Способ построения зависимостей рекристаллизации Российский патент 2024 года по МПК G01N3/18 C21D11/00 

Изобретение относится к металлургической промышленности.

Способ предусматривает построение трехмерных зависимостей рекристаллизации в координатах «средняя величина (площадь) зерна - интенсивность деформации - температура». Изобретение позволяет уменьшить число испытаний, повысить точность построения диаграмм и приблизить оценку процесса рекристаллизации к производственным условиям.

Известны способы построения диаграмм рекристаллизации, начиная с 20-х годов прошлого столетия (работы Тафеля, Ганеманна и Шнейдера), в которых для испытаний применяется метод осадки цилиндрических образцов плоскопараллельными опорами [1]. Испытания проводятся в диапазоне температур (600÷1200)°С через 50°С и степенях деформации в пределах (3÷80) %. Величина зерна определяется на шлифах продольных сечений осаженных образцов с применением металлографического метода. Зона замера выбирается по месту пересечения диагоналей продольного сечения осаженного образца (метод Гейна). При построении диаграммы рекристаллизации, средняя площадь зерна соотносится с относительной деформацией по высоте. В последующих способах построения, с целью повышения равномерности деформации в осаженных образцах, и как следствие точности оценки степени деформации, осадку проводили с использованием конических опор (метод Зибеля и Помпа) и образцов с торцевыми выточками, которые заполнялись твердой смазкой. Следует отметить способ И.М. Павлова, предусматривающий построение «истинных» диаграмм по размерам зерен, расположенных по вертикальной оси продольного сечения осаженного образца и сопоставляемых с действительной деформацией, которая определялась по изменению шага резьбы ввинченных шурупов [2]. К недостаткам метода следует также отнести большое количество испытаний и металлографических замеров, и недостаточную точность, которая обусловлено тем, что ввинченный шуруп искажает распределение деформаций в осаживаемом образце.

Во всех способах построение диаграмм рекристаллизации рода основано на металлографических исследованиях осаженных образцов, количество которых при каждой температуре, в показателе относительной деформации по высоте, имеют значения 3, 5, 7, 10, 15, 20. 25. 30, 40, 50 и 80%.

Наряду с неоспоримым удобством способов, в виде определенного места измерения величины зерна в продольном сечении осаженного образца, их применение имеет ряд ограничений, прежде всего из-за большого количества испытаний, неточности построения, а также невозможности использовании показателя относительной степени деформации в условиях пластического деформирования со сложным нагружением.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является метод Н.И. Корнеева, в котором место измерения величины зерна в продольном сечении осаженного образца не устанавливалось [1]. На всей поверхности продольного сечения выявлялась максимальная величина зерна, которая на диаграмме соотносилась с относительной деформацией образца по высоте. К недостаткам метода следует также отнести большое количество испытаний и металлографических замеров, и недостаточную точность.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является уменьшение числа испытаний на осадку при каждой температуре до двух, повышение точности построения диаграмм и возможности их использования в производственных условиях за счет применения показателя интенсивности деформации.

Технический результат достигается тем, что в способе построения зависимостей рекристаллизации, в котором определение максимальной величины зерна проводится по всей поверхности продольного сечения осаженных образцов без установления места измерения и сопоставляется с относительной деформацией образцов по высоте, проводятся замеры зерна в местах с привязкой к центрам ячеек координатной сетки с размером 2,0 мм × 2,0 мм и сопоставляются с фактической степенью их деформации в показателе интенсивности, определенных методом математического моделирования.

При построении зависимости рекристаллизации место измерения величины зерен на продольном сечении осаженных образцов не устанавливается, а вместо одного замера по продольному сечению 2-х осаженных образцов со степенями обжатия 10 и 50 % проводятся замеры зерна в местах с привязкой к центрам ячеек координатной сетки с размером 2,0 мм × 2,0 мм и сопоставляются с фактической степенью их деформации в показателе интенсивности, определенных методом математического моделирования.

Суть изобретения заключается: во-первых, в использовании неравномерности деформации материала при осадке, которая позволяет на продольных сечениях двух осаженных образцов со относительными деформациями 10 и 50% получить набор значений фактических деформации, получаемых при осадке образцов со степенями относительного обжатия по высоте 3, 5, 7, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50 и 80%; во-вторых, в применении математического моделирования, которое дает оценку степени деформации в показателе интенсивности и увеличивает число сопоставлений величины зерна с степенью деформации на продольных шлифах осаженных образцов, что позволяет повысить точность построения диаграмм рекристаллизации за счет плавного, а не ступенчатого задания степени деформации.

