"Структурные изменения конструкционных сталей в условиях многоэтапной термомеханической обработки и их влияние на механические свойства" тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.01, кандидат наук Дербенев Андрей Анатольевич

• Дербенев Андрей Анатольевич
• кандидат наук
• 2020

Оглавление диссертации кандидат наук Дербенев Андрей Анатольевич

Введение

Глава 1 Теоретические основы структурных изменений и накопления повреждений пластически деформированных материалов

1.1 Структурные изменения при холодной деформации

1.2 Структурные изменения в условиях теплой и горячей деформации

1.3 Закономерности накопления повреждений в зависимости от условий деформации и модели их описания

1.4 Методическое обеспечение структурных исследований многоэтапной пластической деформации и его проблемы

Выводы по главе

1.5 Программа работы, исследуемые материалы, технологические испытания и методы исследований

Глава 2 Развитие методического обеспечения микроструктурного анализа деформированных материалов с применением разработанных компьютерных программ

2.1 Метод микроструктурного измерения размера зерна для оценки холоднодеформированного состояния металлов

2.2 Метод ускоренного построения диаграмм рекристаллизации II рода

Выводы по главе

Глава 3 Исследование структурных изменений и накопления повреждений малоуглеродистых и борсодержащих сталей в условиях многоэтапной холодной деформации

3.1 Исследования сталей 10 и 20Г2Р в процессах холодной высадки 52 шестигранной гайки М18 и шестигранного фланцевого болта М10

3.1.1 Математическое моделирование процессов высадки и подготовка материалов для исследований

3.1.2 Микроструктурный и деформационный анализ

3.2 Закономерности накопления повреждений и математическая модель их описания

3.3 Влияние развития повреждаемости на изменение механических свойств материалов. Методика построения обобщенных кривых упрочнения с

применением микроструктурного метода

Выводы по главе

Глава 4 Исследование структурных изменений аустенитной стали 12Х18Н10Т в условиях горячей дробной деформации

4.1 Технологические параметры процесса многопереходной протяжки ступенчатой поковки и подготовка материала для исследований

4.2 Математическое моделирование процесса и микроструктурный анализ

4.3 Закономерности процесса собирательной рекристаллизации

Выводы по главе

Глава 5 Развитие информационного обеспечения прогнозирования упрочнения и рекристаллизации конструкционных сталей в условиях технологического проектирования

5.1 Технологические рекомендации по холодной высадке стандартных крепежных изделий из конструкционных сталей

5.2 Технологические рекомендации по выдавливанию шлицевых пазов в винтах с потайной головкой из сталей мартенситно-ферритного класса

5.3 Технологические рекомендации по ковке ступенчатых поковок из сталей аустенитного класса

Выводы по главе

Заключение

Список литературы

Приложение к работе

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «"Структурные изменения конструкционных сталей в условиях многоэтапной термомеханической обработки и их влияние на механические свойства"»

Введение

Актуальность темы исследования. В промышленном производстве значительное количество деталей и заготовок изготавливаются в условиях многоэтапной холодной и горячей пластической деформации. Для холодной деформации характерны многооперационные процессы высадки крепежных изделий и листовой штамповки на многопозиционных листоштамповочных прессах, для горячей - многопереходные процессы свободной ковки, горячей штамповки т.д. Пластическая деформация, как механическое воздействие, наряду с приданием материалу определенной формы, изменяет его структуру и дефектность, которые взаимосвязаны с механическими свойствами. Очевидно, что исследование структурных изменений и накопления поврежденности сталей и сплавов (далее по тексту - материалов) в условиях многоэтапной деформации является актуальной задачей и позволяет наиболее объективно проводить анализ и прогнозирование изменение механических свойств. В настоящее время актуальность обозначенной задачи усиливается тем обстоятельством, что ответственные изделия, работающие в сложных условиях эксплуатации, изготавливаются из высокопрочных и малопластичных материалов. Это обуславливает обязательное применение многоэтапной деформации и использовании высоких температур. При этом современное машиностроительное производство требует не только результаты структурно-механических исследований при стандартных испытаниях на растяжение, осадку и кручение, а технологические рекомендации применительно к конкретным процессам пластического деформирования, полученных на основании изучения структурных изменений и накопления повреждений, и их взаимосвязи с механическими свойствами.

