Preview

Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия

Расширенный поиск

Разработка температурно-скоростных режимов горячей деформации сплава Co – 28Cr – 6Mo на основе карт пластичности

https://doi.org/10.17073/0368-0797-2022-11-786-797

Аннотация

Проведены испытания сплава медицинского назначения Co – 28Cr – 6Mo после гомогенизации на одноосное сжатие при температурах 1000, 1100 и 1200 °С и скоростях деформации 1, 10 и 50 с–1 с использованием установки Gleeble System 3800. Получены кривые сопротивления деформации, описывающие деформационное поведение сплава. С использованием трех моделей (степенной, экспоненциальной и функции гиперболического синуса), описывающих напряжение течения, выполнены расчеты параметров горячей деформации (энергия активации, параметр Зенера-Холломона). Наиболее высокую степень сходимости показали результаты расчета, проведенного на основе степенной функции и функции гиперболического синуса. Данные модели могут быть использованы для точных расчетов напряжения течения при заданных параметрах температуры и скорости деформации, или для моделирования процесса деформации. Также на основе карт пластичности выполнена разработка деформационно-скоростных режимов горячей деформации сплава Co – 28Cr – 6Mo, что позволит в дальнейшем выбрать оптимальные режимы прокатки. Согласно полученным данным, благоприятные температурно-скоростные условия для осуществления горячей деформации смещаются по мере накопления деформации в область высоких температур и малых скоростей деформации. При этом крайне неблагоприятная зона с отрицательными значениями критерия стабильности пластического течения ξ, появляющаяся при значениях показателя деформации e = 0,3 – 0,4, продолжает довольно существенно расти с увеличением деформационного воздействия. Горячую деформацию сплава Co – 28Cr – 6Mo при малых степенях обжатия (e < 0,2) целесообразнее выполнять при температурах более 1150 °С и скоростях деформации не менее 20 с–1. С ростом степени деформации необходимо выбирать более низкие скорости деформации (1 – 5 с–1) и более высокую температуру деформации. 

Об авторах

Ю. В. Гамин
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия

Юрий Владимирович Гамин, к.т.н., доцент кафедры «Обработка металлов давлением»

Россия, 119049, Москва, Ленинский пр., 4



А. В. Коротицкий
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия

Андрей Викторович Коротицкий, к.ф.-м.н., старший научный сотрудник лаборатории «Ультрамелкозернистые металлические материалы»

Россия, 119049, Москва, Ленинский пр., 4



Т. Ю. Кин
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия

Татьяна Юрьевна Кин, аспирант кафедры «Обработка металлов давлением»

Россия, 119049, Москва, Ленинский пр., 4



С. П. Галкин
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия

Сергей Павлович Галкин, д.т.н., профессор кафедры «Обработка металлов давлением»

Россия, 119049, Москва, Ленинский пр., 4



С. А. Костин
АО «Завод Качественных Сплавов»
Россия

Сергей Алексеевич Костин, директор по развитию

Россия, 115516, Москва, Покровка, 33



Е. О. Тихомиров
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия

Евгений Олегович Тихомиров, магистр кафедры «Обработка металлов давлением»

Россия, 119049, Москва, Ленинский пр., 4



Список литературы

1. Dobbs H.S., Robertson J.L.M. Heat treatment of cast Co-Cr-Mo for orthopedic implant use // Journal of Materials Science. 1983. Vol. 18. P. 391–401. https://doi.org/10.1007/BF00560627

2. Niinomi M., Nakai M., Hieda J. Development of new metallic alloys for biomedical applications // Acta Biomaterialia. 2012. Vol. 8. No. 11. P. 3888–3903. https://doi.org/10.1016/j.actbio.2012.06.037

3. Moradi S.M., Zangeneh S., Vardak S., Bahrami R. New Co-Cr-Mo-Nb-Cu alloy for implant applications: Properties characterization // Journal of Alloys and Compounds. 2022. Vol. 925. Article 166387. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2022.166387

