АО «НПО «Прибор» имени С. С. Голембиовского» (Санкт-Петербург, Россия)

Ю. А. Набоков, генеральный директор, к.т.н.

Е. Ю. Алимова, начальник центральной заводской лаборатории

БГТУ «ВОЕНМЕХ» имени Д. Ф. Устинова (Санкт-Петербург, Россия)
А. И. Олехвер, доцент кафедры Е4, к.т.н., leshicher@mail.ru
Е. Ю. Ремшев, профессор кафедры А2, д.т.н., доцент
Г. А. Воробьева, доцент кафедры А2, к.т.н., доцент
Е. Д. Антипин, аспирант

Целью работы было экспериментальное изучение возможности формирования функционально-градиентной структуры в качественной малоуглеродистой стали при холодной штамповке. Разработаны три технологических режима обработки: режим средней деформации, режим максимальной деформации и режим минимальной деформации. Полученные механические испытания показали, что по мере усиления пластической деформации предел прочности и твердость образцов заметно увеличиваются, тогда как относительная пластичность и ударная вязкость снижаются. Так, при максимальной деформации предел прочности достигал порядка 670 МПа, а при минимальной деформации со снятием остаточных напряжений – около 400–410 МПа. Аналогично твердость росла до 96 HRB в режиме максимального штамповочного растяжения, тогда как в режиме минимальной деформации она снижалась до ~ 60 HRB, при этом ударная вязкость, наоборот, повышалась до ~ 112 KCV. Микроструктурные снимки продемонстрировали четкий градиент по толщине стенки: при средних и максимальных режимах на наружной поверхности зерна и фрагменты ферритных субзерен ориентированы и вытянуты вдоль направления перлита, в то время как в средней части стенки зерна феррита значительно деформированы и сильно измельчены. Напротив, при минимальном деформировании с окончательным отжигом структура стали оказалась практически однородной по толщине: зерна равноосные как на наружной, так и на внутренней стенке. Таким образом, установлена прямая связь между режимом пластической обработки, развитием микроструктуры и эксплуатационными свойствами материала: повышение интенсивности штамповки ведет к существенному фрагментированию зерен, росту плотности дефектов и, как следствие, к упрочнению стали.

1. Минько Д. В., Белявин К. Е., Шелег В. К. Теория и практика получения функционально-градиентных материалов импульсными электрофизическими методами. – Минск: БНТУ, 2020. – 450 c.
2. Mohammadi Majid, Rajabi Masoud, Ghadiri Majid. Functionally graded materials (FGMs): A review of classifications, fabrication methods and their applications // Processing and Application of Ceramics. 15. 2021. pp. 319-343. DOI: 10.2298/PAC2104319M

3. Valiev Ruslan, Langdon Terence. Principles of equal-channel angular pressing as a processing tool for grain refinement // Progress in Materials Science. 2006. V. 51, Is. 7, pp. 881-981 DOI: 10.1016/j.pmatsci.2006.02.003
4. Рааб Г. И., Кодиров И. С., Алешин Г. Н., Рааб А. Г., Ценев Н. K. Влияние особенностей формирования градиентной структуры при интенсивной пластической деформации сплавов с различными типами кристаллической решетки // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2019. Т. 17. № 1. С. 64–75. DOI: 10.18503/1995-2732-2019-17-1-64-75
5. Nurudeen A. Raji, Oluleke O. Oluwole Influence of Degree of Cold-Drawing on the Mechanical Properties of Low Carbon Steel // Materials Sciences and Applications. 2011. № 2. pp. 1556-1563.
6. Zavdoveev A., Beygelzimer Y., Pashinskaya Е. et al. Drawing of the wire of low-carbon steel: plasticity resource, optimal reduction, structure, properties // Materials Science (cond-mat.mtrl-sci) arXiv:1412.0157. 2014. pp. 1–16.
7. Kshitij Sunil, Ishan Johri, Chinmay Gedam, Priyansh Jain. Effects of Cold Extrusion on Material Properties. // ResearchGate. 2018. pp. 1–13. DOI: 10.13140/RG.2.2.28696.14082
8. Hoe-Seok Yang, Baek Seok Seong, S.-H. Choi, Seong-Ho Han. Texture evolution of monolithic-phase and dual-phase steel sheets during a deepdrawing
process // Metals and Materials International. 2011. № 17. pp. 403–412.
9. Taylan Altan Gracious Ngaile, Gangshu Shen. Cold and Hot Forging Fundamentals and Applications. – Ohio: Ohio State University, 2005. – 333 p.
10. Sauvage X., Quelennec X., Malandain J. J., Pareige P. Nanostructure of a cold drawn tempered martensitic steel // Scripta Materialia. 2006. № 54. pp. 1099-1103.
11. Masayuki Wakita, Seiichi Suzuki. In-situ Observation of Microstructure Change in Steel by EBSD // Nippon Steel & Sumitomo Metal Technical. 2017. № 114. pp. 32-37.
12. Valiev R. Z., Islamgaliev R. K., Alexandrov I. V. Bulk nanostructured materials from severe plastic deformation // Prog. Mater. Sci. 2000. № 45. pp. 103–189.
13. Яковлева И. Л., Карькина Л. Е., Зубкова Т. А., Табатчикова Т. И. Влияние холодной пластической деформации на структуру зернистого перлита в углеродистых сталях // Физика металлов и металловедение. т. 112, № 1. 2011. с. 105-112.