ВЛИЯНИЕ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ И ПОСЛЕДУЮЩЕЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА СТРУКТУРУ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА TWIP-СТАЛИ
|
Введение 4
Глава 1 Обзор литературы 6
1.1 Общая характеристика стали 6
1.2 Виды деформации при обработке материалов давлением 10
1.2.1 Продольная прокатка 10
1.2.2 Кручение под давлением 11
1.2.3 Равноканальное угловое прессование 12
1.2.4 Всесторонняя ковка 15
1.3 Влияние размера зерна на механические свойства TWIP стали. Закон
Холла-Петча 17
1.4 Роль двойникования при деформационном упрочнении 18
1.5 Влияние химического состава на виды деформационных превращений 23
1.6 Актуальность и значимость исследования 25
1.7 Постановка задач исследования 26
Глава 2 Описание материала и методик исследования 27
2.1 Описание материала исследования 27
2.1.1 Характеристика материала 27
2.1.2 Влияние легирующих элементов на фазовые превращения стали 27
2.2 Методика пластической деформации 29
2.3 Методика термической обработки 30
2.4 Методика микроструктурных исследований 31
2.4.1 Просвечивающая электронная микроскопия 31
2.4.2 Растровая электронная микроскопия 31
2.5 Методика механических испытаний 32
2.5.1 Испытания на растяжение 32
2.5.2 Измерение микротвердости по Виккерсу 37
Глава 3 Результаты исследований и их обсуждение 38
3.1 Исследование микроструктуры высокомарганцевой TWIP-стали Fe-
18Mn-0.6C-1.5Al 38
3.1.1 Исследование исходной микроструктуры высокомарганцевой TWIP-
стали Fe-18Mn-0.6C-1.5Al 38
3.1.2 Исследование микроструктуры высокомарганцевой TWIP-стали Fe-
18Mn-0.6C-1.5Al после холодной прокатки 38
3.1.3 Исследование микроструктуры высокомарганцевой TWIP-стали Fe-
18Mn-0.6C-1.5Al после холодной прокатки и последующих отжигов 42
3.2 Исследование механических свойств высокомарганцевой стали Fe- 47
18Mn-0.6C-1.5Al после холодной прокатки и последующих отжигов 47
3.2.1 Измерение микротвердости по Виккерсу 47
3.2.2 Испытания на растяжение 48
Выводы 56
Список литературы
Глава 1 Обзор литературы 6
1.1 Общая характеристика стали 6
1.2 Виды деформации при обработке материалов давлением 10
1.2.1 Продольная прокатка 10
1.2.2 Кручение под давлением 11
1.2.3 Равноканальное угловое прессование 12
1.2.4 Всесторонняя ковка 15
1.3 Влияние размера зерна на механические свойства TWIP стали. Закон
Холла-Петча 17
1.4 Роль двойникования при деформационном упрочнении 18
1.5 Влияние химического состава на виды деформационных превращений 23
1.6 Актуальность и значимость исследования 25
1.7 Постановка задач исследования 26
Глава 2 Описание материала и методик исследования 27
2.1 Описание материала исследования 27
2.1.1 Характеристика материала 27
2.1.2 Влияние легирующих элементов на фазовые превращения стали 27
2.2 Методика пластической деформации 29
2.3 Методика термической обработки 30
2.4 Методика микроструктурных исследований 31
2.4.1 Просвечивающая электронная микроскопия 31
2.4.2 Растровая электронная микроскопия 31
2.5 Методика механических испытаний 32
2.5.1 Испытания на растяжение 32
2.5.2 Измерение микротвердости по Виккерсу 37
Глава 3 Результаты исследований и их обсуждение 38
3.1 Исследование микроструктуры высокомарганцевой TWIP-стали Fe-
18Mn-0.6C-1.5Al 38
3.1.1 Исследование исходной микроструктуры высокомарганцевой TWIP-
стали Fe-18Mn-0.6C-1.5Al 38
3.1.2 Исследование микроструктуры высокомарганцевой TWIP-стали Fe-
18Mn-0.6C-1.5Al после холодной прокатки 38
3.1.3 Исследование микроструктуры высокомарганцевой TWIP-стали Fe-
18Mn-0.6C-1.5Al после холодной прокатки и последующих отжигов 42
3.2 Исследование механических свойств высокомарганцевой стали Fe- 47
18Mn-0.6C-1.5Al после холодной прокатки и последующих отжигов 47
3.2.1 Измерение микротвердости по Виккерсу 47
3.2.2 Испытания на растяжение 48
Выводы 56
Список литературы
Развитие современных сталей с высокой прочностью, хорошей пластичностью, вязкостью и способностью к глубокой вытяжке необходимо для производства современных автомобилей с пониженным весом и повышенной прочностью кузова, а также сложными формами, которые соответствуют последним модным тенденциям в их дизайне. В настоящее время в категории перспективных высокопрочных автомобильных сталей рассматриваются два типа сталей, относящихся к сталям аустенитного класса.