Степень разработанности темы. Исследования структурных изменений и их влияние на механические свойства в условиях многоэтапной пластической

деформации затрагивают вопросы структурного и механико-математического описания структуры, которые связаны с собой и взаимно дополняют друг друга.

Первоначальные исследования структурных изменений и накопления повреждений применительно к пластической деформации можно отнести к 1934 г., когда М. Поляни, Е. Орован и Г. Тейлор [1] независимо друг от друга, ввели представления о дислокациях в кристаллическом твердом теле для объяснения несоответствия между экспериментальной и теоретической прочностью. В дальнейшем фундаментальные труды А. Х. Коттрелла, В. Т. Рида, Ж. Фриделя, Дж. Хирта [2-8] и других ученых сформировали основные положения теории о дефектах кристаллического строения металлов, которая развивалась как физика индивидуальных дислокаций для описания механизма скольжения при пластической деформации. Была разработана обоснованная система знаний, которая позволила правильно объяснить и связать между собой экспериментальные факты и зависимости микропроцессов пластической деформации и разрушения для области малых деформаций и хрупкого разрушения. В 70-е годы прошлого столетия теория исследования дефектов получила дальнейшее развитие. Трудами В. И. Трефилова, В. В. Рыбина, В. Е. Панина для больших (развитых) деформаций, в качестве специфической особенности структурообразования, было обозначено явление фрагментации [915]. В отличие от дислокационной теории, в представленной картине развитой пластической деформации, пластические сдвиги осуществляются перемещением больших групп дислокаций, которые получили определение дисклинаций [14]. Модели накопления повреждений материалов для различных условий пластической обработки изложены в трудах И. А. Одинга, Л. М. Качанова, В. А. Колмогорова, Ю. Н. Роботнова, Е. М. Макушка, Л.Д. Соколова [16-20]. Необходимо отметить исследования В. А. Скуднова [21-23], в которых закономерности накопления повреждений материала при пластической обработке представлены в виде общего уравнение его связи с четырьмя основными параметрами: дефектностью макро, микро и субмикро масштаба, структурно-

энергетическим уровнем прочности, показателем напряженно-деформированного состояния, склонностью к релаксации напряжений.

Первые вопросы о связи формоизменения металлов и сплавов со структурными и фазовыми превращениями применительно к процессам пластического деформирования были обозначены С.И. Губкиным в 30-х годах XX века. Основные сложности их механико-математического описания определяются неустойчивостью развитой пластической деформации и связанной с ней пространственной неравномерностью деформированного и структурного состояния материала. Среди ученых, внесших значительный вклад в изучение данных явлений, необходимо назвать С. И. Губкина, М. В. Сторожева, А. А. Илюшина, Г. А. Смирнова-Аляева, В. А. Колмогорова [24-27] и других ученых. Вопрос структурного изменения материала в условиях многоэтапной пластической деформации зависит от многих факторов, одним из которых является зависимость от ее неравномерности. Моделирование промышленных процессов пластической деформации обычно осуществляют при испытаниях на растяжение, сжатие и кручение. Это связано с возможностью использования простых схем деформации и реализации изотермических условий испытаний при горячих испытаниях. Очевидно, что данная методика исследований деталей и заготовок в промышленных процессах пластической деформации не может дать действительную оценку механическим свойствам материалов

Анализ изученности вопросов структурных изменений и накопления повреждений в условиях многоэтапной пластической обработки, и их влияния на механические свойства, показал недостаточность методического обеспечения исследований. Современная металлографическая микроскопия, основанная на цифровом программном обеспечении с набором функций преобразования, обработки и хранения полученной информации, не располагает специализированными компьютерными программами, которые обеспечивают, прямо или косвенно, построение структурно-механических зависимостей от степени деформации при конкретных температурно-скоростных условиях. Это касается построения обобщенных кривых упрочнения в координатах

