Явление гофрирования и формирование структуры в металлах

Явление гофрирования и формирование структуры в металлах
при деформации и рекристаллизации
Губернаторов В.В., Сычева Т.С.
Установлено, что в образовании и эволюции полосовой структуры в металлах
при прокатке существенную роль играет гофрирование слоев материала в очаге
деформации. Вскрыты причины гофрирования и показано его влияние на формирование структуры при рекристаллизации. Использование явления гофрирования
положено в основу нового способа производства анизотропного сплава Fe-3% Si
(трансформаторной стали) с повышенным уровнем магнитных свойств. Разработано устройство для реализации предложенного способа.
Эффективным воздействием на структуру
металлов и сплавов является пластическая деформация с последующей рекристаллизацией.
Установлено, что при прокатке, в соответствии с геометрией физического очага деформации, существует вертикальный слой металла,
находящийся в начале очага деформации и испытывающий, по сравнению с соседними слоями, наибольшее мгновенное абсолютное обжатие. Этот слой, деформируясь в стесненных
условиях (его течению препятствуют соседние
а
б
слои), теряет устойчивость и гофрируется. Возникающие при гофрировании слоя знакопеременные напряжения стимулируют повороты
кристаллографической решетки в противоположных направлениях и тем самым создают
напряженно-деформированные объемы типа
трансляционно-ротационных вихрей (рис.1а) и
дублетную текстуру деформации.
При дальнейшем продвижении материала в
очаге деформации образовавшиеся трансляционно-ротационные вихри, вытягиваясь и сплю-
в
Рис. 1
Эволюция структуры металла в очаге деформации (а б в) при прокатке: НП – направление прокатки; ПН – поперечное
направление; ТРВ – трансляционно-ротационные вихри; ПД – полосы деформации; ПП – переходные полосы; ПСг и ПСт – полосы сдвига грубые и тонкие.
щиваясь, превращаются в полосы деформации,
а границы вихрей становятся переходными
полосами; происходит гофрирование переходных полос, образование и гофрирование полос
сдвига и скольжения (рис.1б).
В конце очага деформации при малых элементарных обжатиях деформируются только
приповерхностные слои материала, они гофрируются, что приводит к образованию рельефа
на поверхности прокатанного образца и появлению новых полос сдвига, которые тоже могут
гофрироваться (рис.1в).
Гофрирование полос локализованной пластической деформации (рис. 2а) приводит к рассеянию текстуры деформации. При этом наружные субзерна переходных полос приобретают
ориентационный контраст с ячейками полос деформации, и по размеру они превосходят последние (рис.2б). Поэтому именно наружные субзерна переходных полос становятся центрами
(зародышами) первичной рекристаллизации.
Рост центров будет происходить за счет ячеек
полос деформации. Текстура рекристаллизации
зависит от того, в каких искривленных участках
переходной полосы она начинается.
Полученные результаты открывают новые
возможности создания металлических материалов с необходимыми структурой и свойствами.
На их основе предложены способы производства трансформаторной стали (анизотропного
сплава Fe-3 мас.% Si) с оптимальной структурой
и высоким уровнем магнитных свойств. Суть
способов заключается в управлении количеством, ориентацией и расположением центров
рекристаллизации.
Разработано устройство, позволяющее
просто и надежно «вносить» центры вторичной рекристаллизации в заданных местах и в
1
2
3
4
необходимом количестве; а также задавать расположение структурных барьеров, с помощью
которых можно получать оптимальные размер
и форму зерен вторичной рекристаллизации.
а
б
Рис. 2
Изменение ориентировки субзерен переходной полосы
(б – схема) при ее гофрировании (а): НП – направление
прокатки; НПП – нормаль к плоскости прокатки; ПД
– полосы деформации; ПП – переходные полосы; фигуры
травления: - {110}.
Gubernatorov V.V., Sycheva T.S., Pyatygin A.I. The Physics of Metals and Metallography 96 (2003) S28.
Губернаторов В.В., Сычева Т.С., Пятыгин А.И. Физическая мезомеханика 7 (2004) 97.
Губернаторов В.В., Владимиров Л.Р., Сычева Т.С., Сурков Ю.П. Физика металлов и металловедение 101 (2006) 92.
Губернаторов В.В., Пятыгин А.И., Сычева Т.С. Патент на изобретение № 2237729. Бюл. № 28 от 10.10.2004.