Электропластический эффект при растяжении в ТРИП стали

В работе представлены результаты исследования электропластического эффекта в метастабильной высоколегированной аустенитно-мартенситной стали в виде тонкой ленты толщиной 0,3 мм при пластической деформации с током разных мод и режимов. Выбор материала исследования обусловлен проявлением в нем ТРИП-эффекта, вызываемом мартенситным превращением при деформации. Соотношение объемных фракций аустенита и мартенсита в стали до деформации составляет 50:50. В работе изучены деформационное поведение стали в форме кривых напряжение – деформация и механические свойства при комнатной температуре при статическом растяжении с током в виде коротких одиночных импульсов большой плотности, а также многоимпульсного тока с частотой 1000 Гц и постоянного тока. Микроструктура в исходном, до растяжения, состоянии исследована методами оптической и просвечивающей микроскопии. Микроструктура представляет собой крупные равноосные зерна аустенита и двойникованного мартенсита размером до 80 мкм. Фазовый состав стали до и после растяжения с током и без тока изучен методом рентгеновской дифракции. Деформация растяжением без тока способствует интенсивному мартенситному превращению и повышает объемную долю мартенсита с 50 до 82 %. Введение одиночных импульсов тока не влияет на ТРИП-эффект, вызывает скачки напряжения вниз и подтверждает возникновение электропластического эффекта. Показано, что мода тока оказывает сильное влияние на проявление ТРИП-эффекта, подавляет его при многоимпульсном и постоянном токе и вызывает резкое уменьшение пределов прочности, текучести и пластичности. Растяжение с током стабилизирует аустенит и уменьшает содержание образующегося мартенсита до 72 % при многоимпульсном режиме и до 50 % при использовании постоянного тока.

1. Мисоченко А.А., Столяров В.В. Деформируемость, структура и свойства титановых сплавов, подвергнутых прокатке с током. Гл. 15. В кн.: Перспективные материалы и технологии. В 2 т. Т. 1 / Под ред. В.В. Клубовича. Витебск: Изд-во УО «ВГТУ», 2015. С. 268–278.

2. Физические основы и технологии обработки современных материалов (теория, технология, структура и свойства) / О.А. Троиц­кий, Ю.В. Баранов, Ю.С. Авраамов, А.Д. Шляпин. Т. 1. Москва – Ижевск: Институт компьютерных технологий, 2004. 590 с.

3. Conrad H. Electroplasticity in metals and ceramics // Materials Science and Engineering: A. 2000. Vol. 287. No. 2. P. 276–287. https://doi.org/10.1016/S0921-5093(00)00786-3

4. Ao D.-W., Chu X.-R., Lin S.-X., Yang Y., Gao J. Hot tensile beha­viors and microstructure evolution of Ti-6Al-4V titanium alloy under electropulsing // Acta Metallurgica Sinica (English Letters). 2018. Vol. 31. No. 12. P. 1287–1296. https://doi.org/10.1007/s40195-018-0735-3

5. Stolyarov V.V. Influence of pulse current on deformation behavior during rolling and tension of Ti–Ni alloys // Journal of Alloys and Compounds. 2013. Vol. 577. Suppl. 1. P. S274–S276. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2012.04.022

6. Dobras D., Bruschi S., Simonetto E., Rutkowska-Gorczyca M., Ghiotti A. The effect of direct electric current on the plastic behavior of AA7075 aluminum alloy in different states of hardening // Mate­rials. 2021. Vol. 14. No. 1. Article 73. https://doi.org/10.3390/ma14010073

7. Fan R., Magargee J., Hu P., Cao J. Influence of grain size and grain boundaries on the thermal and mechanical behavior of 70/30 brass under electrically-assisted deformation // Materials Science and Engineering: A. 2013. Vol. 574. P. 218–225. https://doi.org/10.1016/j.msea.2013.02.066

8. Xie H.-y., Wang Q., Peng F., Liu K., Dong X.-h., Wang J.-f. Electroplastic effect in AZ31B magnesium alloy sheet through uniaxial tensile tests // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2015. Vol. 25. No. 8. P. 2686−2692. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(15)63892-4

9. Yang D., Conrad H. Plastic deformation of fine-grained Al2O3 in the presence of an electric field // Scripta Materialia. 1999. Vol. 41. No. 4. P. 397–401. https://doi.org/10.1016/S1359-6462(99)00126-8

10. Conrad H., Yang D. Influence of an electric field on the plastic deformation of fine-grained MgO at high homologous temperatures // Acta Materialia. 2000. Vol. 48. No. 16. P. 4045–4052. https://doi.org/10.1016/S1359-6454(00)00203-2

11. Яковлев А.В., Федоров В.А. Проявление электропластического эффекта в металлических стеклах // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. 2013. № 3. С. 99–102.

12. Pluzhnikova T.N., Fedorov V.A., Yakovlev A.V., Pluzhnikov S.N., Fedotov D.Y. Changing of mechanical characteristics of Co-based amorphous alloy and Fe-based nano-crystalline alloy in the hydrogenous medium under the influence of impulse electric current // Journal of Physics: Conference Series. 2019. Vol. 1400. No. 5. Article 055031. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1400/5/055031

13. Zhu Y., Lai W. Effects of electropulsing induced microstructural changes on THz-reflection and electrical conductivity of Al-doped ZnO thin-films // Journal of Surface Engineered Materials and Advanced Technology. 2016. Vol. 6. No. 3. P. 106–117. https://doi.org/10.4236/jsemat.2016.63010

14. Gennari C., Pezzato L., Simonetto E., Gobbo R., Forzan M., Calliari I. Investigation of electroplastic effect on four grades of duplex stainless steels // Materials. 2019. Vol. 12. No. 12. Article 1911. https://doi.org/10.3390/ma12121911

15. Breda M., Michieletto F., Beridze E., Gennari C. Experimental study on electroplastic effect in AISI 316L austenitic stainless steel // App­lied Mechanics and Materials. 2015. Vol. 792. P. 568–571. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM.792.568

16. Zeng Z., He J., Xiang Z., Sun Q., Wu Y., Wang S. Embrittlement of 316L stainless steel in electropulsing treatment // Journal Mate­rials Research and Technology. 2020. Vol. 9. No. 5. P. 10669–10678. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2020.07.064

17. Stolyarov V.V., Klyatskina E.A., Terentyev V.F. Suppression of TRIP effect in metastable steel by electrical current // Letters on Materials. 2016. Vol. 6. No. 4. P. 355–359. https://doi.org/10.22226/2410-3535-2016-4-355-359

18. Liu X., Lan S., Ni J. Experimental study of electro-plastic effect on advanced high strength steels // Materials Science and Engineering: A. 2013. Vol. 582. P. 211–218. https://doi.org/10.1016/j.msea.2013.03.092

19. Liu X., Lan S., Ni J. Electrically assisted friction stir welding for joining Al 6061 to TRIP 780 steel // Journal of Materials Process Technology. 2015. Vol. 219. P. 112–123. http://dx.doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2014.12.002

20. Kim M.-J., Yoon S., Park S., Jeong H.-J., Park J.-W., Kim K., Jo J., Heo T., Hong S.-T., Cho S.H., Kwon Y.-K., Choi I.-S., Kim M., Han H.N. Elucidating the origin of electroplasticity in metallic mate­rials // Applied Materials Today. 2020. Vol. 21. Article 100874. https://doi.org/10.1016/j.apmt.2020.100874