Пластическая деформация высоколегированных сталей и сплавов

М.Я. Дзугутов
Металлургия, 1977 г.

Ссылка доступна только зарегистрированным пользователям.
Пластическая деформация высоколегированных сталей и сплавов

 ПРИРОДА  И  ВИДЫ  ПОНИЖЕННОЙ ПЛАСТИЧНОСТИ  СТАЛЕЙ И    СПЛАВОВ

1. ПЕРВЫЙ ВИД  ПП (ПП1)
Основной причиной худшей деформируемости высоколегирован­ных сталей и сплавов по сравнению с углеродистыми или легиро­ванными конструкционными является снижение уровня пластич­ности.
Понижение пластичности (сокращенно ПП) высоколегированных сталей и сплавов объясняют обычно высоким легированием. В действительности в каждом случае это снижение обусловли­вается определенными физико-химическими процессами, протека­ющими в материале: образованием новых структурных состав­ляющих и фаз или перераспределением существующих, измене­нием кристаллической структуры, образованием и повышением количества легкоплавких включений и др.
Каждый из таких физико-химических процессов самостоятельно или в сочетании с другими, может понизить пластичность сталей и сплавов. Применительно к теории пластической деформации и обработки металлов давлением все эти процессы можно условно разделить на четыре основных вида (рис 21),
 
Рис. 21. Классификация видов пониженной пластичности (схема)
 
Первые три вида ПП (ПП1, ПП2, ППЗ) определяются главным  образом химическим составом стали или сплава, его легирова­нием и структурным состоянием. Наличие ПП можно предви­деть по структурной диаграмме состояния и выбрать режимы горячей пластической деформации в соответствии с предпола­гаемым уровнем пластичности.
Четвертый вид понижения пластичности (ПП4) определяется главным образом условиями выплавки металла, степенью рас­кисления, чистотой его от легкоплавких элементов (Pb, Sn и др.) и соединений, располагающихся пленочно по границам зерен. Этим объясняется и то, что ПП4 присущ лишь металлу данной плавки, в то время как другая плавка такого же марочного со­става при том же структурном состоянии может не обладать этим видом ПП.
Все случаи ПП высоколегированных сталей и сплавов можно объяснить проявлением одного из перечисленных четырех видов ПП или различным их сочетанием. Соответственно предупредить такое понижение пластичности материала можно, если предот­вратить протекание того физико-химического процесса, который обусловливает данный вид ПП.
Однако если все же снижение уровня пластичности произошло, то для деформирования слитков и заготовок из такого материала, необходимо применять такие внешние условия деформации, которые компенсировали бы пониженную пластичность материала и способствовали бы улучшению деформируемости тела.
Первый вид ПП характеризуется затормаживанием в поли­кристаллическом материале внутризеренного скольжения, свя­занного с высоким легированием. Поэтому ПП1 встречается обычно при деформировании слитков и заготовок из высоколегированных сталей и сплавов или при испытаниях и практически не встре­чается при деформировании таких же тел из углеродистых или обычных легированных конструкционных сталей. Первый вид ППобусловливается двумя относительно близкими процессами, по­следовательно протекающими в высоколегированных сталях и сплавах.
В первом случае (ПП1а) пониженная пластичность вызвана высоким легированием твердого раствора различными элемен­тами без образования заметного количества дисперсной упроч­няющей фазы (например, легирование элементами: Mn, Сr, Ni, W, Mo и др.). Растворенные элементы искажают решетку твердого раствора. Это искажение возрастает с увеличением степени леги­рования и атомных радиусов легирующих элементов.
Для сталей и сплавов, обладающих ПП1, характерно относительно плавное изменение уровня пластичности в довольно широком интервале температур, а также незначительное паде­ние пластичности в области пониженных температур (700—900° С), благодаря чему горячую деформацию можно заканчивать в области этих температур, а при необходи­мости для улучшения дефор­мируемости применять подстуживание слитков и заго­товок.
На рис. 22 приведены кривые значений пластич­ности Η, δ, ψ) для пяти различных сплавов, представляющих пять групп принятой ниже классификации и обла­дающих обычно первым видом ПП. У сплава Х20Н80, обла­дающего ПП1а, в области пониженных температур падение пластичности наименьшее по сравнению с другими, более ле­гированными сплавами, содержащими, кроме того, дисперсион­ную упрочняющую фазу.
Во втором случае ПП1б ПП обусловливается одновременным протеканием двух процессов: пересыщением твердого раствора и образованием мелкодисперсных частиц упрочняющей интерметаллидной фазы, располагающихся по плоскостям скольжения и блокирующих процессы скольжения не только внутри, но и по границам зерен. Поэтому в данном случае движение дислокаций и процессы скольжения и внутризеренная деформация в целом  как и межзеренные перемещения, еще более заторможены, по сравнению с ПП1а и часто деформация с самого начала переходит во вторую стадию (см. рис. 13). Материал весьма быстро упроч­няется и дальнейшее деформирование его в обычных условиях практически невозможно, пока в структуре (матрице) содер­жится значительное количество мелкодисперсной упрочняющей фазы. Коагуляция частиц упрочняющей фазы и их частичное растворение увеличивают расстояние между ними и подвижность дислокаций, повышают пластичность материала, которая может достигнуть уровня ПП1а (см. рис. 22). На рис 22 к ПП1б отно­сятся сплавы 2—5, в которых количество дисперсной упрочня­ющей фазы последовательно возрастает. Это вызывает соответ­ствующее падение пластичности при температурах ниже темпе­ратуры растворения этой фазы, количество которой возрастает по мере увеличения степени легирования и номера группы сплава.
По сравнению со случаем ПП1а (рис. 22, кривые 1) здесь, кроме искажения решетки твердого раствора А, на уровень пластичности оказывают влияние еще два фактора: образование интерметаллических соединений (Ni3Ti, Ni3Al, Ni3Nb и др.), обозначаемых γ', и степень их дисперсности. Отрицательное влияние этой упрочняющей фазы возрастает по мере увеличения ее количества γ' и степени дисперсности частиц е.