Вплив гарячої деформації на структуру аустеніту вуглецевої сталі
Loading...
Date
2022
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Український державний університет науки і технологій, ІПБТ, Дніпро
Abstract
UKR: Мета. Визначення впливу температури і ступеня гарячої пластичної деформації на розвиток збіркової рекристалізації аустеніту вуглецевої сталі. Методика. В якості матеріалу для досліджень використані вуглецеві сталі з концентрацією вуглецю 0,55 і 0,65%, що відповідають максимальному і мінімальному значенню в
межах марочного складу для суцільнокатаних залізничних коліс. Кількість інших хімічних елементів відповідала вимогам нормативної документації на залізничні колеса. Зразки для досліджень мали форму циліндрів діаметром 20 та висотою 40мм. Різну ступінь пластичної деформації отримували при стисненні зі швидкістю
деформації порядку 10-3 с-1. Для нагріву зразків до температур гарячого обтиснення використані нагрівальні
електричні печі камерного типу. При нагріві зразків здійснені заходи, що запобігають окисленню та локальному зниженню концентрації атомів вуглецю на їх поверхнях. Після термічної обробки зразків та механічної
підготовки поверхні, виявлення структури аустеніту здійснювали з використанням травника на основі суміші розчинів з соляної та пікринової кислот. Структуру сталей досліджували під світловим мікроскопом. Розмір зерна аустеніту визначали за методиками кількісної металографії. Результати. Дослідженням структури вуглецевої сталі визначено, що за умов підвищення температури відпалу, виникнення структурної неоднорідності аустеніту обумовлено зміною механізму розвитку збіркової рекристалізації. Починаючи від 10 %
гарячого обтискування, пропорційно ступеню пластичної деформації, розвиток збіркової рекристалізації за
механізмом руху великокутових меж приводить до подрібнення зерна аустеніту і формуванню однорідної
структури. При ступенях гарячої деформації менш ніж 10 %, щільності дислокацій недостатньо для формування зародку для розвитку збіркової рекристалізації за механізмом руху великокутових меж. В результаті
значно швидше відбудеться рекомбінація дислокацій в зернах гарячедеформованого аустеніту, що призведе
до розділення зерен на окремі фрагменти. Їх розмір буде визначатися щільністю дислокацій, що введені за
гарячого обтискування. Кути разорієнтації між фрагментами мають проміжні значення між межами з великими кутами разорієнтації та субмежами, що визначає їх низьку мобільність. Для такої структури розвиток
збіркової рекристалізації в аустеніті буде відбуватися за механізмом розчинення меж зерен. В результаті,
виникає значна неоднорідність структури аустеніту, що визначається різницею в розмірах між сусідніми зернами до декількох разів. Наукова новизна. В залежності від умов гарячого обтискування вуглецевої сталі, визначене значення пластичної деформації, що розділяє розвиток збіркової рекристалізації аустеніту за якісно
різними механізмами. За низького значення гарячого обтискування, коли щільності дислокацій недостатньо
для формування зародка збіркової рекристалізації за механізмом руху великокутових меж, відбувається зростання зерен аустеніту за механізмом розчинення меж зерен. Практична значущість. Визначення впливу температури і ступеня гарячої пластичної деформації на механізм розвитку збіркової рекристалізації, дозволить оптимізувати технологію обтискування заготівки суцільнокатаного залізничного колеса.
ENG: Purpose. Determination influence temperature and degree of hot plastic deformation carbon steel on the development secondary recrystallization of the austenite. Methodology. The carbon steels with a concentration of carbon by 0.55 and 0.65%, which correspond to the maximum and minimum values within the brand composition for all-rolled railway wheels, were used as material for the research. The number of other chemical elements met requirements of the documentation for railway wheels. The samples for research had the form of cylinders with a diameter of 20 and a height of 40 mm. Different degrees of plastic deformation were obtained during compression with a deformation rate of 10-3 s-1. Chamber-type electric heating furnaces were used to heat the samples to temperatures of the hot pressing. When heating samples, measures are taken to prevent oxidation and a local decrease concentration of the carbon atoms on their surfaces. After heat treatment of the samples and mechanical preparation of the surface, detection of the structure of austenite was carried out using of the etching based on a mixture of solutions hydrochloric and picric acids. The structure of the steels was investigated under a light microscope. The size of the austenite grain was determined by the methods of quantitative metallographic. Findings. The study structure of the carbon steel determined that under conditions of increasing the annealing temperature, the occurrence of structural heterogeneity of the austenite is caused by a change at mechanism of the development secondary recrystallization. Starting from 10% of hot pressing, in proportion to the degree of plastic deformation, development secondary recrystallization by the mechanism of movement of the large-angle boundaries leads to grinding of the austenite grain and the formation of a homogeneous structure. At degrees of hot deformation less than 10%, the density of dislocations is not enough to form a nucleus for the development secondary recrystallization by the mechanism of movement of the large-angle boundaries. As a result, recombination of the dislocations in grains of hot deformed austenite will occur much faster, which will lead to the separation of grains into fragments. Their size will be determined by the density of dislocations introduced during hot pressing. Disorientation angles between fragments have intermediate values between boundaries with large disorientation angles and subboundaries, which determines their low mobility. For such a structure, development of the secondary recrystallization in austenite will occur by the mechanism of grain boundary dissolution. As a result, there is significant heterogeneity structure of the austenite, which is determined by the difference in sizes between neighboring grains up to several times. Originality. Depending on the conditions of hot pressing of the carbon steel, the value of plastic deformation is determined, which separates development the secondary recrystallization of the austenite by qualitatively different mechanisms. At a low value of hot deformation, when the density of dislocations is not sufficient for the formation of a nucleus of the secondary recrystallization by the mechanism movement of the large-angle boundaries, the growth austenite grains occurs by the mechanism of dissolution of the grain boundaries. Practical value. Determining effect temperature and degree of hot plastic deformation on the mechanism of the development secondary recrystallization will allow to the optimize technology crimping the blank of the all-rolled railway wheel.