Значения фактической степени деформации и их градиент в плоскости осаженных образцов могут варьироваться, в зависимости от относительной длины осаженных образцов и степени осадки. Диаметры образцов выбираются в интервале 45…50 мм. Это позволяет, кроме определения величины зерна в период динамической рекристаллизации, определять ее изменение на стадиях собирательной рекристаллизации при отжигах различной продолжительности, и производить построение диаграмм 3-го рода [3]. Значение относительной длины образца определяется ее устойчивостью при осадке и выбирается в пределах 1,4…2,2.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом. Испытания цилиндрических образцов проводятся при каждой температуре с относительными степенями деформации ~ 15 и 50%. Математическое моделирование определяет деформированное состояние в продольных сечениях осаженных образцов в показателе интенсивности деформации, с привязкой к центрам ячеек с координатной сеткой размером 2,0 мм × 2,0 мм (фиг. 1), в которых металлографическим методом определяется величина зерна.

Величина зерна определяется металлографическим методом на шлифах образцов, вырезанных из осаженных заготовок. Для этого последние разрезаются по высоте на две равные половины, которые в свою очередь вдоль продольной оси разделяются на четыре части с применением проволочной электроэрозионной резки. Часть осаженного образца со степенью деформации 12,5% режется на шесть образцов, со степенью деформации 45% - на четыре образца (фиг. 2). Металлографический анализ выполняется с применением разработанной программы для ЭВМ, основанной на программном обеспечении NI Vision в среде разработки LabVIEW фирмы National Instruments [4]. Программа обеспечивает мониторинг микроструктуры с цифровых фотографий с увеличением ×200 с использованием принципа бинаризации и включает: измерения, определение количества зерен, их среднюю величину и площадь на исследуемой поверхности шлифа, интерфейс которой приведен на фиг. 3.

Пример 1. Построение диаграммы рекристаллизации 2-го рода стали ферритно-мартенситного класса 14Х17Н2 при испытаниях на осадку цилиндрических образцов с относительной длиной 2,2.

Условия испытаний:

- заготовки из горячекатаного проката: цилиндрические образцы с плоскими торцами (диаметр = 45 мм, высота = 100 мм);

- температуры нагрева: 900, 1000, 1100, 1150°С;

- количество испытаний: две осадки со степенями деформации: = 12,5% ( = 87,5 мм, = 46 мм, = 48 мм), = 45% ( = 55мм, = 46 мм, = 48 мм);

- вид испытаний: осадка на кривошипном горячештамповочном прессе.

Значения интенсивности деформированного состояния материала в поперечных сечениях осаженных заготовок со степенями деформации 12,5 и 45% в соответствии с координатной сеткой размером 2,0×2,0 мм, определенные математическим моделированием, приведены в таблицах 1 и 2. На их основании построены поля деформаций, в показателе интенсивности, 1/4 части продольного сечения осаженных образцов (фиг. 4).

Таблица 2 - Значение интенсивности деформации в продольном сечении осаженного образца из стали 14Х17Н2 с относительной степенью деформации 45% № по высоте № ячейки по горизонтали от края до продольной оси образца 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 1(верх) 0,60 0,54 0,48 0,41 0,31 0,24 0,20 0,17 0,13 0,11 0,09 0,07 0,07 0,07 2 0,57 0,54 0,51 0,47 0,40 0,33 0,28 0,23 0,20 0,16 0,13 0,12 0,12 0,12 0,12 3 0,51 0,50 0,48 0,43 0,39 0,36 0,32 0,29 0,25 0,22 0,20 0,18 0,17 0,17 0,17 4 0,47 0,47 0,48 0,48 0,46 0,44 0,41 0,38 0,36 0,33 0,30 0,29 0,27 0,25 0,24 0,24 5 0,45 0,47 0,48 0,49 0,50 0,48 0,46 0,44 0,42 0,40 0,38 0,36 0,34 0,33 0,32 0,31 6 0,46 0,49 0,50 0,51 0,51 0,52 0,51 0,51 0,49 0,47 0,46 0,43 0,41 0,40 0,40 0,40 7 0,48 0,51 0,53 0,53 0,54 0,54 0,54 0,53 0,53 0,53 0,53 0,51 0,48 0,48 0,48 0,48 8 0,48 0,50 0,53 0,55 0,56 0,57 0,56 0,56 0,55 0,55 0,56 0,56 0,56 0,55 0,54 0,54 9 0,50 0,51 0,53 0,55 0,57 0,58 0,60 0,61 0,61 0,61 0,61 0,61 0,60 0,60 0,60 0,61 10 0,48 0,50 0,52 0,54 0,56 0,58 0,60 0,61 0,62 0,64 0,65 0,66 0,66 0,66 0,66 0,66 0,67 11 0,49 0,51 0,53 0,56 0,58 0,60 0,61 0,62 0,64 0,65 0,67 0,69 0,70 0,70 0,71 0,71 0,71 12 0,50 0,52 0,54 0,56 0,58 0,61 0,63 0,65 0,67 0,68 0,70 0,71 0,72 0,72 0,73 0,73 0,73 13 0,51 0,53 0,54 0,57 0,60 0,63 0,65 0,67 0,68 0,70 0,71 0,72 0,72 0,73 0,74 0,74 0,74 14 0,52 0,54 0,56 0,58 0,62 0,65 0,67 0,68 0,69 0,70 0,71 0,71 0,72 0,73 0,73 0,73 0,74 15 0,53 0,56 0,58 0,61 0,63 0,65 0,66 0,67 0,68 0,69 0,70 0,71 0,72 0,73 0,73 0,73 0,73