Эти стали после охлаждения на воздухе имеют структуру аустенита. К первому типу относятся стали с пластичностью, наведенной превращением (TransformationInducedPlasticity - TRIP). Эти стали после окончательной прокатки имеют двухфазную аустенитно-мартенситную структуру. Ко второму типу аустенитных сталей относятся стали, проявляющие эффект пластичности, наведенной двойникованием (TwinningInducedPlasticity- TWIP). Эти стали имеют структуру аустенита в холоднокатанных листах.
Стали системы Fe-C-Mnбыли разработаны и внедрены в промышленное производство с высоким содержанием углерода и 11%Mn в 1882 г. английским металлургом Р. Гадфильдом[1]. Он создал литую сталь, сочетающую высокую пластичность со средней прочностью. Литая сталь с классическим составом Fe-1,1%C-13%Mn применяется для износостойких деталей, не требующих размерной стабильности. Она характеризуется большой разницей между пределом прочности ~1000 МПа и пределом текучести ~400 МПа, что обеспечивает пластичность 50% и более. Причины уникального механического поведения стали Гадфильда долгое время оставались неизвестными. Только во второй половине ХХ века было показано, что интенсивное упрочнение этой стали во время деформации обусловлено двойникованием, которое измельчает размер зерна с 40-100 мкм до менее 1 мкм, что обеспечивает сильное структурное упрочнение [2,3]. Это 4
достаточно упрощенное по современным меркам представление о механизмах деформации стали Гадфильда позволило сформулировать микроструктурный дизайн новых высокопрочных автосталей последнего поколения.
Уникальные деформируемые высокомарганцевые стали для автомобилестроения были созданы в начале 2000-х годов компанией Posco. Благодаря сочетанию высокой прочности с высокой пластичностью этих материалов они являются наиболее перспективными материалами для автомобильной промышленности [4].
Однако, помимо описанных преимуществ стали класса TWIP имеется один существенный недостаток: низкий уровень предела текучести. Это один из факторов, ограничивающих немедленное внедрение TWIP-сталей в автомобильную промышленность, где высокий предел текучести особенно важен.
Решением этой проблемы для стали выбранного состава является верно подобранная деформационно-термическая обработка. Так как основное применение эти стали находят в автомобильной промышленности, деформация заключается в листовой прокатке, после чего выполняется отжиг. Листовая прокатка проводится при комнатной температуре для того, чтобы действовал механизм, обеспечивающий высокую пластичность и прочность TWIP-сталей - деформационное двойникование.
Эти стали после охлаждения на воздухе имеют структуру аустенита. К первому типу относятся стали с пластичностью, наведенной превращением (TransformationInducedPlasticity - TRIP). Эти стали после окончательной прокатки имеют двухфазную аустенитно-мартенситную структуру. Ко второму типу аустенитных сталей относятся стали, проявляющие эффект пластичности, наведенной двойникованием (TwinningInducedPlasticity- TWIP). Эти стали имеют структуру аустенита в холоднокатанных листах.
Стали системы Fe-C-Mnбыли разработаны и внедрены в промышленное производство с высоким содержанием углерода и 11%Mn в 1882 г. английским металлургом Р. Гадфильдом[1]. Он создал литую сталь, сочетающую высокую пластичность со средней прочностью. Литая сталь с классическим составом Fe-1,1%C-13%Mn применяется для износостойких деталей, не требующих размерной стабильности. Она характеризуется большой разницей между пределом прочности ~1000 МПа и пределом текучести ~400 МПа, что обеспечивает пластичность 50% и более. Причины уникального механического поведения стали Гадфильда долгое время оставались неизвестными. Только во второй половине ХХ века было показано, что интенсивное упрочнение этой стали во время деформации обусловлено двойникованием, которое измельчает размер зерна с 40-100 мкм до менее 1 мкм, что обеспечивает сильное структурное упрочнение [2,3]. Это 4
достаточно упрощенное по современным меркам представление о механизмах деформации стали Гадфильда позволило сформулировать микроструктурный дизайн новых высокопрочных автосталей последнего поколения.
Уникальные деформируемые высокомарганцевые стали для автомобилестроения были созданы в начале 2000-х годов компанией Posco. Благодаря сочетанию высокой прочности с высокой пластичностью этих материалов они являются наиболее перспективными материалами для автомобильной промышленности [4].
Однако, помимо описанных преимуществ стали класса TWIP имеется один существенный недостаток: низкий уровень предела текучести. Это один из факторов, ограничивающих немедленное внедрение TWIP-сталей в автомобильную промышленность, где высокий предел текучести особенно важен.
Решением этой проблемы для стали выбранного состава является верно подобранная деформационно-термическая обработка. Так как основное применение эти стали находят в автомобильной промышленности, деформация заключается в листовой прокатке, после чего выполняется отжиг. Листовая прокатка проводится при комнатной температуре для того, чтобы действовал механизм, обеспечивающий высокую пластичность и прочность TWIP-сталей - деформационное двойникование.
