- ры сплава ЭП678 при повышении температуры старения оказывает сущест- венное влияние на вид кривых статического и циклического деформирова- ния. Так, наблюдаемое усиление интенсивности деформационного упрочне- ния при статических испытаниях с повышением температуры старения от 580 до 620ºC (рис. 2) связано главным образом с увеличением в структуре сплава при повышенных температурах старения (T > 540ºC) доли метаста- бильного ревертированного аустенита. а б Рис. 2. Кривые деформационного упрочнения сплава ЭП678 после старения при температуре 580 (а) и 620ºC (б) Типичная зависимость изменения степенного показателя деформационного упрочнения при статическом растяжении от температуры старения сплава ЭП678, приведенная на рис. 3, указывает на то, что в области максимального содержания в структуре стали ревертированного ау- стенита (T = 600ºC) наблюдается ярко вы- раженный максимум значений степенного показателя n [5]. Следует отметить, что деформационное поведение ряда структурно-стабильных конструкционных материалов в процессе усталостных испытаний может противо- положным образом меняться в зависи- мости от числа циклов нагружения. На- пример, по данным [6], в углеродистых Рис. 3. Влияние температуры ста- рения на степенной показатель де- формационного упрочнения сплава ЭП678 [5] Физика и техника высоких давлений 2008, том 18, № 3 129 а б в Рис. 4. Кривые циклического упрочнения/разупрочнения при постоянной амплиту- де нагрузки для цветных металлов (а), углеродистых сталей (б) и нержавеющих сплавов (в) [6] сталях и нержавеющих сплавах при постоянной амплитуде нагрузки и опре- деленном числе циклов наблюдается смена типа деформационного поведе- ния от разупрочнения к упрочнению (рис. 4). В сплавах с метастабильным аустенитом развитие мартенситных превра- щений при деформации вносит дополнительный вклад в механическое пове- дение при циклическом деформировании. Однако его влияние на процессы деформационного упрочнения/разупрочнения зависит как от объемной доли и стабильности ревертированного аустенита, так и от уровня действующих напряжений и числа циклов нагружения. Циклические знакопеременные ис- пытания образцов сплава ЭП678 после старения при температуре 580ºC, вы- зывающего появление в структуре 8% ревертированного аустенита, с ампли- тудой нагрузки на уровне σ = 0.80σ0.2 показали, что с увеличением числа циклов от 1 до 100 и далее до 1100 петля механического гистерезиса не- сколько расширяется (рис. 5,а). Это свидетельствует о сохранении типичного а б Рис. 5. Кривые деформирования после различного количества циклов нагружения при σ = 0.80σ0.2 (а) и σ = 0.95σ0.2 (б) сплава ЭП678, состаренного при 580ºC, 3 h Физика и техника высоких давлений 2008, том 18, № 3 130 для данных материалов эффекта цикличе- ского деформационного разупрочнения, что может быть связано с отсутствием де- формационных мартенситных превращений при указанной амплитуде нагрузки. При более высокой амплитуде напря- жений на уровне σ = 0.95σ0.2 резкое разу- прочнение проявляется уже после 100 цик- лов нагружения (рис. 5,б). Испытания на статическое растяже- ния образца, состаренного при 580ºC, по- казали, что после циклического дефор- мирования по наиболее жесткой схеме (100 циклов знакопеременного нагруже- ния при σ ≈ 0.95σ0.2) накопление цикли- ческой поврежденности приводит к за- метному снижению по сравнению с ис- ходными значениями условного предела текучести с 1245 до 1165 МРа, временного сопротивления отрыву с 1365 до 1255 МРа, а также к уменьшению относительного удлинения с 14 до 12% и относительного сужения с 64 до 56%. Количество аусте- нита в структуре сплава ЭП678 при таком режиме циклического нагру- жения снизилось с 8 до 3.5%. Повышение температуры старения с 580 до 620ºC приводит к изменению типа циклического деформационного поведения. После первых 100 циклов нагружения происходит сужение петли механического гистерезиса (рис. 6), что свидетельствует о развитии эффекта циклического упрочнения, вызван- ного деформационным мартенситным превращением. Форма петли после достижения числа циклов N = 100 стабилизируется и при дальнейшем уве- личении числа циклов до N = 1100 изменяется незначительно. Наблюдаемая смена типа механического поведения (разупрочне- ние/упрочнение) сплава ЭП678 в результате повышения температуры старе- ния с 580 до 620ºC, обеспечивающего формирование максимального коли- чества в структуре ревертированного аустенита (36%), при амплитуде цик- лической нагрузки σ = 0.95σ0.2 проявляется для всех изученных знакопере- менных и знакопостоянных схем циклического деформирования. Интенсивность образования α′-мартенсита в перестаренном сплаве ЭП678 в процессе циклического деформирования зависит от амплитуды на- гружения, формы цикла и температуры старения, определяющей стабиль- ность аустенита по отношению к пластической