Влияние режимов кручения на формирование структуры стали

УДК 669.13:620.186

ВЛИЯНИЕ РЕЖИМОВ КРУЧЕНИЯ НА ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ СТАЛИ

С. И. Пинчук, д. т. н., проф., В. Ф. Балакин д. т. н., проф., Д. Г. Тишкевич, асп.

Национальная металлургическая академия Украины

Ключевые слова: структура, сталь, сдвиговая деформация, кручение, рекристаллизация, размер зерна, горячая деформация, разнозернистость

Постановка проблемы. Основным фактором формирования структуры и свойств металлов является пластическая деформация в сочетании с температурным режимом обработки.

Исходным материалом для получения изделий необходимой формы методом обработки металлов давлением в горячем состоянии является слиток, обладающий большой неоднородностью структуры по величине и форме зерен, а также химической неоднородностью, обусловленной зональной и дендритной ликвацией. При горячей обработке слитка давлением происходит выравнивание (гомогенизация) химсостава, уплотнение литой структуры и разрушение первичных кристаллитов, а также рекристаллизация, позволяющая формировать структуру в виде равноосных зерен необходимых размеров. В процессе горячей обработки происходит одновременно разрушение зерен в результате деформации и зарождение новых зерен в результате рекристаллизации.

Следует подчеркнуть двойственность задач, стоящих перед обработкой металлов давлением:

• обеспечение необходимой формы изделия (это главная задача деформационной обработки);

обеспечение регламентированной структуры (это главная задача получения требуемых эксплуатационных свойств).

В некоторых случаях эти задачи вступают в противоречие, ограничивая возможности процесса.

Структуру и механические свойства горячедеформированного металла определяют такие условия обработки как степень и скорость деформации, способ приложения нагрузки (непрерывный, когда нагрузка приложена в течение всего процесса деформации, или циклический, когда нагрузка чередуется с паузами), режим нагрева и скорость охлаждения после окончания деформации. Выбор способа и параметров горячей обработки имеет определяющее значение для решения задачи формирования структуры и свойств сталей. Так как свойства горячедеформированного металла при комнатной температуре - предел текучести, твердость, микротвердость - зависят от среднего размера зерен [1], то можно создать материал с улучшенными свойствами при контролируемых условиях деформации с получением определенного размера зерен, применяя, в частности, быстрое охлаждение после окончания деформации.

В промышленных условиях изменение условий обработки не всегда является возможным, особенно для крупногабаритных изделий. Снижение температуры, увеличение степени и скорости деформации возможно лишь для определенных размерных интервалов, связанных с существенным ростом усилия формоизменения. В этих условиях эффективным является использование сдвиговой деформации, особенно если она проводится без изменения формы и размеров. При прочих равных условиях усилие сдвига за счет касательных напряжений являются минимальными в процессе пластического течения материала.

Результаты исследований. Важной характеристикой при использовании сдвиговой деформации в технологических процессах является способ приложения нагрузки -непрерывный или циклический. В работах [2; 3] было изучено влияние каждого из способов на формирование структуры и свойств стали в процессе деформации. При этом образцы стали 08Х18Н10Т подвергали кручению по различным режимам. Установили, что как непрерывная, так и циклическая деформация приводят к получению рекристаллизованной мелкозернистой структуры. Непрерывная деформация обеспечивает равномерную структуру стали со средним размером зерен 23 — 28 мкм после деформации при числе оборотов п = 5,0 — 7,5, что соответствует углу сдвига у = 1,38 — 1,44 рад (рис. 1, а). Наличие пауз между деформационными циклами при циклической деформации сдвигает дорекристаллизационные процессы в область более высоких деформаций, задерживая их, а когда начинается первичная или собирательная рекристаллизация - способствует более интенсивному ее протеканию [3].

При малых паузах структура формируется в условиях динамического разупрочнения, в то время как при более длительных паузах разупрочнение преимущественно статическое. При различных режимах деформации и длительности пауз в процессе циклического кручения со статической компонентой разупрочнения установлено следующее:

- исходные крупные зерна с неоднородным распределением дислокаций сохраняются до более высоких общих деформаций, а именно до пх = 12,5 оборота (у = 1,49 рад), по сравнению с непрерывным режимом;

- при деформациях до пЕ = 12,5 оборота в структуре стали сохраняются зерна со средним диаметром 20 — 30 мкм, окруженные ультрамелкими зернами диаметром 2 — 11 мкм;

- Крупнозернистая структура, образовавшаяся в результате вторичной рекристаллизации, наблюдается лишь в случае преимущественно статического разупрочнения. В непрерывном режиме такая структура вообще не обнаружена вплоть до разрушения образцов при пЕ = 22,5 оборота (у = 1,53 рад).