«интенсивность напряжения - степень деформации» для холодной деформации и диаграмм рекристаллизации 2-го рода в координатах «средний размер (площадь) зерна - степень деформации - температура» для горячей. В технологичной практике указанные зависимости не имеют достаточного применения. Результаты аналитического обзора показали:

- отсутствие структурно-механических исследований материалов совместно с деформационным анализом в процессах объемной многоэтапной холодной и горячей деформации;

- необходимость совершенствования методического обеспечения проведения структурно-механических исследований многоэтапных пластических деформаций с использованием математического моделирования и разработкой компьютерных программ по микроструктурному анализу, обеспечивающих:

- построение обобщенных кривых упрочнения в координатах «интенсивность напряжений - степень деформации» и диаграмм рекристаллизации 2-го рода в координатах «средний размер (площадь) зерна - интенсивность деформации -температура»;

- разработку инженерных решений по оценке и прогнозированию упрочнения и рекристаллизации материалов изделий различного назначения при многоэтапных пластических деформациях.

Целью работы является исследование структурных изменений конструкционных сталей и их влияния на механические свойства в условиях многоэтапной пластической деформации. В соответствии с поставленной целью сформулированы задачи:

1. Разработка методического обеспечения проведения структурно-механических исследований в условиях многоэтапной пластической деформации с использованием математического моделирования и разработкой компьютерных программ по микроструктурному анализу, обеспечивающих построение обобщенных кривых упрочнения в координатах «интенсивность напряжений -степень деформации» и диаграмм рекристаллизации 2-го рода в координатах «средний размер (площадь) зерна - интенсивность деформации - температура» -

2. Проведение структурно-механических исследований материалов совместно с деформационным анализом в процессах объемной многоэтапной холодной и горячей деформации.

3. Разработка инженерных решений по оценке и прогнозированию: упрочнения и рекристаллизации материалов изделий различного назначения при многооперационных холодных и дробных горячих процессах пластического деформирования.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Разработано методическое обеспечение структурно-механических исследований в условиях многоэтапной пластической деформации, которое включило:

- совершенствование методов построения обобщенных кривых упрочнения в координатах «интенсивность напряжений - степень деформации» при холодной и диаграмм рекристаллизации в координатах «средний размер (площадь) зерна -интенсивность деформации - температура» - при горячей деформации на основании использования программного обеспечения и разработки специализированных компьютерных программ.

2. Определены структурные изменения сталей ферритно-перлитного класса при многооперационной холодной деформации, которые характеризуются немонотонным накоплением повреждений. Закономерности накопления повреждений описаны уравнением связи поврежденности (плотности) металлического материала со степенью деформации в зависимости от внешних и внутренних факторов с введением поэтапного расчета повреждений. Технологическая возможность материала по величине предельной деформации и упрочнению, определяется обобщенной кривой упрочнения, описываемой полиномом третьей степени. В зависимости от показателя напряженного состояния ее продолжительность для конкретной технологической деформации различна.

3. Установлены закономерности рекристаллизации сталей аустенитного класса на примере 12Х18Н10Т в условиях горячей дробной деформации. В соответствии с поэтапным изменением деформированного состояния, определены зависимости величины рекристаллизованного зерна от его исходного размера, общего изменения структуры на предыдущих деформациях и времени выдержки при фиксированной температуре. Установлено, что максимальный размер зерна соответствует интервалу критических степеней деформаций и зависит от структуры предыдущего перехода; для деформаций, превышающих критические значения, размер зерна определяется степенью деформации на переходе, и не зависит от структуры металла предыдущих переходов.

Теоретическая и практическая значимость работы:

1. Усовершенствован микроструктурный анализ деформированных материалов, включивший применение оптической цифровой микроскопии совместно с разработанными программами для ПК, обеспечивающими для холодной обработки-определение значений компонентов деформированного состояния; для горячей - построение диаграммы рекристаллизации 2-го рода в координатах «средний размер (площадь) зерна - интенсивность деформации - температура». Компьютерная программа по определению величины зерна для количественной оценки холоднодеформированного состояния сталей и сплавов. Свидетельство государственной регистрации № 2914613502 от 27.03.14 г. Компьютерная программа по определению величины зерна для оценки рекристаллизации горячедеформированных сталей и сплавов. Свидетельство государственной регистрации № 2015611190 от 26.01.15 г.

