Strain Hardening of Low-Carbon Steel in the Area of Jerky Flow

Loading...
Thumbnail Image
Date
2021
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Дніпровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпро
Abstract
ENG: Purpose. The aim of this work is to assess the effect of ferrite grain size of low-carbon steel on the development of strain hardening processes in the area of nucleation and propagation of deformation bands. Methodology. Low-carbon steels with a carbon content of 0.06–0.1% C in various structural states were used as the material for study. The sample for the study was a wire with a diameter of 1mm. The structural studies of the metal were carried out using an Epiquant light microscope. Ferrite grain size was determined using quantitative metallographic techniques. Different ferrite grain size was obtained as a result of combination of thermal and termo mechanical treatment. Vary by heating temperature and the cooling rate, using cold plastic deformation and subsequent annealing, made it pos-sible to change the ferrite grain size at the level of two orders of magnitude. Deformation curves were obtained during stretching the samples on the Instron testing machine. Findings. Based on the analysis of stretching curves of low-carbon steels with different ferrite grain sizes, it has been established that the initiation and propagation of plastic de-formation in the jerky flow area is accompanied by the development of strain hardening processes. The study of the nature of increase at dislocation density depending on ferrite grain size of low-carbon steel, starting from the moment of initiation of plastic deformation, confirmed the existence of relationship between the development of strain harden-ing at the area of jerky flow and the area of parabolic hardening curve. Originality. One of the reasons for decrease in Luders deformation with an increase of ferrite grain size of low-carbon steel is an increase in strain hardening indicator, which accelerates decomposition of uniform dislocations distribution in the front of deformation band. The flow stress during initiation of plastic deformation is determined by the additive contribution from the frictional stress of the crys-tal lattices, the state of ferrite grain boundaries, and the density of mobile dislocations. It was found that the size of dis-location cell increases in proportion to the diameter of ferrite grain, which facilitates the development of dislocation annihilation during plastic deformation. Practical value. Explanation of qualitative dependence of the influence of ferrite grain size of a low-carbon steel on the strain hardening degree and the magnitude of Luders deformation will make it possible to determine the optimal structural state of steels subjected to cold plastic deformation.
UKR: Мета. Основною метою роботи є оцінка впливу розміру зерна фериту низьковуглецевої сталі на розвиток процесів деформаційного зміцнення в області зародження й поширення смуг деформації. Методика. Як матеріал для дослідження були низьковуглецеві сталі з вмістом вуглецю 0,06–0,1 % С в різному структурному стані. Зразками для дослідження взято дріт діаметром 1 мм. Структурні дослідження металу здійснено з використанням світлового мікроскопа «Епіквант». Розмір зерна фериту визначено за методикою кількісної металографії. Різний розмір зерна фериту отримано в результаті поєднання термічних і термомеханічних обробок. Варіювання температур нагрівання, схем і швидкостей охолодження з використанням холодної пластичної деформації й подальшого відпалу дозволило змінювати розмір зерна фериту на рівні двох порядків значень. Криві деформації отримано в результаті розтягування зразків на випробувальній машині типу «Інстрон». Результати. На основі аналізу кривих розтягування низьковуглецевих сталей із різним розміром зерна фериту встановлено, що зародження й поширення пластичної деформації в області переривчастої течії супроводжується розвитком процесів деформаційного зміцнення. Дослідження процесу приросту густини дислокацій залежно від розміру зерна фериту низьковуглецевої сталі від моменту зародження пластичної деформації підтвердило існування зв’язку між розвитком деформаційного зміцнення в області переривчастої течії й області кривої з параболічним зміцненням. Наукова новизна. Однією з причин зменшення деформації Людерса зі збільшенням розміру зерна фериту низьковуглецевої сталі є зростання показника деформаційного зміцнення, що пришвидшує розпад рівномірного розподілу дислокацій у фронті смуги деформації. Напруження течії під час зародження пластичної деформації визначається адитивним внеском від напруження тертя кристалічних грат, стану меж зерен фериту й густини рухомих дислокацій. Установлено, що пропорційно діаметру зерна фериту відбувається збільшення розміру дислокаційної комірки, що полегшує анігіляцію дислокацій під час пластичної деформації. Практична значимість. Пояснення якісної залежності впливу розміру зерна фериту низьковуглецевої сталі на показник ступеня деформаційного зміцнення й величину деформації Людерса дозволить визначити оптимальний структурний стан сталей, які піддають холодній пластичній деформації.
Description
I. Vakulenko: ORCID 0000-0002-7353-1916; D. Bolotova: ORCID 0000-0001-6947-3663; S. Proidak: ORCID 0000-0003-2439-3657; B. Kurt: ORCID 0000-0002-7245-6774: A. Erdogdu: ORCID 0000-0003-1831-3972: H. Chaikovska: ORCID 0000-0001-6707-0159: K. Asgarov: ORCID 0000-0003-4771-3406
Keywords
errite grain size, dislocation, Luders deformation, strain hardening index, low-carbon steel, розмір зерна фериту, дислокація, деформація Людерса, показник деформаційного зміцнення, низьковуглецева сталь, КПММ
Citation
Vakulenko I. O., Bolotova D. M., Proidak S. V., Kurt B., Erdogdu A. E., Chaikovska H. O., Asgarov K. Strain Hardening of Low-Carbon Steel in the Area of Jerky Flow. Наука та прогрес транспорту. 2021. № 2 (92). С. 65–75. DOI: 10.15802/stp2021/236291.