ВПЛИВ ДИНАМІЧНОГО ДЕФОРМАЦІЙНОГО СТАРІННЯ НА ВЛАСТИВОСТІ ХОЛОДНОТЯГНУТОЇ ВУГЛЕЦЕВОЇ СТАЛІ
DOI:
https://doi.org/10.31319/2519-2884.48.2026.6Ключові слова:
вуглецева сталь, динамічне деформаційне старіння (ДДС), дислокація, температура, деформаційне зміцнення, пластифікаціяАнотація
У роботі оцінено можливість підвищення пластичності холоднотягнутої вуглецевої сталі шляхом використання процесів динамічного деформаційного старіння (ДДС) при знакозмінній деформації. Матеріалом для дослідження слугували вуглецеві сталі з вмістом 0,1—0,5 % С, а також промисловий високовуглецевий дріт діаметром 3 мм (0,78 % C, 0,62 % Mn, 0,25 % Si, 0,04 % S, 0,03 % P, 0,05 % Cr; 0,1 % Cu, залізо — основа). Для отримання вихідної структури дисперсного перліту заготовки піддавали ізотермічному перетворенню за температури 550 °C з наступним холодним волочінням зі ступенем деформації 78 %. Знакозмінний згин зразків проводили в температурному діапазоні 225—300 °C зі швидкістю деформації 1 c-1. Механічні властивості та параметри деформаційного зміцнення визначали за аналізом істинних кривих розтягування. Встановлено, що знакозмінна деформація за температур 225—300 °C призводить до пригнічення процесів ДДС на початкових етапах навантаження, що виражається у зміщенні моменту появи серрацій (зубців) напруження у бік більших деформацій порівняно з односпрямованим розтяганням. Наукова новизна роботи полягає у фізичному обґрунтуванні цього явища: пригнічення ДДС при зміні знаку деформації зумовлене порушенням кінетичного співвідношення між часом очікування (необхідним для взаємодії дислокацій з атомами вуглецю) та тривалістю вільного руху дислокації. Виявлено, що оптимальним режимом для досягнення ефекту пластифікації високовуглецевого дроту є температурний інтервал 250–—275 °C, який забезпечує реалізацію кінетичних умов процесу блокування рухомої дислокації атмосферою домішкових атомів, що стабілізує протікання процесів ДДС. Встановлено, що при нагріві понад 275 °C вказана умова порушується, що призводить до втрати контролю над розвитком ДДС і супроводжується одночасним зниженням як пластичності, так і міцності металу. Практична цінність роботи полягає в обґрунтуванні необхідності примусового охолодження металу безпосередньо після знакозмінної деформації, що запобігає розвитку статичного деформаційного старіння в бунтах та дозволяє зберегти набутий рівень пластичності.
Посилання
Vakulenko, I.A., & Bol'shakov V.I. (2008). Morfologiya struktury i deformatsionnoye uprochneniye stali [Structure morphology and strain hardening of steel]. Dnepropetrovsk: Ma-kovetskiy Yu.V. [in Russian].
Kabirian, F., Khan, A. S., & Gnäupel-Herold, T. (2016). Plastic deformation behavior of a thermo-mechanically processed AZ31 magnesium alloy under a wide range of temperature and strain rate. Journal of Alloys and Compounds, 673, 327–335. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.02.145
Zhao, S., Meng, C., Mao, F., Hu, W., & Gottstein, G. (2014). Influence of severe plastic deformation on dynamic strain aging of ultrafine grained Al-Mg alloys. Acta Materialia, 76, 54–67. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2014.05.004
Kocks, U. F., Cook, R. E., & Mulford, R. A. (1985). Strain aging and strain hardening in Ni-C alloys. Acta Metallurgica, 33(4), 623–638. https://doi.org/10.1016/0001-6160(85)90026-4
Mulford, R. A. (1979). Analysis of strengthening mechanisms in alloys by means of thermal-activation theory. Acta Metallurgica, 27(7), 1115–1124. https://doi.org/10.1016/0001-6160(79)90129-9
Schoeck, G. (1984). The portevin–Le Chatelier effect. A kinetic theory. Acta Metallurgica, 32(8), 1229–1234. https://doi.org/10.1016/0001-6160(84)90074-1
Chen, P. C., Peng, T. T., Chan, Y. C., Chen, J. M., & Chang, C. P. (2023). The effect of deformation temperature on the deformation mechanism of a medium-Mn advanced high-strength steel (AHSS). Crystals, 13(2), 328. https://doi.org/10.3390/cryst13020328
Grajcar, A., Kozłowska, A., Topolska, S., & Morawiec, M. (2018). Effect of deformation temperature on microstructure evolution and mechanical properties of low-carbon high-Mn steel. Advances in Materials Science and Engineering, 2018, Article 7369827. https://doi.org/10.1155/2018/7369827
Fang, Z., Wang, L., Yu, F., He, Y., & Wang, Z. (2024). Mechanism of fatigue-life extension due to dynamic strain aging in low-carbon steel at high temperature. Materials, 17(18), 4660. https://doi.org/10.3390/ma17184660
Huang, Z. Y., Chaboche, J. L., Wang, Q. Y., Wagner, D., & Bathias, C. (2014). Effect of dynamic strain aging on isotropic hardening in low cycle fatigue for carbon manganese steel. Materials Science and Engineering: A, 589, 34–40. https://doi.org/10.1016/j.msea.2013.09.058
Kohandehghan, A. R., Sadeghi, A. R., & Serajzadeh, S. (2010). Investigation into dynamic strain aging behaviour in high carbon steel. Ironmaking & Steelmaking, 37(2), 155–160. https://doi.org/10.1179/174328109X461400
Cunningham, S. (1999). Effect of substitutional elements on dynamic strain aging in steel. McGill University.