Таким образом, полностью рекристаллизованную структуру стали с величиной зерен 25 — 34 мкм можно получить при температуре 1 200°С с помощью непрерывной или циклической сдвиговой деформации, используя различные режимы и параметры деформирования (рис. 1, а — в). При этом, разрабатывая технологию получения регламентированной структуры слитков или готовых изделий с применением циклической деформации, целесообразно, прежде всего, наряду с оптимальной температурой устанавливать величину разовых деформаций, а уже затем подходить к выбору остальных параметров процесса - общей деформации, длительности пауз, способа охлаждения.

а б в

Рис. 1. Структура образцов стали 08Х18Н10Т после горячей деформации кручением при:

а - непрерывном режиме, п = 5 оборотов, й = 25 мкм; б - циклическом режиме, = 5 оборотов: 10 циклов по 0,5 оборота с паузами 1,0 с, й = 33,7 мкм; в - циклическом режиме пх =12,5 оборота: 5 циклов по 0,5 оборота, затем 10 циклов по 1,0 обороту с паузами 0,5 с,

й = 32,7 мкм

В зависимости от параметров деформации образуются структуры различной степени разнозернистости. Различие формируемых структур обусловлено, в первую очередь, протекающими процессами динамической и статической рекристаллизации во время деформирования, а также способом охлаждения после деформации.

сдвига,

Рис. 2. Средняя величина зерен и степень разнозернистости структуры стали после кручения в непрерывном режиме Ш и при различного длительности пауз, с: 0-5;  2

Как показано на рисунке 2, структура с наименьшим размером зерен образуется в процессе непрерывной деформации при у = 1,38 рад. При этом наблюдается довольно высокая степень разнозернистости, которая с увеличением деформации до у = 1,44 рад (7,5 об.) снижается (рис. 3). Скорость охлаждения не оказывает существенного влияния на сформированную структуру стали. Наличие пауз между циклами деформации при циклическом режиме деформирования приводит к росту зерен. При суммарной деформации у = 1,38 рад существенный рост зерна наблюдается при уменьшении длительности пауз между деформационными циклами. При деформации у = 1,49 рад - наименьшее зерно образуется при циклическом режиме с малыми паузами между деформационными циклами и растет с увеличением длительности пауз. Наименьшая степень разнозернистости наблюдается при минимальных паузах между деформационными циклами.

0,8 -1—

0,5 2,5 5 7,5 10 12,5 15 22,5

Количество оборотов захвата

Рис. 3. Влияние скорости охлаждения в воде Ш и на воздухе после непрерывного кручения на разнозернистость структуры стали

Таким образом, сдвиговая деформация при 5,0 - 7,5 оборота, т. е. 1,3 - 1,4 рад, приводит к полной рекристаллизации с формированием структуры стали со средним размером зерен 25 -34 мкм. При этом разнозернистость структуры в объеме после рекристаллизации находится в допустимых пределах.

Выводы. 1. Сдвиговая деформация позволяет формировать мелкозернистую равномерную структуру стали. Это может быть актуально при подготовке слитков к прокату, либо непосредственно при прокатке стальных труб.

2. Основными параметрами сдвиговой деформации, обуславливающими протекание процессов рекристаллизации и приводящими к формированию структур стали с различной степенью разнозернистости, наряду с температурой являются степень разовых деформаций, степень суммарной деформации, длительность пауз между циклами деформирования и скорость охлаждения после деформации.

3. Как непрерывный, так и циклический режимы деформации обеспечивают формирование полностью рекристаллизованной структуры стали со средним размером зерен 25 — 34 мкм.

4. При непрерывном кручении эффективным режимом для формирования мелкозернистой структуры стали является деформация в 5,0 — 7,5 оборота, т. е. 1,38 — 1,44 рад. Средний размер зерен при таком режиме равен 23 — 28 мкм.

5. При циклическом кручении структура стали с размером зерен ~ 28 мкм формируется при деформации в 5,0 оборотов (1,38 рад) с паузами около 2 сек. между циклами. С уменьшением длительности пауз или увеличением степени деформации происходит рост зерен до 32 — 40 мкм.

6. Наименьшая разнозернистость при непрерывном режиме кручения наблюдается при деформации 7,5 оборота. Скорость охлаждения при этом слабо влияет на величину зерен.

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Хоникомб Р. Пластическая деформация металлов. - М. : МИР, 1972. - 408 с.

2. Лезинская Е. Я. и др. Влияние степени сдвиговой деформации при кручении на

структуру стали / Е. Я. Лезинская, Л. Г. Ковалева, В. В. Перчаник, С. И. Пинчук, В. Ф. Балакин, Д. Г. Тишкевич // Изв. вузов. Черная металлургия. - 2013. - № 7. - С. 38 — 42.

