УДК 621.771.23.09

Максимов А.Б.

Керченский государственный морской технологический университет, к.т.н., доцент

Механизм упрочнения низколегированных сталей при циклическом изгибе

Установлено, что при деформационном воздействии циклическим изгибом на низколегированные стали наблюдается четыре этапа изменения механических свойств. На рис. 1 приведена общая схема изменения механических свойств стали в зависимости от суммарной деформации циклическим изгибом. Суммарную деформацию определяли как произведение разовой деформации на число циклов изгиба. Величина разовой деформации (амплитуда деформирования) составляла от 1 до 12%.

Рис. 1. Общая схема упрочнения стали при циклическом знакопеременном изгибе:

I этап	III этап ;
II этап	IV этап .

При монотонном растяжении или циклическом растяжении-сжатии величина деформации по сечению образца одинаковая. Это означает, что процессы изменения тонкой структуры по всему сечению протекают одинаково. При изгибе величина деформации по сечению изменяется от нулевого значения на нейтральной линии до максимального значения на поверхности. Причем, если на одной поверхности происходит растяжение, то на другой – сжатие.

Известно, что при монотонном растяжении стали, вначале происходит интенсивное генерирование дислокаций с образованием структуры типа «леса дислокаций». При определенной плотности дислокаций происходит перестройка такой структуры в ячеистую. С увеличением степени деформации размер ячеек уменьшается и образуется полосовая дислокационная структура. Полосовая дислокационная структура служит основой для образования микротрещины. Таким образом, схема изменения механических свойств стали при растяжении состоит из двух этапов. На первом этапе упрочнение стали и снижение пластичности и ударной вязкости обусловлено образованием тонкой структуры типа «леса дислокаций» и ячеистой. На втором этапе разупрочнение и снижение пластичности и вязкости обусловлено образованием полосовой дислокационной структуры.

В данной работе проанализировано изменение тонкой структуры при циклическом изгибе с учетом разной степени деформации по сечению образца.

На первом этапе () происходит интенсивное увеличение прочностных характеристик и снижение пластичности и вязкости стали. Электронно-микроскопическими исследованиями установлено, что плотность дислокаций возрастает по всему сечению образца с образованием структуры типа «леса дислокаций». При изгибе образца степень деформации возрастает от нейтральной линии к поверхности. Поэтому упрочнение по сечению происходит неравномерно. Вследствие пересечения дислокаций возникают пороги, которые являются эффективными барьерами для движущихся дислокаций. Это приводит к снижению пластичности и вязкости стали.

На втором этапе () происходит частичное разупрочнение стали с дальнейшим понижением пластичности и вязкости. На этом этапе по сечению образца протекают различные изменения дислокационной структуры. В центральной части образца, вследствие меньшей степени разовой деформации продолжается процесс генерирования дислокаций с образованием структуры типа «леса дислокаций». В поверхностных слоях, в которых достигается наибольшая плотность дислокаций, структура типа «леса дислокаций» перестраивается в ячеистую дислокационную структуру. Образование ячеистой дислокационной структуры благоприятно влияет на пластические и вязкостные свойства. Так как испытания на растяжение или ударную вязкость интегрально оценивают механические свойства по всему сечению образца, то, по-видимому, преобладает процесс возникновения «леса дислокаций». Поэтому, в целом, наблюдается снижение пластичности и вязкости стали.

На третьем этапе () упрочнение сопровождается повышением пластичности и ударной вязкости. В поверхностных слоях ячеистая дислокационная структура переходит в полосовую, а в центральных – идет формирование ячеистой структуры. Очевидно, в целом преобладает процесс образования ячеистой дислокационной структуры и это определяет характер изменения механических свойств стали.

На четвертом этапе () по всему сечению образца формируется полосовая дислокационная структура. Этим обусловлено снижение прочности, пластичности и вязкости стали. Полосовая дислокационная структура является основой для образования микротрещин.

Приведенная схема изменения механических свойств характерна для сталей с исходной отожженной и нормализованной структурами.

С повышением уровня исходной прочности (после закалки с отпуском при различных температурах) некоторые этапы могут не проявляться. Так, например, при исходной структуре стали после закалки с высоким отпуском (650⁰С) первый этап не проявляется, а процесс сразу начинается со второго этапа. При более высоком уровне исходной прочности (закалке с отпуском при 200⁰С) процесс изменения механических свойств начинается сразу с четвертого этапа, т.е. разупрочнение сопровождается снижением пластичности и вязкости стали.

На основании проведенных исследований сделаны следующие выводы:

1. При деформационном воздействии циклическим изгибом наблюдается четыре этапа: упрочнение, частичное разупрочнение, упрочнение, разупрочнение (разрушение).

2. Возникновение второго и третьего этапов изменения механических свойств обусловлено неравномерным распределением деформации по сечению образца.