Влияние температуры деформации при термомеханической обработке на свойства стали 20ХГСВТ, легированной малыми добавками титана

При термомеханической обработке действует ряд факторов, которые по различному влияют на структуру и свойства металлов. С одной стороны, пластическая деформация, увеличивая плотность несовершенств кристаллического строения, упрочняет металл, с другой — из-за развития процессов возврата и рекристаллизации — разупрочняет. Действие этих факторов в значительной мере зависит от режимов проведения термомеханической обработки и в первую очередь от температуры деформации.

Термомеханической обработке подвергали плоские образцы из стали 20ХГСВ и 20ХГСВТ, различную исходную толщину которых определяли заданной степенью деформации. Температура деформации 700, 800, 900 и 950° С с обжатием ε=10÷70%. Деформацию производили в штампе молотом весом 750 кг. После деформации образцы охлаждали в масле и отпускали при 200° С в течение 2 час. Затем заготовки шлифовали, охлаждая водой, и изготовляли образцы для механических испытаний, а также для металлографического и рентгеноструктурного анализов.

Исследования показали, что сталь, дополнительно легированная 0,06% Ti и прошедшая термомеханическую обработку, обладает повышенными механическими свойствами по сравнению со сталью без титана, подвергнутой тем же режимам термомеханической обработки. Поэтому в настоящей работе исследовано влияние температуры деформации при термомеханической обработке на свойства стали 20ХГСВТ.

При термомеханической обработке с повышением температуры деформации стали в интервале от 800 до 950° С снижается прочность, увеличивается пластичность при испытаниях на растяжение и увеличивается ударная вязкость при испытаниях на маятниковом копре (см. таблицу).

При исследовании изменений, происходящих в тонкой структуре стали, обнаружено, что с повышением температуры деформации физическое уширение рентгеновской линии β (110) уменьшается (см. рисунок).

Это свидетельствует о том, что с повышением температуры деформации в пределах 700—950° С способность стали 20ХГСВТ к упрочнению уменьшается. Анализируя результаты изменения характеристик тонкой структуры, видим, что плотность дефектов кристаллической решетки р возрастает с уменьшением температуры деформации. Уменьшение плотности дислокаций ρ с повышением температуры деформации при термомеханической обработке, по-видимому, связано с тем, что, благодаря ускорению диффузионных процессов, с повышением температуры деформации скорость движения дислокаций увеличивается. С увеличением скорости перемещения дислокаций они в большей степени аннигилируют, в результате чего создается структура с меньшей плотностью несовершенств.

При температуре деформации 700° С наблюдается наибольшее уширение линии β (110). Это, по-видимому, связано с тем, что при этой температуре успевают произойти лишь частично процессы возврата, что в меньшей мере уменьшает плотность дислокаций ρ и напряжения II рода Δα/α , чем при более высоких температурах деформации, когда эти процессы получают более плотное развитие.

Но в то же время недостаточно полное развитие процесса возврата должно приводить к меньшей потере прочности, чего в действительности у стали 20ХГСВТ не наблюдается при температуре деформации 700° С. В этом случае более сильное влияние на свойства стали оказывает, по-видимому, другой фактор.

В микроструктуре образцов, прошедших термомеханическую обработку при 700° С, было обнаружено значительное количество ферритных выделений с микротвердостью H_υ=80÷120. Появление ферритных выделений, образовавшихся при данном режиме термомеханической обработки явилось причиной снижения механических свойств и особенно ударной вязкости стали.

С повышением степени деформации при температуре 700—800° С значения прочности повышаются и достигают максимума при деформации ε = 50÷60%. При температуре деформации 900—950° С максимальные значения характеристик прочности достигаются при меньших значениях обжатия (ε=40÷45%) и затем с увеличением степени обжатия — снижаются. Микроструктурный анализ показал наличие рекристаллизации структуры стали при повышении степени деформации. Причем, чем выше температура деформации, тем при более низких степенях обжатия наступает собирательная рекристаллизация. Так, при температуре деформации 950° С собирательная рекристаллизация наступает уже после 40—45% степени обжатая, что и является причиной падения прочности стали.

Уменьшение упрочнения стали с повышением температуры деформации объясняется увеличением тепловой активации атомов. Как известно, упрочнение металла в результате пластической деформации происходит за счет создания препятствий, которые требуют дополнительного усилия для дальнейшего перемещения дислокаций. С повышением температуры деформации тепловая активация атомов, увеличиваясь, понижает усилие, необходимое для преодоления препятствий при движении дислокаций. Следовательно, с повышением температуры деформации увеличивается количество дислокаций, вышедших на поверхность металла, что повышает пластичность, а количество дислокаций, задержанных в металле, уменьшается, чем и объясняется уменьшение прочности.

Исходя из результатов исследования, видно, что оптимальной температурой деформации стали 20ХГСВТ является температура 800—900° С.