Аннотация
Постановка задачи (актуальность работы): В статье описаны особенности и потенциальные преимущества деформации методами волочения со сдвигом (ВсС) и интенсивной пластической деформации (ИПДК) в температурном интервале эффекта динамического деформационного старения (ДДС), которые позволяют получать высокий комплекс физико-механических свойств. Цель работы: Исследование и анализ особенностей структурообразования при совместном действии ИПД и эффекта ДДС при деформировании методами волочения со сдвигом и интенсивной пластической деформации кручением, установление закономерностей при образовании градиентной структуры. Используемые методы: 1. Компьютерное моделирование в программной среде Deform 3D с целью выявления напряженно-деформированного состояния на материалах с разными типами кристаллических решеток: медь М1 (ГЦК), сталь 10 (ОЦК) и титан ВТ1-0 (ГПУ) и дальнейшего сопоставления с экспериментальными данными. 2. Измерение микротвердости 3. Растровая и просвечивающая электронная микроскопия. Новизна: К элементам новизны относится исследование совместного действия ИПД и эффекта ДДС на формирование градиентной структуры и механические свойства металлов с различными кристаллическими решетками. Результат: В статье приведены результаты исследований по формированию структуры в процессе немонотонной пластической деформации сплавов (сталь 10, медь, титан) с различными типами кристаллической решётки методом ВсС, а также РКУП и ИПДК низкоуглеродистой стали в условиях действия эффекта ДДС. Проанализированы механизмы деформации и особенности деформационного поведения на мезоуровне при различных режимах деформационной обработки. Установлены температурные интервалы проявления эффекта ДДС при деформации стали 10 при РКУП и факт формирования градиентной структуры при ИПДК в этих условиях. Практическая значимость: Результаты исследования могут быть использованы для получения данных при выборе оптимального режима деформационной обработки с эффектом ДДС.
Ключевые слова
Интенсивная пластическая деформация, интенсивная пластическая деформация кручением, волочение со сдвигом, динамическое деформационное старение, сталь 10, медь М1, титан ВТ1-0, компьютерное моделирование, напряженно-деформированное состояние, микроструктура.
1. Градиентные структуры в перлитной стали / Э.В. Козлов, В.Е. Громов, В.В. Коваленко и др. Новокузнецк: СибГИУ, 2004. 224 с.
2. Градиентные структурно-фазовые состояния в сталях / Ю.Ф. Иванов, В.В. Коваленко, Э.В. Козлов и др. Новосибирск: Наука, 2006. 280 с.
3. Физическая природа формирования и эволюции градиентных структурно-фазовых состояний в сталях и сплавах / В.В. Коваленко, Э.В. Козлов, Ю.Ф. Иванов и др. Новокузнецк: Изд-во ООО «Полиграфист», 2009. 557 с.
4. Формирование градиентных структурно-фазовых состояний на наномасштабном уровне в прокатных валках / Ю.Ф. Иванов, О.Ю. Ефимов, В.В. Коваленко и др. // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2008. №4. С. 55–58.
5. Lu K. Making strong nanomaterials ductile with gradients // Science 19 Sep 2014: vol. 345, iss. 6203, pp. 1455–1456.
6. Fang T.H., Li W.L., Tao N.R., Lu K. Revealing Extraordinary Intrinsic Tensile Plasticity in Gra-dient Nano-Grained Copper. // Science 25 Mar 2011: vol. 331, iss. 6024, pp. 1587–1590.
7. Raab G.I., Simonova L.A., Aleshin G.N. Tailoring the gradient ultrafine-grained structure in low-carbon steel during drawing with shear // Metalurgija 55 (2016) 2, 177–180.
8. Структурно-фазовый градиент, индуцированный усталостными испытаниями в условиях промежуточного электростимулирования / Ю.Ф. Иванов, В.В. Коваленко, М.П. Ивахин и др. // Физическая мезомеханика. 2004. Т.3, №7. С.29–34.