В данной работе была изучена микроструктура высокомарганцевой TWIP-стали Fe-18Mn-0.6C-1.5Al, подвергнутой холодной прокатке с последующим отжигом в интервале температур 400°С-700°С и ее влияние на механические свойства По результатам работы были сделаны следующие выводы:
1) Холодная прокатка высокомарганцевой TWIP-стали Fe-18Mn-0.6C- 1.5A1 приводит к повышению предела прочности и предела текучести и снижению пластичности. Данное упрочнение связано с повышением плотности дислокаций, количество двойников деформации увеличивается с увеличением степени обжатия. При последующем отжиге в интервале температур 400-700°С происходит снижение предела прочности и предела текучести, пластичность повышается. Данное разупрочнение связано с протеканием процесса рекристаллизации, при котором снижается плотность дислокаций в зернах.
2) Микроструктура высокомарганцевой TWIP-стали Fe-18Mn-0.6C-1.5A1 после холодной прокатки и последующих отжигов при температурах 400°С и 500°С не приводит к изменению микроструктуры, зерна вытянуты в направлении прокатки. При температурах отжига 600°С и 700°С микроструктура образцов высокомарганцевой TWIP-стали Fe- 18Mn-0.6C-1.5Al начинает изменяться. У образцов, прокатанных до 20 и 40% обжатия и отжиге при температурах 700 °С и 600 °С наблюдается частично рекристализованная структура со средним размером рекристаллизованных зерен 4,8 и 2,3 мкм соответственно. У образцов , прокатанных до 60 и 80% обжатия и отожженных при температуре 600 °С структура полностью рекристаллизованная со средним размером рекристаллизованных зерен 1,7 и 0,8 мкм соответственно. У образцов, прокатанных от 40 до 80% обжатия и отожженных при температуре 700 °С структура полностью рекристаллизованная со средним размером рекристаллизованных зерен от 4,5 до 1,2 мкм.
3) Наилучшими деформационно-термическими обработками следует признать прокатку до 20% обжатия и отжиги на 500 и 600 °С в течение 30 минут, при данных температурах протекает процесс статического возврата, в результате чего снижается плотность дислокаций. Предел текучести достигает 720 и 620 МПа, предел прочности - 1000 МПа и 970 МПа при удлинении 38 и 48%, соответственно. Данные обработки обеспечивают наиболее оптимальное сочетание прочности и пластичности высокомарганцевой TWIP-стали Fe-18Mn-0.6C-1.5Al
1) Холодная прокатка высокомарганцевой TWIP-стали Fe-18Mn-0.6C- 1.5A1 приводит к повышению предела прочности и предела текучести и снижению пластичности. Данное упрочнение связано с повышением плотности дислокаций, количество двойников деформации увеличивается с увеличением степени обжатия. При последующем отжиге в интервале температур 400-700°С происходит снижение предела прочности и предела текучести, пластичность повышается. Данное разупрочнение связано с протеканием процесса рекристаллизации, при котором снижается плотность дислокаций в зернах.
2) Микроструктура высокомарганцевой TWIP-стали Fe-18Mn-0.6C-1.5A1 после холодной прокатки и последующих отжигов при температурах 400°С и 500°С не приводит к изменению микроструктуры, зерна вытянуты в направлении прокатки. При температурах отжига 600°С и 700°С микроструктура образцов высокомарганцевой TWIP-стали Fe- 18Mn-0.6C-1.5Al начинает изменяться. У образцов, прокатанных до 20 и 40% обжатия и отжиге при температурах 700 °С и 600 °С наблюдается частично рекристализованная структура со средним размером рекристаллизованных зерен 4,8 и 2,3 мкм соответственно. У образцов , прокатанных до 60 и 80% обжатия и отожженных при температуре 600 °С структура полностью рекристаллизованная со средним размером рекристаллизованных зерен 1,7 и 0,8 мкм соответственно. У образцов, прокатанных от 40 до 80% обжатия и отожженных при температуре 700 °С структура полностью рекристаллизованная со средним размером рекристаллизованных зерен от 4,5 до 1,2 мкм.
3) Наилучшими деформационно-термическими обработками следует признать прокатку до 20% обжатия и отжиги на 500 и 600 °С в течение 30 минут, при данных температурах протекает процесс статического возврата, в результате чего снижается плотность дислокаций. Предел текучести достигает 720 и 620 МПа, предел прочности - 1000 МПа и 970 МПа при удлинении 38 и 48%, соответственно. Данные обработки обеспечивают наиболее оптимальное сочетание прочности и пластичности высокомарганцевой TWIP-стали Fe-18Mn-0.6C-1.5Al
Подобные работы
- ВЛИЯНИЕ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ И ПОСЛЕДУЮЩЕЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА СТРУКТУРУ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА TWIP-СТАЛИ
Дипломные работы, ВКР, материаловедение . Язык работы: Русский. Цена: 4355 р. Год сдачи: 2018