Структурные свойства оболочки кабеля после деформации с наложением ультразвука

УДК 669.24:539.8

СТРУКТУРНЫЕ СВОЙСТВА ОБОЛОЧКИ КАБЕЛЯ ПОСЛЕ ДЕФОРМАЦИИ С НАЛОЖЕНИЕМ УЛЬТРАЗВУКА

© В.В. Рубаник, Ю.В. Царенко

Ключевые слова: композиционный кабель; ультразвук; мартенситная фаза; волочение.

Исследовано влияние ультразвуковых колебаний на процесс образования а'-фазы при пластической деформации композиционного кабеля. Показано, что после волочения кабеля с наложением ультразвука количество магнитной фазы в оболочке заметно снижается.

Оболочка нагревостойких и термопарных кабелей обычно выполняется из стали 12Х18Н10Т, которая имеет в структуре нестабильный аустенит. Особенностью данной стали является возможность широкого изменения механических свойств как в результате различной термической обработки, так и в результате пластической деформации. Для начала у ^ а' превращения при пластической деформации необходимо, чтобы напряжение достигло определенного значения [1], которое, в свою очередь, зависит от температуры деформации нержавеющей стали.

В работе исследовано влияние ультразвуковых колебаний на процесс образования мартенситной фазы при пластической деформации растяжением образцов кабеля КНМСС. В кабельной заготовке колебания возбуждали с помощью волноводной системы с использованием магнитострикционного преобразователя ПМС15-А18. Для получения информации о количестве а'-фазы в кабеле в зависимости от условий деформации (рис. 1) были проведены рентгеноструктурные исследования. Исследования проводили на рентгеновском дифрактометре ДРОН-2.

Анализ зависимости содержания а'-фазы от амплитуды ультразвуковых смещений показывает, что имеется оптимальное значение амплитуды ультразвуковых смещений в области 5.. .10 мкм, при котором образование мартенситной фазы при растяжении существенно замедляется. Дальнейшее повышение амплитуды смещений вызывает увеличение количества а'-фазы (рис. 1).

Результаты измерений показали, что в процессе растяжения на определенном этапе образуется ферромагнитная а'-фаза, количество которой непрерывно увеличивается по мере роста удлинения образца. Однако если в первые моменты деформации ее распределение по деформируемому образцу в основном равномерно, то в последующем, когда образуется шейка, это распределение становится неоднородным, с явным преобладанием количества а'-фазы в месте локализованной деформации, т. е. месте последующего разрыва образца. После того, как средний уровень напряжений в деформируемом образце достигнет критических значений, соответствующих зарождению а'-фазы, в аусте-нитной матрице образца оболочки начнется у ^ а' превращение.

Рис. 1. Зависимость содержания а'-фазы от амплитуды ультразвуковых смещений при растяжении кабеля КНМСС с исходным диаметром 2,0 мм

Установлено, что после волочения с наложением ультразвука интенсивность пиков а'-мартенситной фазы оболочки кабеля заметно снижается по сравнению с деформацией в обычных условиях. Такие структурные изменения в оболочке кабеля, по-видимому, связаны как со снижением напряжений деформации при ультразвуковом волочении, так и некоторым повышением температуры в зоне деформации материала за счет поглощения акустической энергии.

С увеличением степени холодной деформации наблюдается увеличение намагниченности оболочки кабеля (рис. 2). Намагничивание образцов кабеля проводили в постоянном поле 900 А/см, измерения намагниченности насыщения по известной методике [2]. В исходном состоянии перед волочением оболочка кабеля из стали 12Х18Н10Т имеет однофазную аустенитную структуру. Зерна исходного аустенита являются равноосными и примерно одинаковыми по величине. В процессе волочения происходит не только дробление зерен, но и вытягивание их в направлении протягивания.

Так, например, после деформации в обычных условиях до 40-45 % намагниченность насыщения немагнитной в исходном состоянии стали 12Х18Н10Т увеличивается. Такое увеличение магнитного насыщения объясняется у ^ а' превращением в процессе холодной деформации и, следовательно, увеличением содержания магнитной а'-фазы.