деформации. Как видно из результатов, приведенных на рис. 7, содержание аустенитной фазы в дефор- мированном образце после старения при 620ºC независимо от формы цикла наиболее заметно уменьшается при первых 100 циклах нагружения, а затем Рис. 6. Кривые деформирования после различного количества цик- лов нагружения при σ = 0.95σ0.2 сплава ЭП678, состаренного при 620ºC, 3 h Физика и техника высоких давлений 2008, том 18, № 3 131 оно снижается в значительно меньшей степени. Это хорошо согласуется с выявленной тенденцией стабилизации петли механического гистерезиса по- сле 100 циклов нагружения (см. рис. 6). Следует отметить, что при постоян- ной амплитуде напряжений, соответствующей величине σ = 0.95σ0.2, обра- зование α′-деформации при циклических испытаниях с одинаковым количе- ством полуциклов нагружения наиболее активно идет при схеме знакопере- менного «растяжения-сжатия» по сравнению со схемами знакопостоянного «растяжения-растяжения» и «сжатия-сжатия». При этом количество аусте- нита при знакопеременном циклическом деформировании снижается в три раза (с 36 до 12%). В то же время при статических испытаниях данного сплава в зоне равно- мерной деформации разрушенных образцов было зафиксировано более вы- сокое (16–17%) содержание сохранившегося в структуре аустенита. Наблюдаемое различие в изменении фазового состава сплава ЭП678 при циклическом деформировании в зависимости от формы цикла может быть связано с проявлением при знакопеременном нагружении эффекта Баушин- гера, заключающегося в снижении сопротивления пластическому течению при повторной растягивающей нагрузке после достижения такой же нагруз- ки в полуцикле сжатия. Таким образом, при повторном растяжении величи- на напряжения по отношению к пределу текучести при циклическом дефор- мировании оказывается ниже, и деформационное мартенситное превраще- ние идет значительно активнее. Выводы Полученные результаты свидетельствуют о существенном влиянии де- формационных мартенситных превращений в сплавах с метастабильным ау- стенитом на процессы статического и циклического деформирования и ука- зывают на возможность прогнозирования механического поведения данных материалов при различных схемах циклического нагружения по результатам ускоренных малоцикловых испытаний и анализа формы петли механическо- го гистерезиса. 1. М.Д. Перкас, В.М. Кардонский, Высокопрочные мартенситностареющие стали, Металлургия, Москва (1970). Рис. 7. Влияние схемы циклического деформирования сплава ЭП678 (ста- рение 620ºC, 3 h) при σ = 0.95σ0.2 на содержание аустенита в зависимости от числа циклов: 1 – «растяжение-растя- жение», 2 – «сжатие-сжатие», 3 – «растяжение-сжатие» Физика и техника высоких давлений 2008, том 18, № 3 132 2. И.Н. Богачев, В.Ф. Еголаев, Структура и свойства железомарганцевых сплавов, Металлургия, Москва (1973). 3. Э.С. Горкунов, М.Б. Ригмант, С.В. Гладковский, Контроль. Диагностика 27, № 9, 62 (2000). 4. В.М. Горицкий, В.Ф. Терентьев, Структура и усталостное разрушение металлов, Металлургия, Москва (1980). 5. С.В. Гладковский, Ю.В. Калетина, А.М. Филиппов, ФММ 87, № 3, 86 (1999). 6. В.Т. Трощенко, Проблемы прочности № 4, 5 (2005). S.V. Gladkovsky, D.I. Vichuzhanin, S.V. Smirnov, T.P. Bogdanova, B.M. Efros EFFECTS OF CYCLIC DEFORMATION HARDENING IN ALLOYS WITH METASTABLE AUSTENITE Influence of cyclic loading in the low-cycle region on the shape of mechanical-hysteresis loop in alloys with metastable austenite has been studied. Mechanical behavior of alloys C1T and ЭП678 under cyclic load resulting in structural instability as well as changes in the kinetics of deformation α′-martensite formation dependent on cycle amplitude and character of load application have been revealed. Fig. 1. Curves of C1T alloy deformation after different number of loading cycles (σ = = 0.80σ0.2): а – N = 1(2), б – 100, в – 1000 Fig. 2. Curves of ЭП678 alloy deformation hardening after ageing at a temperature of 580 (а) and 620ºС (б) Fig. 3. Influence of ageing temperature on exponent of ЭП678 alloy deformation hard- ening [5] Fig. 4. Curves of cyclic hardening/loss of hardening for a constant loading amplitude for non-ferrous metals (a), carbon steels (б) and stainless alloys (в) [6] Fig. 5. Deformation curves past different number of loading cycles for σ = 0.80σ0.2 (a) and σ = 0.95σ0.2 (б) of ЭП678 alloy aged at 580ºС for 3 h Fig. 6. Deformation curves past different number of loading cycles for σ = 0.95σ0.2 of ЭП678 alloy aged at 620ºС for 3 h Fig. 7. Influence of cyclic deformation scheme on austenite content in ЭП678 alloy (ageing 620ºС, 3 h) for σ = 0.95σ0.2 and depending on the number of cycles: 1 – «tensi- on-tension», 2 – «compression-compression», 3 – «tension-compression»

Эффекты циклического деформационного упрочнения сплавов с метастабильным аустенитом

Репозитарії

Схожі ресурси