blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2016-2-123-127blackmet-808Research ArticleМАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕMATERIAL SCIENCEФОРМИРОВАНИЕ УЛЬТРАМЕЛКОЗЕРНИСТОЙ СТРУКТУРЫ УГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ ПРИ ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ ДЕФОРМАЦИИ СЖАТИЕМ ПРИ ПОВЫШЕННЫХ ТЕМПЕРАТУРАХULTRAFINE-GRAINED STRUCTURE FORMATION IN CARBON STEEL BY HIGH-SPEED COMPRESSION DEFORMATION AT INCREASED TEMPERATURESКопцеваН. В.KoptsevaN. V.

д.т.н., профессор кафедры литейного производства и материаловедения

Dr. Sci. (Eng.), Professor of the Chair “Foundry and Materials Science”

kopceva1948@mail.ruЕфимоваЮ. Ю.Efi movaYu. Yu.

к.т.н., доцент кафедры машиностроительных и металлургических технологий

Cand. Sci. (Eng.), Assist. Professor of the Chair “Engineering and Metallurgical Technology”

jefimova78@mail.ruНикитенкоО. А.NikitenkoO. A.

к.т.н., старший преподаватель кафедры машиностроительных и металлургических технологий

Cand. Sci. (Eng.), Senior Lecturer of the Chair “Engineering and Metallurgical Technology”

БарышниковМ. П.BaryshnikovM. P.

к.т.н., доцент кафедры машиностроительных и металлургических технологий

Cand. Sci. (Eng.), Assist. Professor of the Chair “Engineering and Metallurgical Technology”

ЖеребцовМ. С.ZherebtsovM. S.

аспирант

Postgraduate

Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова (455000, Россия, г. Магнитогорск, ул. Ленина, 38)РоссияMagnitogorsk State Technical University named after G.I. Nosov, Magnitogorsk, RussiaRussian FederationМагнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова (455000, Россия, г. Магнитогорск, ул. Ленина, 38)РоссияMagnitogorsk State Technical University named after G.I. Nosov, Magnitogorsk, RussiaRussian Federation201610032016592123127Copyright © Копцева Н.В., Ефимова Ю.Ю., Никитенко О.А., Барышников М.П., Жеребцов М.С., 20162016Копцева Н.В., Ефимова Ю.Ю., Никитенко О.А., Барышников М.П., Жеребцов М.С.Koptseva N.V., Efi mova Y.Y., Nikitenko O.A., Baryshnikov M.P., Zherebtsov M.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/808

Увеличение скорости пластической деформации приводит к значительным изменениям в микроструктуре металлических материалов. Структуру и свойства металла определяют такие факторы, как величина давления (или импульса), скорость деформации (или продолжительность процесса) и температура. В работе исследовано влияние высокоскоростной деформации на микроструктуру материалов. С использованием исследовательского комплекса Gleeble 3500 осуществлена высокоскоростная деформация стали 20 при температурах 800, 900, 1000 и 1200 °С. Изучена микроструктура и определена микротвердость образцов. Показана принципиальная возможность обеспечить деформационное измельчение структуры низкоуглеродистой стали 20 при высокоскоростной деформации при температурах 800 – 1000 °С до размера зерна около 400 нм подобно тому, как это достигается при больших пластических деформациях без нагрева металла или с небольшим нагревом, не превышающим температуру рекристаллизации.

The velocity increase of plastic deformation leads to significant changes in the microstructure of metallic materials. The structure and properties of the metal defi ne such factors as pressure value (or impulse), deformation velocity (or the duration of the process) and temperature. The work is devoted to the research of the influence of high-velocity deformation on the microstructure of materials. Using research complex Gleeble 3500 high-speed deformation of steel grade 20 at temperatures of 800, 900, 1000 and 1200 °C was carried out. The microstructure was studied and the microhardness of samples was determined. The principal possibility to provide strain refi nement of low-carbon steel structure up to a grain size of about 400 nanometers during high-speed deformation at temperatures of 800–1000 °C is shown, just as it is achieved at a severe plastic deformation without heating or with a slight heating which doesn’t exceed the recrystallization temperature.