Из графика видно, что изменение величины с увеличением степени деформации после волочения с

1750

наложением ультразвуковых колебаний имеет несколько другой характер. Так, намагниченность стали 12Х18Н10Т в этом случае увеличивается при степенях деформации до 15 % незначительно, а затем возрастает более интенсивно. В целом намагниченность насыщения образцов стали после волочения с ультразвуком на 35-45 % ниже, чем после обычного волочения.

У -X

.У

0 15 ЗО є*0/"

Рис. 2. Изменение намагниченности оболочки кабеля КНМС диаметром 2,0 мм от степени деформации после волочения: 1 - в обычных условиях; 2 - с наложением УЗК. М - намагниченность насыщения мартенсита

Необходимо отметить, что количество мартенсита в образцах стали 12Х18Н10Т, определенное с использованием методов рентгеноструктурного и магнитного фазового анализа, не всегда совпадает. Как правило, значения, полученные методом магнитного анализа, более объективные, потому что они характеризуют объемные свойства исследуемого материала, а дифрак-тограммы характеризуют в основном поверхностные свойства материала. В силу неоднородности деформации по сечению образцов, особенно при волочении, это необходимо учитывать в оценках их структурных свойств [3].

На рис. 3 приведены диаграммы растяжения образцов нагревостойкого кабеля КНМСС деформированных волочением при различных условиях. Исходный диаметр заготовки составлял 2,0 мм. Степень деформации образцов кабеля составляла 15 %. Механические испытания образцов на растяжение проводили на разрывной машине ИП 5158-5 с погрешностью не более 1 % от величины нагрузки и скоростью растяжения 60 мм/мин. Как следует из рис. 3, наиболее высокие прочностные свойства имеют образцы кабеля после волочения в обычных условиях (кривая 1).

Волочение с наложением ультразвука приводит к снижению прочностных свойств (кривые 2 и 3). Относительное удлинение (5) оболочки образцов также зависит от условий волочения кабеля. Так, после волочения в обычных условиях наблюдается наименьшее значение 5, в то время как после волочения с наложением ультразвука (кривая 3) относительное удлинение

достигает 24 %. Оптимальные значения механических свойств оболочки кабеля наблюдается после волочения с УЗК при амплитуде смещений волоки 10 мкм (кривая 3).

Относительное удлинение, %

Рис. 3. Кривые растяжения образцов кабеля КНМСС после волочения: 1 - в обычных условиях; 2 - с УЗК

Последующая термообработка в проходной печи приводит к формированию полностью аустенитной структуры независимо от условий предыдущей деформации [3].

Таким образом, из анализа результатов проведенных исследований можно сделать вывод, что использование ультразвуковых колебаний при обработке композиционных изделий из стали 12Х18Н10Т позволяет уменьшить ее фазовый наклеп за счет торможения у ^ а' превращения и повысить ресурс пластичности.

ЛИТЕРАТУРА

1. Максимкин О.П., Цай К.В. Магнитометрическое исследование особенностей мартенситного превращения у ^ а' в облученной нейтронами стали 12Х18Н10Т // Металлы. 2008. № 5. С. 39-47.

2. Апаев Б.А. Магнитный фазовый анализ. М.: Металлургия, 1973. 280 с.

3. Клубович В.В., Рубаник B.B., Царенко Ю.В. Ультразвук в технологии производства композиционных кабелей. Минск: Беларус. на-вука, 2012. 293 с.

Поступила в редакцию 10 апреля 2013 г.

Rubanik V.V., Tsarenko Y.V. STRUCTURAL PROPERTIES OF COMPOSITE AFTER DEFORMATION WITH ULTRASOUND IMPOSING

Influence of ultrasonic fluctuations on formation process a'-phases is investigated at plastic deformation of a composite cable. It is shown, that after drawing of a cable with imposing of ultrasound the quantity of a magnetic phase to a cover considerably decreases.

Key words: composite cable; ultrasound; a'-phase; drawing.

1751