В таблицах 1 и 2 в порядке возрастания деформированного состояния выбраны 32 ячейки. В их соответствии, на шлифах продольных сечений при каждой температуре испытания, металлографическим методом определялась средняя площадь зерна. Для температуры 1100°С полученные значения средней площади зерна в соответствии с интенсивностью деформации приведены в таблице 3, на основании которых графически построено температурное сечение диаграммы рекристаллизации 2-го рода (фиг. 5).

Таблица 3. Зависимость средней площади зерна S·10² мкм² стали 14Х17Н2 от интенсивности деформации в порядке возрастания при температуре 1100°С 0.013 0.041 0.077 0,111 0.119 0,133 0.143 0.156 S мкм² 53 53 70 66 75 82 72 107

0.159 0,160 0,163 0.164 0.173 0.187 0,189 0,236 S мкм² 110 115 95 120 180 167 155 62

0.294 0.386 0,462 0.492 0.532 0.557 0.590 0.602 S мкм² 79 93 91 50-64 103 165 92 85

0.607 0.622 0,640 0.665 0,695 0.709 0,732 0.736 S мкм² 79 70 70 66 64 72 68 166

Пример 2. Построение диаграммы рекристаллизации 2-го рода стали аустенитного класса Х18Н10Т при испытаниях на осадку цилиндрических образцов с относительной длиной 1,4.

Условия испытаний:

- заготовки из горячекатаного проката: цилиндрические образцы с плоскими торцами (диаметр = 50 мм, высота = 70 мм, относительная длина = 1.4);

- нагрев заготовок: температуры нагрева: 900, 1000, 1100, 1150°С, скорость нагрева 3;

- количество испытаний: две осадки со степенями деформации: = 10% ( = 63 мм, = 25 мм, = 52 мм), = 50% ( = 35 мм, = 46 мм, = 48 мм) со свободным остыванием осаженных образцов на воздухе;

- вид испытаний: осадка на пневматическом молоте.

Значения интенсивности деформированного состояния материала в поперечных сечениях осаженных заготовок со степенями деформации 10 и 50% в соответствии с координатной сеткой размером 2,0×2,0 мм, определенные математическим моделированием, приведены в таблицах 4 и 5. На их основании построены поля деформаций, в показателе интенсивности, 1/4 части продольного сечения осаженных образцов (фиг. 6).

Таблица 4. Значения интенсивности деформации в продольном сечении осаженного образца из стали Х18Н10Т с относительной степенью деформации 10% № по высоте № ячейки по горизонтали от края до продольной оси образца 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1(верх) 0,1 0,1 0,1 0,1 0,09 0,09 0,09 0,08 0,08 0,08 0,08 0,08 0,08 2 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,09 0,09 0,09 0,09 0,09 0,09 0,09 3 0,11 0,11 0,11 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 4 0,11 0,11 0,11 0,11 0,11 0,11 0,11 0,11 0,11 0,11 0,11 0,11 0,11 5 0,12 0,11 0,11 0,11 0,11 0,11 0,11 0,11 0,11 0,11 0,11 0,11 0,11 6 0,12 0,12 0,12 0,12 0,12 0,12 0,12 0,12 0,12 0,11 0,11 0,11 0,11 7 0,13 0,13 0,13 0,13 0,13 0,12 0,12 0,12 0,12 0,12 0,11 0,11 0,11 8 0,13 0,13 0,13 0,13 0,13 0,13 0,13 0,12 0,12 0,12 0,11 0,11 0,11 9 0,14 0,14 0,14 0,14 0,14 0,13 0,13 0,13 0,12 0,12 0,12 0,11 0,11 10 0,14 0,14 0,14 0,14 0,14 0,14 0,13 0,13 0,13 0,12 0,12 0,11 0,11 11 0,15 0,15 0,14 0,14 0,14 0,14 0,14 0,13 0,13 0,12 0,12 0,12 0,11 12 0,15 0,15 0,15 0,14 0,14 0,14 0,14 0,13 0,13 0,13 0,12 0,12 0,11 13 0,15 0,15 0,15 0,14 0,14 0,14 0,14 0,13 0,13 0,13 0,12 0,12 0,11 14 0,15 0,15 0,15 0,15 0,14 0,14 0,14 0,13 0,13 0,13 0,12 0,12 0,11 15 0,15 0,15 0,15 0,14 0,14 0,14 0,14 0,13 0,13 0,13 0,12 0,12 0,12