низкоуглеродистая стальвысокоскоростная деформацияповышенная температураультрамелкозернистая структурамикротвердость.low-carbon steelhigh-speed deformationhigh temperatureultrafi ne-grained structuremicrohardnessReferencesSong R., Speer J.G., Matlock D.K., Ponge D., Raabe D. Оverview of processing, microstructure and mechanical properties of ultrafi ne grained bcc steels // Materials Science and Engineering: A. 2006. Vol. 441. № 1-2. P. 1 – 17.Song R., Speer J.G., Matlock D.K., Ponge D., Raabe D. Оverview of pro-cessing, microstructure and mechanical properties of ultrafine grained bcc steels. Materials Science and Engineering: A. 2006, vol. 441, no. 1–2, pp. 1–17.Валиев Р.З., Александров И.В. Объемные наноструктурные металлические материалы. – М.: ИКЦ «Академкнига», 2007. – 398 с.Valiev R.Z., Aleksandrov I.V. Ob”emnye nanostrukturnye metallicheskie materialy [Volumetric nanostructural metallic material]. Moscow: IKTs “Akademkniga”, 2007. 398 p. (In Russ.).Zrnik J., Dobatkin S.V., Kovarik T., Dzugan J. Ultrafi ne grain structure development in steels with diff erent carbon content subjected to severe plastic deformation. – The Minerals, Metals and Materials Society – 3-rd International Conference on Processing Materials for Properties 2008, PMP III. – Bangkok, 2009. P. 850 – 855.Zrnik J., Dobatkin S.V., Kovarik T., Dzugan J. Ultrafi ne grain structure development in steels with diff erent carbon content subjected to severe plastic deformation. The Minerals, Metals and Materials Society – 3-rd International Conference on Processing Materials for Properties 2008, PMP III. Bangkok, 2009, pp. 850–855.Колмогоров Г.Л. Технологические особенности получения наноструктурных материалов методом интенсивной пластической деформации кручением // Изв. вуз. Черная металлургия. 2008. № 9. С. 18 – 20.Kolmogorov G.L. Technological peculiarities of receiving nanostructural materials by the method of intensive plastic torsional deformation. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2008, no. 9, pp. 18–20. (In Russ.).He T., Xiong Y., Ren F., Guo Z., Volinsky A.A. Microstructure of ultra-fi ne-grained high carbon steel prepared by equal channel angular pressing // Materials Science and Engineering: A. 2012. Vol. 535. P. 306 – 310.He T., Xiong Y., Ren F., Guo Z., Volinsky A.A. Microstructure of ultra-fi ne-grained high carbon steel prepared by equal channel angular pressing. Materials Science and Engineering: A. 2012, vol. 535, pp. 306–310.Ситдиков O.Ш. Эволюция микроструктуры высокопрочного алюминиевого сплава в процессе высокотемпературной всесторонней ковки с большой степенью деформации // Деформация и разрушение материалов. 2011. № 1. С. 15 – 26.Sitdikov O.Sh. Microstructure evolution of extrahigh tensile aluminum alloy in the process of high-temperature all-round forging with a great deformation degree. Deformatsiya i razrushenie materialov. 2011, no. 1, pp. 15–26. (In Russ.).Чукин М.В., Емалеева Д.Г. Влияние термической обработки на эволюцию структуры и свойств стальной проволоки в процессе РКУ протяжки // Вестник Магнитогорского гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова. 2008. № 2. С. 70, 71.Chukin M.V., Emaleeva D.G. Heat treatment infl uence on the evolution of structure and properties of steel wire in the process of equal channel angular broaching. Vestnik Magnitogorskogo gos. tekhn. un-ta im. G.I. Nosova. 2008, no. 2, pp. 70–71. (In Russ.).Бейгельзимер Я.Е., Сынков С.Г., Орлов Д.В. Винтовая экструзия // Обработка металлов давлением. 2006. № 4. С. 17 – 22.Beigel’zimer Ya.E., Synkov S.G., Orlov D.V. Screw extrusion. Obrabotka metallov davleniem. 2006, no. 4, pp. 17–22. (In Russ.).Валиев Р.З., Рааб Г.И., Боткин А.В., Дубинина С.В. Получение ультрамелкозернистых металлов и сплавов методами интенсивной пластической деформации: новые подходы в разработке технологий // Изв. вуз. Черная металлургия. 2012. № 8. С. 44 – 47.Valiev R.Z., Raab G.I., Botkin A.V., Dubinina S.V. Obtaining of ultra-fi ne-grained metals and alloys using the intensive plastic deformation: new approaches to the technology development. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2012, no. 8, pp. 44–47. (In Russ.).Chukin M.V., Korchunov A.G., Polyakova M.A., Emaleeva D.G. Forming ultrafi ne-grain structure in steel wire by continuous deformation // Steel in Translation. 2010. Vol. 40. № 6. P. 595 – 597.Chukin M.V., Korchunov A.G., Polyakova M.A., Emaleeva D.G. Forming ultrafi ne-grain structure in steel wire by continuous deformation. Steel in Translation. 2010, vol. 40, no. 6, pp. 595–597.Зельдович В.И., Фролова Н.Ю., Хейфец А.Э., Хомская И.В., Шорохов Е.В., Насонов П.А. Повышение механических свойств титана методом динамического канально-углового прессования // Вопросы материаловедения. 