К.т.н. Кузовлева О.В.

Тульский государственный университет, Россия

Перспективы использования состояния металлов и сплавов вблизи температуры фазового перехода второго рода

Изучение закономерностей развития фазовых превращений важно для научного и практического использования, поскольку некоторые фазы могут обладать уникальными свойствами. Особый интерес в рассмотрении механизма фазовых превращений представляет состояние предпревращения и наблюдаемое при этом аномальное изменение некоторых свойств и структуры.

Однако до сих пор не решены в полном объёме задачи о закономерностях изменения физико-механических свойств в различных металлах и сплавах в состоянии предпревращения. При внутренних превращениях физические, а также механические свойства могут проявлять аномалии [1]. Например, аномальная пластичность при превращении установлена в сплавах с «высокой» температурой фазового перехода и «нормальным» механизмом превращения, и в сплавах с низкой температурой превращения и мартенситным механизмом перестройки решётки (титан, кобальт, цирконий, уран и др.) [2].

Представляет интерес изучение поведения пластичности в зависимости от температуры деформирования в интервале температур вблизи критических точек Ас₁ и Ас₃ для углеродистых сталей марок 35 и У8А. Температура перехода Ас₁ исследуемых сталей совпадает и составляет 730 ºС, а температуры точки Ас₃ для сталей марок 35 и У8А составляют 810 и 765 соответственно. Кроме того, для стали марки 35 проведены исследования вблизи точки Кюри (768 ºС).

Существуют области предпревращения и для Ас₁, и для Ас₃ – переходов. В состояниях предпревращения (для Ас₁-превращения – область, расположенная на 30-35 ºС ниже линии PSK; для Ас₃-превращения – область температур, близкая к линии GP) можно ожидать появления повышенной пластичности материала, а при совпадении скоростей деформирования и процессов подготовки фазового превращения – сверхпластичности [3].

Проведены исследования сталей марок 35 и У8А в интервале температур Т = 700÷890 °С при скорости деформирования V = 1 мм/мин.

Для испытаний на растяжение использовались цилиндрические образцы с диаметром рабочей части 5 мм (ГОСТ 1497-84) [4]. В каждой точке испытывали по 3–4 образца. Пластичность оценивали величиной относительного удлинения образца (δ, %) после растяжения.

Проведённые исследования иллюстрируют изменение пластичности этих сталей в интервале температур, предшествующих фазовому превращению.

При испытаниях металла в условиях повышенных температур следует отметить, что растяжение при данной скорости деформирования (1 мм/мин) сопровождается чередующимися процессами упрочнения и возврата. При испытаниях с более высокими скоростями (3 и 5 мм/мин) скачков на диаграмме не наблюдается; процессы идут более интенсивно и получаемые значения относительного удлинения ниже, чем при испытаниях с малыми скоростями деформирования [2, 5, 6]. В результате разрушения образцы имели вязкий излом.

Относительное удлинение этих сталей как характеристика пластичности изменяется немонотонно: повышается с увеличением температуры, достигает максимума, снижается после температуры критической точки и повышается с последующим возрастанием температуры.

В стали марки 35 на кривой зависимости пластичности от температуры δ(Т) наблюдаются два экстремума, соответствующие состоянию предпревращения перед точками Ас₁ и Ас₃. В эвтектоидной стали У8А основное повышение пластичности обеспечивается состоянием предпревращения вблизи эвтектоидного фазового перехода в точке Ас₁. При этом на зависимости предела пропорциональности σ_0,05 от температуры испытания наблюдали ровную «площадку», свидетельствующую о замедлении разупрочнения материала.

Такой эффект может быть связан с особым состоянием всей металлической системы в период предпревращения.

Установлено, что в марках исследуемых углеродистых сталей в состоянии предпревращения пластичность выше, чем в аустенитном состоянии [7].

Таким образом, состояние предпревращения открывает особые возможности использования свойств металлических материалов в современной промышленности. В частности, открываются перспективы для создания новых технологий обработки металлов давлением при аномально высоких показателях пластичности.

Литература:

1. Воробьёв В.Г. Аномальные свойства металлических веществ во время протекания внутренних превращений и их техническое значение / В.Г. Воробьёв // Известия ВУЗов. Машиностроение. – 1960. – № 8. – С. 120–131.

2. Эстрин Э.И. О природе пластичности при полиморфных превращениях / Э.И. Эстрин // Физика металлов и материаловедение. – 2006. – Т. 102. – № 1. – С. 123–128.

3. Суровцев А.П. О природе аномальной деформируемости низкоуглеродистых сталей / А.П. Суровцев, В.Е. Суханов // МиТОМ. – 1984. – № 10. – С. 15–20.

4. ГОСТ 1497–84. Металлы. Методы испытаний на растяжение. – М.: Издательство стандартов, 1993. – 35 с.

5. Гуляев А.П. Высокотемпературная пластичность углеродистых сталей / А.П. Гуляев, Л.М. Сарманова. // Металловедение и термическая обработка металлов. – 1972. – № 4. – С. 43–47.

6. Гвоздев А.Е. Деформация, структурообразование и разрушение стали Р6М5 / А.Е. Гвоздев, О.В. Кузовлева, А.В. Кондрашина // Деформация и разрушение материалов. – 2007. – №8. – С. 25–31.

7. Кузовлева О.В. Аномальные изменения структуры и свойств металлов и сплавов при термомеханических воздействиях в состоянии предпревращения // Под ред. д-ра техн. наук, проф. А.Е. Гвоздева. – Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. – 266 с.