4. Mahmoud Z. Ibrahim, Ahmed A.D. Sarhan, Farazila Yusuf, Hamdi M. Biomedical materials and techniques to improve the tribological, mechanical and biomedical properties of orthopedic implants – A review article // Journal of Alloys and Compounds. 2017. Vol. 714. P. 636–667. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.04.231

5. Henriques B., Gasik M., Souza J.C.M., Nascimento R.M., Soares D., Silva F.S. Mechanical and thermal properties of hot pressed CoCrMo–porcelain composites developed for prosthetic dentistry // Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. 2014. Vol. 30. P. 103–110. https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2013.10.023

6. Vidal C.V., Muñoz A.I. Effect of thermal treatment and applied potential on the electrochemical behaviour of CoCrMo biomedical alloy // Electrochimica Acta. 2009. Vol. 54. No. 6. P. 1798–1809. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2008.10.018

7. Vidal C.V., Muñoz A.I. Electrochemical characterisation of biome­dical alloys for surgical implants in simulated body fluids // Corrosion Science. 2008. Vol. 50. No. 7. P. 1954–1961. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2008.04.002

8. Zhang E., Liu C. A new antibacterial Co-Cr-Mo-Cu alloy: Preparation, biocorrosion, mechanical and antibacterial property // Mate­rials Science and Engineering: C. 2016. Vol. 69. P. 134–143. https://doi.org/10.1016/j.msec.2016.05.028

9. Yamanaka K., Mori M., Chiba A. Mechanical properties of as-forged Ni-free Co–29Cr–6Mo alloys with ultrafine-grained microstructure // Materials Science and Engineering: A. 2011. Vol. 528. No. 18. P. 5961–5966. https://doi.org/10.1016/j.msea.2011.04.027

10. Yamanaka K., Mori M., Yoshida K., Kuramoto K., Chiba A. Manufacturing of high-strength Ni-free Co–Cr–Mo alloy rods via cold swaging // Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. 2016. Vol. 60. P. 38–47. https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2015.12.032

11. Yamanaka K., Mori M., Yoshida K., Balvay S., Hartmann D., Fabrègue D., Chiba A. Preparation of high-strength Co−Cr−Mo alloy rods via hot-caliber rolling // Materialia. 2020. Vol. 12. Article 100729. https://doi.org/10.1016/j.mtla.2020.100729

12. Makeev D.B., Kozlova O.N., Polulyakh L.A., Petelin A.L., Aleksandrov A.A., Dashevskii V.Ya. Involvement of the Domestic Manganese Ores in Production // Russian Metallurgy (Metally). 2020. Vol. 2020. No. 9. P. 938–941. https://doi.org/10.1134/S0036029520090098

13. Dashevskii V.Ya., Makeev D.B., Polulyakh L.A., Aleksandrov A.A., Leont’ev L.I. Dephosphorization of manganese-containing oxide melts // Doklady Physical Chemistry. 2017. Vol. 473. P. 55–57. https://doi.org/10.1134/S0012501617040017

14. Полулях Л.А., Дашевский В.Я., Травянов А.Я., Юсфин Ю.С., Петелин А.Л. Поведение фосфора в доменной печи при выплавке чугунов и доменного ферромарганца // Известия вузов. Черная металлургия. 2009. Т. 52. № 3. С. 3–5.

15. Liao Y., Pourzal R., Stemmer P., Wimmer M.A., Jacobs J.J., Fi­scher A., Marks L.D. New insights into hard phases of CoCrMo metal-on-metal hip replacements // Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. 2012. Vol. 12. P. 39–49. https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2012.03.013

16. Caudillo M., Herrera-Trejo M., Castro M.R., Ramírez E., Gon­zález C.R., Juárez J.I. On carbide dissolution in an as-cast ASTM F-75 alloy // Journal of Biomedical Materials Research. 2002. Vol. 59. No. 2. P. 378–385. https://doi.org/10.1002/jbm.10001

17. Kaiser R., Williamson K., O’Brien C., Ramirez-Garcia S., Browne D.J. The influence of cooling conditions on grain size, secon­dary phase precipitates and mechanical properties of biomedical alloy specimens produced by investment casting // Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. 2013. Vol. 24. P. 53–63. https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2013.04.013