2012. № 1 (69). С. 29 – 37.Zel’dovich V.I., Frolova N.Yu., Kheifets A.E., Khomskaya I.V., Shorokhov E.V., Nasonov P.A. Increase of titanium mechanical properties by the method of dynamic channel angular pressing. Voprosy materialovedeniya. 2012, no. 1 (69), pp. 29–37. (In Russ.).Дун Юечэн, Ситдиков В.Д., Александров И.В., Ванг Д.Т. Влия ние высокоскоростной деформации на микроструктуру и кристаллографическую текстуру меди в различных структурных состояниях // Письма о материалах. 2013. Т. 3. № 2 (10). С. 169 – 172.Dun Yuechen, Sitdikov V.D., Aleksandrov I.V., Vang D.T. Infl uence of high-velocity deformation on copper microstructure and crystallographic texture in different structural states. Pis’ma o materialakh. 2013, vol. 3, no. 2 (10), pp. 169–172. (In Russ.).Бондарь М.П., Псахье С.Г., Дмитриев А.И., Никонов А.Ю. Об условиях локализации деформации и фрагментации микроструктуры при высокоскоростном нагружении // Физическая мезомеханика. 2013. Т. 16. № 2. С. 5 – 13.Bondar’ M.P., Psakh’e S.G., Dmitriev A.I., Nikonov A.Yu. On the conditions of strain localization and microstructure fragmentation under high-rate loading. Physical Mesomechanics. 2013, vol. 16, no. 3, pp. 191–199.Петрова А.Н., Бродова И.Г., Ширинкина И.Г. и др. Особенности ультрамелкозернистого и нанокристаллического состояний в сплаве АМЦ, полученных при интенсивных воздействиях // Письма о материалах. 2013. Т. 3. № 2 (10). С. 126 – 129.Petrova A.N., Brodova I.G., Shirinkina I.G., Nasonov P.A., Shorokhov E.V. Peculiarities of ultrafi ne-grained and nanocrystal states in the AlMn alloy obtained at intensive impacts. Pis’ma o materialakh. 2013, vol. 3, no. 2 (10), pp. 126–129. (In Russ.).Meyers М.A. Dynamic Behavior of Materials. John Wiley & Sons. – New York, 1994. P. 393.Meyers М.A. Dynamic Behavior of Materials. John Wiley & Sons. New York, 1994, pp. 393.Bhattacharyya A., Rittel D., Ravichandran G. Eff ect of strain rate on deformation texture in OFHC copper // Scripta Mater. 2005. Vol. 52. P. 657 – 661.Bhattacharyya A., Rittel D., Ravichandran G. Eff ect of strain rate on deformation texture in OFHC copper. Scripta Mater. 2005, vol. 52, pp. 657–661.Рудской А.И., Колбасников Н.Г., Зотов О.Г. и др. Исследование структуры и свойств TRIP-сталей на комплексе GLEEBLE-3800 // Черные металлы. 2010. № 2. С. 8 – 14.Rudskoi A.I., Kolbasnikov N.G., Zotov O.G., Ringinen D.A., Nemtinov A.A., Kuznetsov V.V. Research of the structure and properties of TRIP-steels on the complex GLEEBLE-3800. Chernye metally. 2010, no. 2, pp. 8–14. (In Russ.).Чукин Д.М., Ишимов А.С., Жеребцов М.С. Использование комплекса Gleeble 3500 для анализа фазовых превращений в стали эвтектоидного состава, микролегированной бором. – В кн.: Обработка сплошных и слоистых материалов: межвуз. сб. науч. тр. / Под ред. М.В. Чукина. – Магнитогорск: изд. Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2012. Вып. 38. С. 53 – 57.Chukin D.M., Ishimov A.S., Zherebtsov M.S. The use of the complex Gleeble 3500 for the analysis of phase transformation in steel of the eutectoid composition, microalloyed by boron. In: Obrabotka sploshnykh i sloistykh materialov: mezhvuz. sb. nauch. tr. [Treatment of solid and layered materials: interuniversity scientifi c collected papers]. Chukin M.V. ed. Magnitogorsk: izd. Magnitogorsk. gos. tekhn. un-ta im. G.I. Nosova, 2012. Issue 38, pp. 53–57. (In Russ.).Koptseva N.V., Chukin M.V., Nikitenko O.A. Use of the Thixomet PRO software for quantitative analysis of the ultrafi ne-grain structure of low-and medium-carbon steels subjected to equal channel angular pressing // Metal Science and Heat Treatment. 2012. Vol. 54. № 7-8. С. 387 – 392.Koptseva N.V., Chukin M.V., Nikitenko O.A. Use of the Thixomet PRO software for quantitative analysis of the ultrafi ne-grain structure of low-and medium-carbon steels subjected to equal channel angular pressing. Metal Science and Heat Treatment. 2012, vol. 54, no. 7–8, pp. 387–392.Копцева Н.В., Ефимова Ю.Ю., Барышников М.П., Никитенко О.А. Формирование структуры и механических свойств углеродистой конструкционной стали в процессе наноструктурирования методом равноканального углового прессования // Деформация и разрушение материалов. 2011. № 7. С. 11 – 17.Koptseva N.V., Efi mova Yu.Yu., Baryshnikov M.P., Nikitenko O.A. Formation of the structure and mechanical properties of carbon structural steel in the process of nanostructuring by the method of equal channel angular pressing. Deformatsiya i razrushenie materialov. 2011, no. 7, pp. 11–17. (In Russ.).Копцева Н.В. Деформационное измельчение структуры углеродистых конструкционных сталей методом равноканального углового прессования для повышения прочности продукции метизного производства // Сталь. 2012. № 8. С. 50 – 56.Koptseva N.V. Deformation grinding of the structure of carbon structural steel by the method of equal channel angular pressing to increase hardware production durability. Stal’. 2012, no. 8, pp. 50–56. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.