Таблица 5. Распределение интенсивности деформации в продольном сечении осаженного образца из стали Х18Н10Т с относительной степенью деформации 50% № по высоте
образца № ячейки по горизонтали от края до продольной оси образца 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1(верх) 0.791 0.548 0.367 0.227 0.157 0.109 0.072 0.049 0.043 2 0,512 0,462 0,386 0,298 0,236 0,180 0,151 0,153 0,142 3 0,458 0.479 0.492 0.462 0.418 0.386 0.352 0.323 0.294 0.294 4 0.484 0.525 0.532 0.536 0.528 0.524 0.513 0.468 0.465 0.426 5 0.499 0.525 0.557 0.586 0.605 0.602 0.603 0.598 0.596 0.607 6 0.514 0.533 0.590 0.615 0.639 0.665 0.692 0.699 0.706 0.709 7 0.530 0.570 0.622 0.663 0.686 0.703 0.718 0.732 0.736 0.736 8(середина) 0.566 0,610 0,640 0,662 0,679 0,695 0,714 0,728 0,731 0,732

В таблицах 4 и 5 в порядке возрастания деформированного состояния выбраны 22 ячейки (таблица 6).

Таблица 6. Значение интенсивности деформации ε_i в порядке возрастания на поверхности шлифов образцов с относительной степенью деформации ε_h = 10% и ε_h = 50% Значение интенсивности деформации ε_i 10% 0,062 0,118 0,106 0,099 0,113 0,122 0,137 0,139 0,146 0,114 0,147 50% 0,706 0,706 0,706 0,706 0,706 0,706 0,706 0,706 0,706 0,706 0,706

В соответствии с выбранными ячейками на шлифах продольных сечений образцов, осаженных при температурах 900, 1000, 1100°С, с применением специализированной программы для ЭВМ [4] определялась средняя площадь зерна. На основании обработки цифровых фотографий микроструктур построена трехмерная диаграмма рекристаллизации 2-го рода, приведенная на фиг. 7.

Изобретение относится к металлургической промышленности. При каждой температуре нагрева производят осадку двух образцов с двумя степенями обжатия. Определяют среднюю площадь зерна по всей поверхности продольного сечения осаженных образцов в центрах ячеек координатной сетки с размером 2,0 мм × 2,0 мм. Определяют в продольном сечении осаженных образцов значения фактической степени деформации в показателе интенсивности деформации с привязкой к центрам ячеек координатной сетки методом математического моделирования. Сопоставляют значения средней площади зерна и значения фактической степени деформации в показателе интенсивности деформации и на их основании осуществляют построение зависимостей средней площади зерна от фактической степени деформации в показателе интенсивности деформации при температурах нагрева. В результате обеспечивается уменьшение числа испытаний на осадку и повышение точности построения диаграмм. 7 ил., 6 табл., 2 пр.

Способ построения зависимостей рекристаллизации, включающий осадку образцов при температурах нагрева, определение средней площади зерна в местах координатной сетки на продольном сечении осаженных образцов, определение в продольном сечении осаженных образцов значений фактической степени деформации в показателе интенсивности деформации, сопоставление значений средней площади зерна и значений фактической степени деформации в показателе интенсивности деформации и на их основании построение зависимостей средней площади зерна от фактической степени деформации в показателе интенсивности деформации при температурах нагрева, отличающийся тем, что при каждой температуре нагрева осуществляют осадку двух образцов с двумя степенями обжатия, среднюю площадь зерна определяют по всей поверхности продольного сечения осаженных образцов в центрах ячеек координатной сетки с размером 2,0 мм × 2,0 мм, а значения фактической степени деформации в показателе интенсивности деформации в продольном сечении осаженных образцов определяют с привязкой к центрам упомянутых ячеек координатной сетки методом математического моделирования.