ENG: Purpose. Determination influence temperature and degree of hot plastic deformation carbon steel on the development secondary recrystallization of the austenite. Methodology. The carbon steels with a concentration of carbon by 0.55 and 0.65%, which correspond to the maximum and minimum values within the brand composition for all-rolled railway wheels, were used as material for the research. The number of other chemical elements met requirements of the documentation for railway wheels. The samples for research had the form of cylinders with a diameter of 20 and a height of 40 mm. Different degrees of plastic deformation were obtained during compression with a deformation rate of 10-3 s-1. Chamber-type electric heating furnaces were used to heat the samples to temperatures of the hot pressing. When heating samples, measures are taken to prevent oxidation and a local decrease concentration of the carbon atoms on their surfaces. After heat treatment of the samples and mechanical preparation of the surface, detection of the structure of austenite was carried out using of the etching based on a mixture of solutions hydrochloric and picric acids. The structure of the steels was investigated under a light microscope. The size of the austenite grain was determined by the methods of quantitative metallographic. Findings. The study structure of the carbon steel determined that under conditions of increasing the annealing temperature, the occurrence of structural heterogeneity of the austenite is caused by a change at mechanism of the development secondary recrystallization. Starting from 10% of hot pressing, in proportion to the degree of plastic deformation, development secondary recrystallization by the mechanism of movement of the large-angle boundaries leads to grinding of the austenite grain and the formation of a homogeneous structure. At degrees of hot deformation less than 10%, the density of dislocations is not enough to form a nucleus for the development secondary recrystallization by the mechanism of movement of the large-angle boundaries. As a result, recombination of the dislocations in grains of hot deformed austenite will occur much faster, which will lead to the separation of grains into fragments. Their size will be determined by the density of dislocations introduced during hot pressing. Disorientation angles between fragments have intermediate values between boundaries with large disorientation angles and subboundaries, which determines their low mobility. For such a structure, development of the secondary recrystallization in austenite will occur by the mechanism of grain boundary dissolution. As a result, there is significant heterogeneity structure of the austenite, which is determined by the difference in sizes between neighboring grains up to several times. Originality. Depending on the conditions of hot pressing of the carbon steel, the value of plastic deformation is determined, which separates development the secondary recrystallization of the austenite by qualitatively different mechanisms. At a low value of hot deformation, when the density of dislocations is not sufficient for the formation of a nucleus of the secondary recrystallization by the mechanism movement of the large-angle boundaries, the growth austenite grains occurs by the mechanism of dissolution of the grain boundaries. Practical value. Determining effect temperature and degree of hot plastic deformation on the mechanism of the development secondary recrystallization will allow to the optimize technology crimping the blank of the all-rolled railway wheel.
Description
І. Вакуленко: ORCID 0000-0002-7353-1916, С. Плітченко: ORCID 0000-0002-0613-2544,
Д. Болотова: ORCID 0000-0001-6947-3963, О. Перков: ORCID 0000-0002-8101-1654
Keywords
сталь, температура, деформація, аустеніт, розмір зерна, збіркова рекристалізація, steel, temperature, deformation, austenite, grain size, secondary recrystallization, КПММ
Citation
Вакуленко І. О., Болотова Д. М., Перков О. М., Плітченко С. О. Вплив гарячої деформації на структуру аустеніту вуглецевої сталі. Теорія і практика металургії. 2022. № 1 (132). С. 50–60. DOI: 10.34185/tpm.1.2022.07.