Введение 4
Глава 1. Литературный обзор 6
1.1 Основные методы пластической деформации для получения УМЗ
структуры в металлических материалах 6
1.2 Эволюция структуры стали в процессе пластической деформации 9
1.3 Особенности механизма деформации стали в условиях теплой
обработки давлением 12
1.4 Особенности микроструктуры и механических свойств металлических
материалов, полученных методом ротационной ковки 14
1.5 Механические свойства углеродистых сталей в области хрупко-вязкого
перехода 16
1.5.1 Хладостойкие стали 16
1.5.2 Хрупкое и вязкое разрушение 27
1.6Особенности строения изломов углеродистых сталей после испытания в области хрупко-вязкого перехода 30
1.7 Постановка задачи 33
Глава 2. Материал и методики исследований 34
2.1 Материал исследования 34
2.2Методика деформирования образцов 34
2.3 Методика электронно-микроскопических исследований 37
2.4Методика проведения механических испытаний 38
2.5 Методика проведения фрактографического анализа 39
Глава 3. Результаты исследований 34
3.1 Эволюция микроструктуры стали 38ХА в ходе теплой ротационной
ковки 39
3.2 Исследование влияния температуры испытания в области ХВП на
механические свойства среднеуглеродистой стали 38ХА 45
3.3 Исследование особенностей строения изломов деформированных
образцов стали 38 ХА в области ХВП 52
Выводы 55
Список используемой литературы 56
Многие элементы современных машин и аппаратов работают в условиях умеренного (до -70оС) охлаждения. Применяемые для их изготовления конструкционные материалы должны обеспечивать надежную работу аппаратов, машин и механизмов в заданных температурных условиях.
Среди различных способов повышения прочности металлов только измельчение зерна повышает не только прочностные, но и вязкие характеристик. В качестве основного способа получения объемных ультрамелкозернистых материалов в последние десятилетия рассматривается большая пластическая деформация. Основными методами такой деформации металлов являются равноканальное угловое прессование, кручение под высоким давлением, мультиосевая ковка, прокаткаи ротационная ковка.
Одним из эффективных видов обработки, применяемых в автомобильной промышленности для изготовления полуфабрикатов для таких деталей как карданный вал, амортизатор, пуансон, является ротационная ковка. Этому способствуют малые обжатия в ходе ковки и присутствие в схеме нагружения гидростатической компоненты напряжения. Вследствие локальности деформирования на порядок снижается технологическое усилие, что обеспечивает значительное снижение металлоемкости оборудования и повышение стойкости инструмента. Радиальное обжатие обеспечивает возможность формоизменения материалов без разрушения до значительных степеней деформаций при высокой точности полученных изделий, сводя до минимума последующую обработку резанием.
Таким образом, исследование влияния температуры и степени деформации при ротационной ковке на структуру и свойства среднеуглеродистой стали является актуальным. Повышение свойств среднеуглеродистых сталей представляет практический интерес, так как благодаря их термомеханической обработке появляется возможность замены дорогостоящих высоколегированных сталей для изготовления деталей машин, эксплуатируемых при пониженных температурах.
1. Исследована кинетика эволюции микроструктуры среднеуглеродистой стали 38ХА в ходе теплой ротационной ковки. Установлено, что формирование УМЗ структуры наблюдается уже после степени деформации s ~1,2 при Т=500оС. Увеличение степени деформации ведет к дальнейшему измельчению структуры. Средний размер зеренной структуры после максимальной степени деформации 554 нм. Карбиды равномерно
распределены по ферритной матрице, их максимальный средний размер составляет 55 нм.Установлено, что обработка методом ротационной ковки приводит к формированию ярко выраженной волокнистой структуры.
2. Исследована температурная зависимость механических свойств стали 38ХА после стандартной термической обработки (закалка 860оС+отпуск 500оС) и ротационной ковки. Показано различие в изменении прочностных характеристик в зависимости от состояния стали, если после стандартной обработки отмечен сначала рост прочности с понижением температуры испытания, а затем снижение с уменьшением температуры испытания, то после ротационной ковки наоборот сначала имеет место снижение значений прочности, а после достижения Т= - 40 °С их рост. Значения пластичности слабо зависят от температуры испытания в обоих состояниях.
3. Сильно вытянутые ферритные зерна обеспечивают увеличение ударной вязкости образцов после ротационной ковки в несколько раз по сравнению с образцами после закалки и высокого отпуска. При испытании при комнатной температуре сталь показывает максимальную работу удара при Е~2,8 -330 Дж, которая в три раза превышает работу удара после стандартной обработки. С понижением температуры работа удара монотонно снижается относительно комнатной температуры до 245 Дж при -65°С, но при дальнейшем снижении температуры резко уменьшается до 166 Дж при - 100С. Установлено, что хрупко-вязкий переход наблюдается при -20°С в состоянии после стандартной термообработки и при -100°С после ротационной ковки.
4. Характер разрушения образцов зависит, как от состояния образцов, так и температуры испытания. После стандартной обработки наблюдается типичное для среднеуглеродистой стали изменение в характере излома: при комнатной температуре преобладает вязкое разрушение и преимущественное его ямочное строение, первые признаки хрупкой составляющей в изломе обнаруживаются при Т= - 100°С. После ротационной ковки при комнатной температуре излом имеет слоистое строение, свидетельствующее о наличии
47
вытянутой структуры в образцах. Вторичное растрескивание нарастает с понижением температуры испытания с преобладанием излома типа расслоение при - 100°С.