Vakulenko I.A. (2003). Struktura i svoystva uglerodistoy stali pri znakoperemennom deformirovanii [Structure and properties of carbon steel under alternating deformation]. Dnepropetrovsk: Gaudeamus [in Russian].
Вакуленко И. А., Большаков В. И. Морфология структуры и деформационное упрочнение стали: монография. Дн-ск: Маковецкий Ю.В., 2008. 196 с.
Kabirian F., Khan A. S., Gnäupel-Herold T. Plastic deformation behavior of a thermo-mechanically processed AZ31 magnesium alloy under a wide range of temperature and strain rate. Journal of Alloys and Compounds. 2016. Vol. 673. P. 327–335. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.02.145
Zhao S., Meng C., Mao F., Hu W., Gottstein G. Influence of severe plastic deformation on dy-namic неstrain aging of ultrafine grained Al-Mg alloys. Acta Materialia. 2014. Vol. 76. P. 54–67. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2014.05.004
Kocks U. F., Cook R. E., Mulford R. A. Strain aging and strain hardening in Ni-C alloys. Acta Metallurgica. 1985. Vol. 33, № 4. P. 623–638. https://doi.org/10.1016/0001-6160(85)90026-4
Mulford R. A. Analysis of strengthening mechanisms in alloys by means of thermal-activation theory. Acta Metallurgica. 1979. Vol. 27, № 7. P. 1115–1124. https://doi.org/10.1016/0001-6160(79)90129-9
Schoeck G. The Portevin–Le Chatelier effect: A kinetic theory. Acta Metallurgica. 1984. Vol. 32, № 8. P. 1229–1234. https://doi.org/10.1016/0001-6160(84)90074-1
Chen P. C., Peng T. T., Chan Y. C., Chen J. M., Chang C. P. The effect of deformation temperature on the deformation mechanism of a medium-Mn advanced high-strength steel (AHSS). Crystals. 2023. Vol. 13. № 2. 328. https://doi.org/10.3390/cryst13020328
Grajcar A., Kozłowska A., Topolska S., Morawiec M. Effect of deformation temperature on microstructure evolution and mechanical properties of low-carbon high-Mn steel. Advances in Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 2018. 7369827. https://doi.org/10.1155/2018/7369827
Fang Z., Wang L., Yu F., He Y., Wang Z. Mechanism of fatigue-life extension due to dynamic strain aging in low-carbon steel at high temperature. Materials. 2024. Vol. 17, № 18. 4660. https://doi.org/10.3390/ma17184660
Huang Z. Y., Chaboche J. L., Wang Q. Y., Wagner D., Bathias C. Effect of dynamic strain aging on isotropic hardening in low cycle fatigue for carbon manganese steel. Materials Science and Engineering: A. 2014. Vol. 589. P. 34–40. https://doi.org/10.1016/j.msea.2013.09.058
Kohandehghan A. R., Sadeghi A. R., Serajzadeh S. Investigation into dynamic strain aging behaviour in high carbon steel. Ironmaking & Steelmaking. 2010. Vol. 37, № 2. P. 155–160. https://doi.org/10.1179/174328109X461400
Cunningham S. Effect of substitutional elements on dynamic strain aging in steel: Master’s thesis. McGill University, Montreal, Canada, 1999. 120 p.
Вакуленко И. А. Структура и свойства углеродистой стали при знакопеременном дефор-мировании: монография. Дн-ск: Gaudeamus, 2003. 94 с.