2. Разработаны инженерные решения по анализу и прогнозированию механических свойств материалов изделий, изготовленных процессами многоэтапного объемного деформирования на основании поэтапных структурно-механических исследований и определения деформированного состояния с учетом ее пространственной неоднородности. Расширена информационная базы проектирования в виде конструкторско-технологических решений (КТР) холодной высадки крепежных изделий из малоуглеродистых и борсодержащих

сталей и данных по обобщенным кривым упрочнения. Сформулированы технологические рекомендации ковки ступенчатых поковок из сталей аустенитного класса.

Методология и методы исследования. Теоретические исследования выполнены с применением основных положений системного анализа, теории пластичности, методов конечных элементов и математической статистики. Функциональные и информационные модели процессов разработаны на основе универсальных CASE-средств; моделирование пластического деформирования заготовок и оценка напряженно-деформированного состояния выполнено с использованием программного комплекса DEFORM-3D, основанного на методе конечных элементов. Экспериментальные исследования структуры включили: макро- и микроструктурный анализ с использованием оптической микроскопии на цифровом микроскопе Ахю Imager.A1 по ГОСТ 5639-82; измерения плотности на аналитических весах ДВ-200. Механические испытания включили стандартные испытания на растяжение согласно ГОСТ 1497 на испытательной машине УМЭ -10T и измерение твердости по Роквеллу (ТК-2) и микротвердости на приборе ПМТ-3.

Положения, выносимые на защиту:

1. Методическое обеспечение структурно-механических исследований в условиях многоэтапной пластической деформации, которое включило:

- совершенствование методов построения обобщенных кривых упрочнения в координатах «интенсивность напряжений - степень деформации» при холодной и диаграмм рекристаллизации в координатах «средний размер (площадь) зерна -интенсивность деформации - температура» - при горячей деформации на основании использования программного обеспечения и разработки специализированных компьютерных программ.

2. Выявленные закономерности структурных изменений сталей ферритно-перлитного класса в условиях многооперационных холодных объемных деформаций, характеризующиеся немонотонным накоплением повреждений, продолжительность и стадийность развития которых определяется обобщенными

кривыми упрочнения, описываемые полиномом третьей степени. Математическая модель накопления повреждений, представленная уравнением связи поврежденности (плотности) металлического материала со степенью деформации в зависимости от внешних и внутренних факторов с введением поэтапного расчета повреждений.

3. Выявленные закономерности динамической рекристаллизации стали аустенитного класса 12Х18Н10Т в условиях объемного горячего дробного деформирования, заключающиеся в том, что интенсивный рост размера зерна происходит в условиях первоначальных деформации со степенями в интервале критических значений, при этом величина роста зависит от структуры предыдущего перехода. Для режима деформаций, превосходящих критические степени деформации, размер зерна определяется степенью деформации на переходе обработки, и не зависит от изменения структуры металла на предыдущих переходах.

4. Усовершенствованный метод поэтапных металлографических исследований деформированного материала, включивший поэтапную и итоговую количественную оценку деформированного состояния и структурно-механических свойств с учетом их пространственной неоднородности, и обеспечивающий инженерные решения по анализу и прогнозированию механических свойств.

Реализация результатов. Полученные результаты послужили основой для создания информационной поддержки в виде методических пособий, используемых в ФГБОУ ВПО «НГТУ им. Р.Е. Алексеева» в курсах лекций. Проверка адекватности предложенных инженерных решений выполнена на примере процессов холодной высадки крепежных изделий в условиях ПАО «Нормаль» и свободной ковки поковок для авиационной техники в условиях НАЗ «Сокол» - филиала АО РСК «МиГ».

Личный вклад автора состоит в анализе литературных источников, формировании цели и постановке задач исследования, проведении экспериментов, обработке и анализе полученных результатов, в разработке

инженерных приложений для конструкторско-технологического проектирования крепежных изделий и поковок из нержавеющих сталей, формировании общих выводов по работе.

