ЗАЛЕЖНІСТЬ ЗНОСОСТІЙКОСТІ ТА ВНУТРІШНЬОЇ ЕНЕРГІЇ СТАЛІ ВІД ПАРАМЕТРІВ ДЕФОРМАЦІЇ

Браташевський О.Ю., Горбачова Л.В., Полякова А.Г., Польотов В.А.

Харківський Національний технічний університет сільського господарства, Україна

Відомо, що при деформації сталі разом з пластичною деформацією відбувається збільшення дефектів кристалічної структури і суттєво зростає щільність дислокації (ρ). Наприклад, у сталі 25 до деформації (відпалений стан) ρ дорівнює ≈10⁶см^-2, а перед руйнуванням ρ досягає величини ≈10¹²см^-2. Проте, таке зростання ρ має нерівномірний характер – спочатку ρ збільшується швидко, а починаючи з певного ступеня деформації, ріст ρ уповільнюється, і врешті величина ρ стабілізується і зберігається до руйнування сталі. При цьому твердість мало чутлива до цих змін ρ; вона зростає безперервно до самого руйнування. Кореляцію ж із зміною ρ має положення температури перлітних перетворень, а точніше – величина зниження температури Ас₁ деформованої сталі. Ця величина зниження Ас₁ характеризує той додаток до величини внутрішньої енергії сталі, який залишила пластична деформація. Вимірювання цієї величини однозначно визначає дислокаційний стан сталі. В різноманітних механізмах деталі, які піддаються зносу, обов’язково підлягають дії пластичної деформації. Отже, встановити взаємозв’язок між дислокаційним станом сталі і її зносостійкістю за допомогою температури алотропічних перетворень є цікавим в практичному сенсі.

Мета даної роботи – дослідження впливу ступеня і швидкості деформації на внутрішню енергію і зносостійкість сталі.

Матеріалом дослідження вибрано сталь 25, яку, з метою одержання рівноваги структури, відпалювали при 1200⁰С впродовж 3 годин з наступним охолодженням разом з піччю до кімнатної температури. З відпаленої сталі виготовляли зразки і піддавали їх пластичній деформації при кімнатній температурі у такі три способи: прокатка на лабораторному листопрокатному однокліттєвому стані 150; одновісне стискання на машині Р-5 та кування на пневматичному одностояковому молоті. Температуру Ас₁ деформованих і відпалених зразків визначали за допомогою диференційно – термічного аналізу при швидкостях нагрівання 500⁰С/хв. Умови протікання α→γ перетворення відповідали утворенню аустеніту в ізотермічних умовах. Тонку структуру зразків вивчали за методом електронної мікроскопії на електронному мікроскопі „JEM-200A” на просвіт. Крім цього, вимірювали твердість зразків за методом Віккерса. Зносостійкість вимірювали часом (хв), який витрачається на знос 1г зразка при терті його на абразивному папері. Швидкість деформації розраховували за формулою:

έ = ,

де V_ср – середня швидкість деформування; - істинне звужування при зміні товщини зразка від h₀ до h₁; Δh= h₀-h₁ – повне звужування.

В результаті досліджень встановлено, що критична точка Ас₁ сталі після відпалювання фіксувалася при 725⁰С, а після деформації – при нижчих температурах, які наведено в таблиці. Значення Δt в таблиці – це різниця між температурами Ас₁ відпаленої і здеформованої сталей.

Таблиця. Залежність зносостійкості та величини зниження Ас₁ (Δt) холодно формованої сталі 25 від швидкості (έ) і ступеня деформації

Сту-пінь деформації, %	Способи деформації
	Одновісне стискання			Прокатка			Кування
	έ, с^-1	Δt, ^0С	зносостійкість, хв/г	έ, с^-1	Δt, ^0С	зносостійкість, хв/г	έ, с^-1	Δt, ^0С	зносостійкість, хв/г
10	0,76	8	15,1	106	11	18,2	7600	13,5	32,4
20	0,714	16,5	-	94,5	22	-	7140	27,0	-
30	0,67	24,0	18,9	83,2	31	22,8	6700	36,5	39,2
40	0,61	32,0	-	72,0	36	-	6100	39,5	-
50	0,5	35,0	29,7	61,2	38	28,3	5545	41,0	46,1
60	0,49	37,5	-	50,4	39,5	-	4900	42	-
70	0,41	38	25,5	39,5	40,5	31,0	4100	43	48,7
80	-	-	-	28,5	41,5	-	-	-	-

