Оценка анизотропии механических свойств листового проката из углеродистой стали

Цель – экспериментально установить влияние неоднородности материала на характеристики прочности (σ_в, σ_0,2) и пластичности (δ) на примере листового стального проката. Проведено испытание на одноосное растяжение плоских образцов горячекатаного листа из сплава Ст3, вырезанных в трех направлениях относ ительно прокатки: вдоль, поперек и под углом 450. Установлена неоднородность структуры путем изучения поверхности изломов разрушенных образцов после испытания на растяжение, а также сделано металлографическое исследование и микромеханическое испытание (измерение микротвердости) сечений, параллельных поверхности изломов. В результате проведенного испытания на одноосное растяжение плоских образцов получены значения характеристик прочности (σ_в, σ_0,2) и пластичности (δ). Анализ фрактограмм, микроструктуры и значений микротвердости материала позволил выявить структурную неоднородность, обусловленную наличием волокнистости и полосчатой феррито-перлитной структуры, ориентированной вдоль направления деформации, причиной образования которой явилось наличие ориентированных неметаллических включений – вытянутых пластичных сульфидов. В ходе работы установлено: исследуемый материал обладает анизотропией механических свойств и неоднородностью структуры. Значения предела прочности (σ_в) и предела текучести (σ_0,2) уменьшаются от продольного направления к поперечному (относительно направления прокатки) и наоборот (от поперечного к продольному), вероятно, по причине: в первом случае – влияния неметаллических включений (пластичных сульфидов) и как следствие полосчатой феррито-перлитной структуры; во втором – влияния направления волокна. Значения относительного удлинения (δ) уменьшаются от продольного направления к направлению под углом 450 и затем увеличиваются к поперечному направлению в результате различного упрочнения материала в процессе пластической деформации, о чем свидетельствуют полученные значения микротвердости исследованных сечений и значения максимально приложенных нагрузок в ходе испытания на растяжение; полученные значения являются результатом, очевидно, влияния ориентации волокна относительно действующих максимальных растягивающих напряжений.

1. Cerda F.C., Goulas C., Sabirov I., Papaefthymiou S., Monsalve A., Petrov R.H. Microstructure, Texture and Mechanical Properties in a Low Carbon Steel after Ultrafast Heating // Materials Science and Engineering: A. 2016. Vol. 672. P. 108–120. https://doi.org/10.1016/j.msea.2016.06.056

2. Omale J.I., Ohaeri E.G., Tiamiyu A.A., Eskandari М., Mostafijur K.M., Szpunar J.A. Microstructure, Texture Evolution and Mechanical Properties of X70 Pipeline Steel after Different Thermomechanical Treatments // Materials Science and Engineering: A. 2017. Vol. 703. P. 477–485. https://doi.org/10.1016/j.msea.2017.07.086

3. Лобанов М.Л., Русаков Г.М., Пышминцев И.Ю., Данилов С.В., Пастухов В.И., Урцев В.Н. [и др.]. Формирование кристаллографической текстуры в стальных изделиях при сдвиговых фазовых превращениях // Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов: материалы XXIV Уральской школы металловедов-термистов (Магнитогорск, 19–23 марта 2018 г.). Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2018. С. 16–18.

4. Wang Xiaofeng, Guo Mingxing, Zhang Yan, Xing Hui, Li Yong, Luo Jinru, et al. The Dependence of Microstructure, Texture Evolution and Mechanical Properties of Al–Mg– Si–Cu Alloy Sheet on Final Cold Rolling Deformation. // Journal of Alloys and Compounds. 2016. Vol. 657. P. 906–916. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2015.10.070

5. Пузанов М.П., Степанов С.И. Исследование анизотропии механических свойств трансформаторной стали в холоднокатаном состоянии // Материалы XVIII Международной научно-технической Уральской школы-семинара металловедов-молодых ученых (г. Екатеринбург, 21–23 ноября 2017 г.). Екатеринбург: Издво УрФУ, 2017. С. 562–566.