3. Лезинская Е. Я. и др. Влияние времени междеформационных пауз и степени разовой деформации на формирование структуры стали в процессе циклического кручения / Е. Я. Лезинская, Л. Г. Ковалева, В. В. Перчаник, С. И. Пинчук, В. Ф. Балакин, Д. Г. Тишкевич // Вюник Придншр. держ. акад. будiвн. та архггект. - 2013. — № 9. - С. 4 — 10.

УДК 658.5

СУЧАСНИЙ СТАН, ДОСВ1Д I ПРОБЛЕМИ РОЗВИТКУ РИНКУ ЖИТЛОВО1

НЕРУХОМОСТ1

С. П. Броневицький, к. т. н.

КО «1нститут Генерального плану м. Киева»

Ключовi слова: житлова нерухом1сть, доступне житло, тотечне кредитування.

Постановка проблеми та и зв'язок iз науковими i практичними завданнями. На сучасному етат соцiально-економiчного розвитку Укра!ни одшею з головних проблем е неспроможнють громадян придбати житло. Цши на житло несумiрнi iз зароб^ною платою, а проценти за кредитами занадто висою, тим бшьше, що кредитна система Укра!ни не досить упорядкована. На сьогодш обсяги будiвництва нового житла не вщповщають сучасному рiвню попиту на нього, до того ж цши на нове житло е доволi високими навт для украшщв iз рiвнем доходу вищим за середнiй. Ще однiею проблемою е необхiднiсть реконструкци застарiлого житлового фонду, його каттального ремонту чи замiни. При цьому кошти на оновлення житлового фонду мюцевими бюджетами не видiляються. Отже, iснуе об'ективна потреба в будiвництвi доступного житла, що вiдповiдае основним положениям Закону Украши вщ

25.12.2008 р. № 800-ГУ «Про запобшання впливу св^ово! фшансово! кризи на розвиток будiвельно! галузi та житлового будiвництва», постанови Кабiнету Мiнiстрiв Украши вщ

11.11.2009 р. № 1249 «Державна цшьова соцiально-економiчна програма будiвництва (придбання) доступного житла на 2010 — 2017 роки», постанови Кабшету Мiнiстрiв Укра!ни №3 43 вщ 25.04.2012 р. «Про затвердження Порядку здешевлення вартостi iпотечних кредитiв для забезпечення доступним житлом громадян, яю потребують полiпшення житлових умов» [1; 2]. _ .....

Аналiз останнiх дослщжень i публiкацiй. Методам обгрунтування технiко-економiчних показникiв iнвестицiйно-будiвельних проектiв на вшх етапах органiзацiйно-технологiчного проектування придiляеться особлива увага, оскшьки врахування впливу ймовiрнiсного характеру визначальних факторiв пiдвищуе надшшсть ухвалюваних рiшень [5; 6].

Отже, у нишшнш час, зважаючи на потреби суспшьства, розвиток швестицшно! дiяльностi та напрям державно! полiтики, виконання дослiдження з визначення та обгрунтування тривалост i вартостi зведення доступного житла в умовах ущшьнено! мюько! забудови безперечно потребуе подальших наукових дослщжень.

Метою статт е анатз сучасного стану, досвiду i проблем розвитку ринку житлово! нерухомостi для обгрунтування доцшьносп подальших наукових дослщжень щодо прогнозування технiко-економiчних показникiв проекпв будiвництва доступного житла в умовах ущшьнено! мюько! забудови.

Виклад матерiалу. Укра!на належить до високоурбанiзованих кра!н свiту, !! населення на початку XXI столотя становило близько 50 млн ошб, у тому чи^ мiського близько 34 млн ошб (68 %) i сiльського - 16 млн осiб (32 %). Територiя зони високо! урбанiзацi! перевищуе 35 % i характеризуеться середньою щшьнютю заселення понад 150 ошб на квадратний кiлометр.

Житлова проблема е одшею з найгострших в Укра!ш.

Згiдно з [3; 4; 6], середньостатистична забезпечешсть житлом в Укра!ш становить 23 м2 загально! площi на особу (житлово! площi - 15 м2), тодi як у бшьшосп европейських кра!н на особу припадае в 2,5 — 3 рази бшьше житлово! площь Щороку в Укра!нi збiльшуеться показник забезпеченоси житловою площею, але це вщбуваеться не лише за рахунок уведення в експлуатацiю нового житла, а передуем за рахунок зменшення чисельностi населення.

1з наведених даних можна зробити висновок, що велика кшьюсть громадян Укра!ни живе у недостатньо комфортних умовах. Нинi перед державою сто!ть серйозне завдання - створити