Степень достоверности и апробация полученных результатов

подтверждается обоснованным использованием механических,

металлографических и других современных методов исследования, подтверждена значительным объемом экспериментальных данных, статистическим анализом, промышленным опробованием, натурными испытаниями, апробацией полученных результатов на научно-технических конференциях и семинарах разного уровня, а также согласованностью полученных результатов с известными экспериментальными данными.

Диссертационная работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева».

Результаты работы по данной теме нашли отражение в 13 отечественных и зарубежных печатных изданиях, из них 6 в ведущих рецензируемых научных журналах (рекомендованных ВАК). В Федеральной службе РФ по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам получено два свидетельства об официальной регистрации разработанных программ.

Соответствие паспорту научной специальности. Диссертация соответствует следующим пунктам паспорта научной специальности 05.16.01 -Металловедение и термическая обработка металлов:

- Теоретические и экспериментальные исследования влияния структуры на механические свойства металлов и сплавов;

- Теоретические и экспериментальные исследования термических, термопластических, воздействий изменения структурного состояния и свойств металлов и сплавов;

- Совершенствование существующих технологических процессов объемной, термомеханической и других видов обработок, связанных с термическим воздействием;

- Совершенствование существующих методов структурного анализа сплавов;

-Определение механизмов влияния различных механических воздействий на структурное состояние металлических материалов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Работа содержит 126 страниц, в том числе 52 рисунка и 14 таблицу. Список использованной литературы включает 91 наименование. В заключении сформулированы выводы и основные результаты диссертационной работы.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю, к.т.н., доценту кафедры «Машиностроительные технологические комплексы» Галкину В. В. за помощь и поддержку, оказанную при выполнении диссертационной работы. Автор признателен коллективу кафедры «Металловедение, технологии материалов и термическая обработка металлов»: д.т.н., профессору Хлыбову А. А., д.т.н., профессору Гаврилову Г. Н., д.т.н. профессору Пачурину Г. В., старшему преподавателю Терещенко Е.Г., д.т.н., заведующему лабораторией неразрушающего контроля и диагностики материалов и конструкций Института проблем машиностроения РАН - филиала ФГБУН «Федерального исследовательского центра Института прикладной физики РАН» Мишакину В.В. за полезное сотрудничество и обсуждения в течение всего времени выполнения диссертационной работы.

Глава 1 Теоретические основы структурных изменений и накопления повреждений пластически деформированных материалов

Пластическая деформация влияет на структуру металла на всех ее уровнях. На уровне тонкой структуры она изменяет плотность и структуру дефектов кристаллической решетки, на микроуровне - величину зерна, морфологию, величину остаточных напряжений, на макроуровне является причиной возникновения остаточных напряжений в силу неравномерности деформации в объеме формоизменяемого тела и текстуры деформации. Структурные изменения при пластической деформации неразрывно связаны с ее механизмами, каждый из которых реализуется в зависимости от внешних и внутренних условиях. В соответствии с положениями дислокационной теории для различных режимов обработки на атомарном уровне были разработаны модели пять групп механизмов пластической деформации [28]: разрушение при напряжении, соответствующем идеальной прочности; низкотемпературная пластическая деформация за счет скольжением дислокаций; низкотемпературная пластическая деформация за счет двойникования; высокотемпературная пластическая деформация типа ползучести за счет дислокационного скольжения; пластическое течение, контролируемое объемной диффузией. Перечисленные механизмы могут действовать в сочетании, образуя сложные комбинации.

1.1 Структурные изменения при холодной деформации

Основным механизмом холодной деформации является сдвиг, осуществляемый последовательным дислокационным скольжения и двойникованием. С ростом степени деформации плотность дислокаций возрастает

путем аннигиляции, уменьшается длина их пробега за счет уменьшения размера зерен, увеличивается взаимодействие дислокаций между собой и с разного рода барьеров в виде границ зерен, включений и т.п. Как следствие, имеет место постоянно возрастающее затруднение в движении дислокаций, что ведет к увеличению сопротивления пластическому деформированию и повышению прочности материала. Иными словами, повышение прочности металлов и сплавов достигается за счет увеличения структурных несовершенств, препятствующих движению дислокаций. Описанный механизм определяет упрочнение реальных металлов и соответствует правой ветке зависимости И.А. Одинга и А.А. Бочвара (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 - Прочность кристалла в зависимости от искажений решетки (схема по И.А. Одингу и А.А. Бочвару)[29]