6. Волкова Е.Ф., Мостяев И.В., Акинина М.В. Сравнительный анализ анизотропии механических свойств и микроструктуры деформированных полуфабрикатов из высокопрочных магниевых сплавов c РЗЭ // Труды ВИАМ. 2018. № 5. С. 24–32. https://doi.org/10.18577/2307-6046-2018-0-5-24-33

7. Костиков И.Е., Кузнецов Е.Е., Матченко Н.М. Экспериментальное исследование пластической анизотропии листовых прокатных материалов из алюминиевых сплавов // Вестник Московского государственного областного университета. Серия: Физика-математика. 2017. № 2. С. 64–71. https://doi.org/10.18384/2310-7251- 2017-2-64-71

8. Liu Hai-Tao, Li Hao-Ze, Li Hua-Long, Gao Fei, Liu GuoHuai, Luo Zhong-Han, et al. Effects of Rolling Temperature on Microstructure, Texture, Formability and Magnetic Properties in Strip Casting Fe-6.5 wt% Si Non-Oriented Electrical Steel // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2015. Vol. 391. P. 65–74. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2015.04.105

9. Karparvarfard S.M.H., Shaha S.K., Behravesh S.B., Jahed H., Williams B.W. Microstructure, Texture and Mechanical Behavior Characterization of Hot Forged Cast ZK60 Magnesium Alloy // Journal of Materials Science & Technology. 2017. Vol. 33. Issue 9. P. 907–918. https://doi.org/10.1016/j.jmst.2017.04.004

10. Liu Hai-Tao, Li Hua-Long, Wang Hui, Liu Yi, Gao Fei, An Ling-Zi, et al. Effects of Initial Microstructure and Texture on Microstructure, Texture Evolution and Magnetic Properties of Non-Oriented Electrical Steel // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2016. Vol. 406. P. 149–158. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2016.01.018

11. Ren Chunhua, Zhang Xiaochuan, Ji Hongwei, Zhan Nan, Zhixia Qiao. Effect of Banded Morphology and Grain Size on the Tensile Behavior of Acicular Ferrite in HSLA Steel // Materials Science and Engineering: A. 2017. Vol. 705. Р. 394–401. https://doi.org/10.1016/j.msea.2017.08.109

12. Xiaochuan Zhang, Yong Wang, Jia Yang, Zhixia Qiao, Chunhua Ren, Cheng Chen. Deformation Analysis of Ferrite/Pearlite Banded Structure under Uniaxial Tension using Digital Image Correlation // Optics and Lasers in Engineering. 2016. Vol. 85. P. 24–28. https://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2016.04.019

13. Анисович А.Г., Андрушевич А.А. Микроструктуры черных и цветных металлов. Минск: Белоруская навука, 2015. 132 с.

14. Зайдес С.А., Фам Д.Ф., Нго К.К. Новые процессы поверхностного пластического деформирования: монография. Иркутск: Изд-во ИРНИТУ, 2019. 352 с.

15. Зайдес С.А. Охватывающее деформационное упрочнение маложестких валов // Упрочняющие технологии и покрытия. 2008. № 2. C. 3–6.

16. Зайдес С.А., Фам Д.Ф. Поверхностное пластическое деформирование поперечной обкаткой плоскими плитами // Упрочняющие технологии и покрытия. 2016. № 5. C. 6–12.

17. Зайдес С.А., Нгуен В.Х. Влияние параметров осциллирующего выглаживания на шероховатость упрочненных поверхностей // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2017. Т. 21. № 4. С. 22–29. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2017-4-22-29

18. Ильющенко А.Ф., Маркова Л.В., Чекан В.А., Фомихина И.В., Коледа В.В. Атлас производственных разрушений различных конструкций: монография. Минск: Белоруская навука, 2017. 313 с.

19. Алифанов А.В., Андреев В.А., Антанович А.А., Асланян Н.С., Белоцерковский М.А., Белявин К.Е. [и др.]. Актуальные проблемы прочности. Витебск: Издво ВГТУ, 2018. 423 с.

20. Анисович А.Г., Румянцева И.Н. Практика металлографического исследования материалов. Минск: Белоруская навука, 2013. 221 с.