Як видно з таблиці, Δt змінюється немонотонно в залежності від ступеня деформації. Наприклад для прокатки, якщо із збільшенням ступеня деформації до 40-50% спостерігається відносно різке зниження критичної точки Ас₁ (відповідно 36-38⁰С), то подальше збільшення ступеня стискання до 80% призводе до менш значного приросту Δt (6-4⁰С). Такий характер залежності зниження Ас₁ від ступеня деформації є спільним для усіх трьох способів деформації і складається з двох стадій: перший – відносно інтенсивніший на початкових етапах деформації; друга – відносно невеликий ріст Δt при подальшому збільшенні деформації. Різниця в цих залежностях полягає лише в ступені деформації, при якому перша стадія переходе в другу. Так, перехід з першої стадії до другої після кування спостерігається при ступенях деформації близько 30%; після прокатки – при близько 40%, а після одновісного стискання – при 50-60%. Слід відзначити, що усім наведеним ступеням деформації відповідає одне й те ж значення Δt, яке дорівнює 36⁰С.

Крім цього, при будь-якому певному ступені деформації величина Δt залежить від швидкості деформації: чим більша έ, тим більша Δt. Залежність зносостійкості сталі від ступеня і швидкості деформації повністю корелює з величиною Δt.

Мікроструктурний аналіз показав, що на першій стадії залежності Δt від ступеня деформації, коли має місце інтенсивний ріст Δt, в структурі сталі формується комірчаста дислокаційна структура фериту. На другій стадії цієї залежності (незначний приріст Δt) дана комірчаста дислокаційна структура фериту вже сформована і не змінюється. Формування цієї структури відбувається до тих пір, поки Δt не досягне 36⁰С. Ця структура фериту на момент завершення формування має комірки з середнім розміром близько 0,75мкм і товщиною границь (жгутоподібні скупчення дислокацій із щільністю 10¹²см^-2) близько 0,2мкм. Внутрішній об’єм комірки чистий від дислокацій. В разі подальшої деформації (Δt>36⁰С) в середині комірок починає формуватися субкоміркова дислокаційна структура. Тобто, умовно кажучи, при деформації сталі відбувається подрібнювання її структури: спочатку завдяки формуванню грубих дислокаційних комірок, а далі – завдяки формуванню більш тонкої дислокаційної структури. Цими структурними змінами і пояснюється нерівномірне зростання Δt і зносостійкості сталі при збільшенні ступеня і швидкості деформації.

Висновки

1. Зниження Ас₁ і зростання зносостійкості деформованої сталі залежить від ступеня і швидкості деформації.

2. Залежність величини зниження Ас₁ і величини зростання зносостійкості деформованої сталі від ступеня і швидкості деформації нерівномірна. Поки в сталі формується комірчаста дислокаційна структура (перша стадія деформації) зниження Ас₁ і збільшення зносостійкості відбуваються інтенсивно, а при подальшій деформації – значно повільніше.

3. Зносостійкість деформованої сталі визначається кількістю дислокацій, які з’явилися в структурі сталі в процесі її деформації. Цю кількість дислокацій можна виміряти величиною зниження Ас₁ сталі.

Література

1. Браташевський О.Ю., Горбачова Л.В., Полякова А.Г., Польотов В.А.. Положення критичної точки Ас₁ після холодної прокатки сталі 25. – Вісник ХДТУСГ. Вип..18. Харків, 2003, с. 215-219.

2. Браташевський О.Ю., Горбачова Л.В., Полякова А.Г., Польотов В.А., Каплуновський В.О. Дослідження метастабільної структури холоднодеформованої сталі 25. Труды 10^-й Международной научно-технической конференции «Физические и компьютерные технологии». Харьков. ХНПК «ФЭД». 2004, с. 185-187.