18. Yamanaka K., Mori M., Chiba A. Assessment of precipitation behavior in dental castings of a Co-Cr-Mo alloy // Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. 2015. Vol. 50. P. 268–276. https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2015.06.020

19. Rosenthal R., Cardoso B.R., Bott I.S., Paranhos R.P.R., Car­valho E.A. Phase characterization in as-cast F-75 Co–Cr–Mo–C alloy // Journal of Materials Science. 2010. Vol. 45. P. 4021–4028. https://doi.org/10.1007/s10853-010-4480-x

20. Chiba A., Lee S.-H., Matsumoto H., Nakamura M. Construction of processing map for biomedical Co–28Cr–6Mo–0.16N alloy by studying its hot deformation behavior using compression tests // Materials Science and Engineering: A. 2009. Vol. 513–514. P. 286–293. https://doi.org/10.1016/j.msea.2009.02.044

21. Guo S., Wu S., Guo J., Shen Y., Zhang W. An investigation on the hot deformation behavior and processing maps of Co-Ni-Cr-W-based superalloy // Journal of Manufacturing Processes. 2022. Vol. 74. P. 100–111. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2021.11.060

22. Kartika I., Li Y., Matsumoto H., Chiba A. Constructing processing maps for hot working of Co-Ni-Cr-Mo superalloy // Materials Transactions. 2009. Vol. 50. No. 9. P. 2277–2284. https://doi.org/10.2320/matertrans.M2009103

23. Ghosh S. Interpretation of microstructural evolution using dynamic materials modeling // Metallurgical and Materials Transactions A. 2000. Vol. 31. P. 2973–2974. https://doi.org/10.1007/BF02830342

24. Ma X., Zeng W., Wang K., Lai Y., Zhou Y. The investigation on the unstable flow behavior of Ti17 alloy in α+β phase field using processing map // Materials Science and Engineering: A. 2012. Vol. 550. P. 131–137. https://doi.org/10.1016/j.msea.2012.04.045

25. Yamashita Y., Li Y., Onodera E., Matsumoto H., Chiba A. Dynamic recrystallization behavior of biomedical CCM alloy with additions of C and N // Materials Transactions. 2010. Vol. 51. No. 9. P. 1633–1639. https://doi.org/10.2320/matertrans.MAW201007

26. Li Y., Li J., Koizumi Y., Chiba A. Dynamic recrystallization beha­vior of biomedical Co-29Cr-6Mo-0.16N alloy // Materials Characterization. 2016. Vol. 118. P. 50–56. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2016.05.004

27. Prasad Y.V.R.K., Rao K.P., Sasidhara S. Hot Working Guide: A Compendium of Processing Maps. Ohio: ASM International, 2015. 545 p.

28. Prasad Y.V.R.K., Rao K. Processing maps and rate controlling mechanisms of hot deformation of electrolytic tough pitch copper in the temperature range 300–950 °C // Materials Science and Engineering: A. 2005. Vol. 391. No. 1–2. P. 141–150. https://doi.org/10.1016/j.msea.2004.08.049

29. Evans R.W., Scharning P.J. Axisymmetric compression test and hot working properties of alloys // Materials Science and Technology. 2001. Vol. 17. No. 8. P. 995–1004. https://doi.org/10.1179/026708301101510843


Рецензия

Для цитирования:


Гамин Ю.В., Коротицкий А.В., Кин Т.Ю., Галкин С.П., Костин С.А., Тихомиров Е.О. Разработка температурно-скоростных режимов горячей деформации сплава Co – 28Cr – 6Mo на основе карт пластичности. Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия. 2022;65(11):786-797. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2022-11-786-797

For citation:


Gamin Yu.V., Korotitskii A.V., Kin T.Yu., Galkin S.P., Kostin S.A., Tikhomirov E.O. Development of temperature-speed modes of hot deformation of Co – 28Cr – 6Mo alloy based on processing maps. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2022;65(11):786-797. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0368-0797-2022-11-786-797

Просмотров: 419


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 0368-0797 (Print)
ISSN 2410-2091 (Online)