9. Raab A.G., Chukin M.V., Aleshin G.N., Raab G.I. Investigation of a new shear deformation method for the production of nanostructures in low-carbon steel // 2014 IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 63 012008 doi:10.1088/1757-899X/63/1/012008
10. Raab G.I., Gunderov D.V., Shafigullin L.N., Podrezov Yu.M., Danylenko M.I., Tsenev N.K., Bakhtizin R.N., Aleshin G.N., Raab A.G. Structural variations in low-carbon steel under severe plastic deformation by drawing, free torsion, and drawing with shear // Materials Physics and Mechanics. 2015. No. 3. Vol. 24, 242–252.
11. Бабич В.К., Гуль Ю.П., Долженков И.Е. Деформационное старение стали. М.: Металлургия, 1972. 320 с.
12. Попов К.В. Динамическое деформационное старение и хрупкость водородного типа. М., 1979. 98 с.
13. Aleshin G.N., Raab G.I., Kodirov I.S. Features of Dynamic Strain Aging of Low-Carbon Steels during Severe Plastic Deformation Processing // Key Engineering Materials. 2017, vol. 743, pp. 191–196.
14. Марочник сталей и сплавов / В.Г. Сорокин, А.В. Волосникова, С.А. Вяткин и др. М.: Машиностроение, 1989. 640 с.
15. Применение полного факторного эксперимента в процессе волочения со сдвигом / М.В. Чукин, А.Г. Рааб, В.И. Семенов, И.Р. Асланян, Г.И. Рааб // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2012. №4. С. 33–37.
16. Пат. 2347633 РФ. Способ получения ультрамелкозернистых полуфабрикатов волочением со сдвигом / Рааб Г.И., Рааб А.Г. 2007.
17. Рааб Г.И., Рааб А.Г. Способ получения ультрамелкозернистых полуфабрикатов волочением со сдвигом // Изобретатели – машиностроению. 2011. №3. С. 4.
18. Semenov V.I., Aleshin G.A., Raab A.G., Tontchev N., Kamburov V., Yankov E. Scheme of treatment and its effect on the strain heterogeneity and structural changes in billets of low-carbon steel // Materials Science. Non-Equilibrium Phase Transformations, V. III/2017, pp. 87–91.
19. Valiev R.Z., Islamgaliev R.K., Alexandrov I.V. Bulk nanostructured materials from severe plastic deformation. // Prog. Mater. Sci. 45 (2000) 103–189.
20. Valiev R.Z., Zhilyaev A.P., Langdon T.G. Bulk Nanostructured Materials: Fundamentals and Applications // Wiley STM, USA 2014, p. 440.
21. Raab G.I., Podrezov Y.M., Aleshin G.N. Structure Evolution during Plastic Deformation of Low-Carbon Steel, Materials Science Forum, 2016, vol. 870, pp. 253–258.
22. Caillard D. Dynamic strain ageing in iron alloys: The shielding effect of carbon // Acta Materialia 112 (2016) 273–284.
23. Трусов П.В., Чечулина Е.А. Прерывистая текучесть: модели, основанные на физических теориях пластичности // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2017. № 1. С. 134–163. DOI: 10.15593/perm.mech/2017.1.09
24. Трусов П.В., Чечулина Е.А. Прерывистая текучесть: физические механизмы, экспериментальные данные, макрофеноменологические модели // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2014. № 3. С. 186–232. DOI: 10.15593/perm.mech/2014.3.10
25. Danylenko N.I., Kovylayev V.V., Ponomaryov S.S., Firstov S.A. Растворение цементита в процессе интенсивной поверхностной пластической деформации. Lutsk: Inter-University Collection "NAUKOVY NOTATKI", 69–72. (2009).
26. Firstov S.O., Rogul T.H., Shut O.A. Transition from microstructures to nanostructures and ultimate hardening // Functional Materials. 2009. 16, №4. P. 364–373.
27. Firstov S.O., Rohul T.H., Svechnikov V.I., Dub S.M. Concept of "useful" impurities and me-chanical properties of nanostructured chromium and molybdenum films // Materials Science. 42 (1) (2006) 121–126.