Влияние объемной наноструктуры на реологические свойства сталей

Сопоставление полей экспериментальных точек деформационного упрочнения образцов из стали 20 (находящейся в исходном состоянии), а также стали 20 с объемной наноструктурой иллюстрирует рисунок 2.17.

Рисунок 2.17 - Поля экспериментальных значений зависимости сопротивления деформации от степени деформации для наноструктурных сталей 20 после РКУП с предварительным улучшением (светлые треугольники) и

стали 20, находящейся в исходном состоянии (темные квадраты)

Анализ полученных результатов свидетельствует, что после процесса РКУП наиболее существенное упрочнение наноструктурных низкоуглеродистых сталей наблюдается в диапазоне от 10 до 30% степеней деформации. По сравнению со сталью 20, находящейся в исходном состоянии, максимальное значение прироста сопротивления деформации наблюдается при степени деформации 15…17% и составляет 150…200 МПа, что в относительном выражении составляет 22…27%.

При более высоких степенях деформации за счет видимых процессов разупрочнения низкоуглеродистых наносталей (модуль упрочнения принимает отрицательное значение) разница в величинах нивелируется и достигает для 50% степени деформации всего 12…14%, а на предельных степенях деформации (около 70%) – 8…9%.

При этом для рассматриваемой марки стали после РКУП наблюдается 5…7% увеличение пластических свойств (сравнение производилось по величинам деформационного предела прочности).

Следовательно, при проектировании технологий волочения и калибрования в аспекте получения эффекта наибольшего упрочнения (для готовой проволоки) необходимо маршрут обработки давлением на завершающих переходах ограничивать 20…30-ю процентами степенней деформации. В тоже время, промежуточные переходы могут рассчитываться из условия достижения максимальной степени деформации, не превышающей 76%.

На рисунке 2.18 представлены аппроксимирующие и расчетные кривые деформационного упрочнения для наносталей 20 и стали 20, находящейся в исходном состоянии, построенные по реологическим моделям.

а	б

Рисунок 2.18 - Аппроксимирующие (а) и теоретические (б) кривые зависимости сопротивления деформации от степени деформации для наноструктурной стали 20 после РКУП с предварительным улучшением (светлые треугольники) и

стали 20, находящейся в исходном состоянии (темные квадраты)

Как следует из рисунка 2.18, статистические модели адекватно отражают характер изменения значений сопротивления деформации в зависимости от степени относительной деформации и могут быть использованы при расчетах маршрутов волочения (калибрования) проволоки.

Следующим этапом исследований явилось сравнение реологических свойств среднеуглеродистых сталей, типичным представителем которых является сталь 45, с обычной и наноструктурой. На рисунке 2.19 приводится сопоставление полей экспериментальных точек деформационного упрочнения образцов из стали 45 находящейся в исходном состоянии, а также стали 45 с объемной наноструктурой.

Рисунок 2.19 - Поля экспериментальных значений зависимости сопротивления деформации от степени деформации для наноструктурных сталей 45 после РКУП с предварительным улучшением (светлые треугольники) и

стали 45, находящейся в исходном состоянии (темные квадраты)

Как следует из рисунка 2.19, после процесса РКУП наиболее существенное упрочнение наноструктурных среднеуглеродистых сталей наблюдается в диапазоне от 15 до 30% степеней деформации. Однако, в отличие от низкоуглеродистых сталей, максимальное значение прироста сопротивления деформации (наблюдаемое при степени деформации также 15…17%) составляет всего 50…80 МПа, что в относительном выражении составляет менее 6%.

При более высоких степенях деформации разница в величинах между материалами с традиционной и наноструктурой находится в диапазоне 3…4% и сохраняется до предельных значений степеней деформации (деформационного предела прочности). Модули упрочнения, при этом отличаются также незначительно, а именно: 1,03 – для наностали 45 и 1,08 – для стали 45 с традиционной структурой (до степени деформации 55%), а также 1,53 - для наностали 45 и 1,48 – для стали 45 с традиционной структурой (со степени деформации 55% до деформационного предела прочности). Такой характер изменения реологических свойств хорошо иллюстрирует рисунок 2.20, где представлены аппроксимирующие и расчетные кривые деформационного упрочнения для наносталей 45 и стали 45, находящейся в исходном состоянии, построенные по реологическим моделям.

а	б

Рисунок 2.20 - Аппроксимирующие (а) и теоретические (б) кривые зависимости сопротивления деформации от степени деформации для наноструктурной стали 45 после РКУП с предварительным улучшением (светлые треугольники) и

стали 45, находящейся в исходном состоянии (темные квадраты)

Одним из важнейших аспектов поведения рассматриваемых в данном разделе материалов, является существенное увеличение значений деформационного предела прочности (с 63% до 74%), что в относительном выражении составляет более 17%.

Следовательно, при проектировании технологий волочения и калибрования сталей 45 с объемной наноструктурой в аспекте получения эффекта наибольшего упрочнения (для готовой проволоки) снимается ограничение по 20…30% степени деформации (как это было для наностали 20). Кроме того, процесс обработки давлением может рассчитываться до суммарной деформации, не превышающей деформационный предел прочности 74%.

Как и в предыдущем случае, статистические модели адекватно отражают характер изменения значений сопротивления деформации в зависимости от степени относительной деформации и могут быть использованы при расчетах маршрутов волочения (калибрования) проволоки для сталей 45 с обычной (традиционной) и наноструктурой.