Взаимосвязь между деформационным упрочнением материала, плотностью дислокаций и стадийностью их развития просматривается на кривых упрочнения, полученных при статическом растяжении. Впервые в 1935 г. стадийность деформационного упрочнения была обнаружена у монокристаллов №0 А.В. Степановым. В дальнейшем стадийные кривые упрочнения наблюдались при деформации ГЦК и ОЦК металлов. У монокристаллов ГЦК металлов на кривой упрочнения (рисунок 1.2) выделяют три стадии: I - стадия легкого скольжения; II - стадия линейного упрочнения; III - стадия параболического упрочнения [30]. Причем каждой стадии соответствует определенное изменение структуры и ряда механических и физических свойств. Критическая пороговая плотность

2 12 13 2

дислокаций на 1см может достигать Мкр= 10 ^10 см , что соответствует снижению плотности на 0,3%. При ее достижении в локальных областях

металлических материалов зарождаются субмикроскопические трещины, переходящие в микротрещины.

Рисунок 1.2 - Типичная кривая «напряжение -- деформация» для монокристаллов ГЦК -металлов: I - стадия легкого скольжения;

II - стадия линейного упрочнения; III - стадия параболического упрочнения; 0- коэффициент упрочнения [30]

Схема деформационного упрочнения поликристаллических материалов имеет более сложный характер и также имеет стадийность. При изучении стадийности также учитывают процессы накопления повреждений. Работы И.А. Одинга [16], В.В. Владимирова [31], В.В. Рыбина [14] и др. ученых показали, что эволюция структуры при пластическом деформировании с самого начала сопровождается развитием ее повреждаемости. В настоящее время принято, что не зависимо от сложности вида нагружения - усталость, ползучесть и т.п., весь процесс накопления деформации и разрушения подразделяется на два основных периода: период зарождения и период распространения трещин [32,33]. Основные стадии накопления повреждений представлены на кривой упрочнения, полученной при статическом растяжении (рисунок 1.3).

Рисунок 1.3 - Периоды и стадии пластической деформации при статическом растяжении поликристаллических металлов с ОЦК решеткой [32]

Для ранних стадий пластической деформации вне зависимости от типа кристаллической решетки было выделено три качественно разных этапа

эволюции дислокационных структур. Первый этап характеризуется увеличением

плотности однородно распределенных дислокаций, которая меняется от исходных

6 2 8 2 значений 10 см до значений 10 см . На втором этапе происходит развитие

локальных возмущений в виде жгутов, клубков, скоплений, кластеров,

мультиполей и т.д. Плотность дислокаций на втором этапе меняется в диапазоне

О Л

108-1010 см . На третьем этапе формируется слабо разориентированная ячеистая структура. Данная принципиальная особенность характеризует переход материала на стадию развитой пластической деформации.

Своеобразие структурообразования на стадии развитой пластической деформации впервые в 80-х годах было изложено в работах В.И. Трефилова с сотрудниками [15-19]. Приоритет в данном направлении принадлежит В.В. Рыбину. В его монографии [14] изложены закономерности и зависимости развитой пластической деформации, а также приведен опыт экспериментальных исследований. В качестве специфической особенности структурообразования было обозначено явление фрагментации пластически деформируемого кристалла, возникающего при всех используемых на практике режимах нагружения. Было доказано, что явление фрагментации происходит вне зависимости от исходной структуры и способа его деформирования, при этом фрагментированная структура постепенно вытесняет старую дислокационную структуру. В дальнейшем, развитие и дополнение представлений о развитой пластической деформации было изложено в трудах Панина В.Е. [15]. Введение новых представлений о сильно разориентированных структурах деформационного происхождения позволило объяснить экспериментальные данные, в частности по деформационному упрочнению и механизму образования трещин. Было предложено описывать деформационное упрочнение с позиции уменьшения эффективного размера зерна в отличие от старой оценки, согласно которой величина упрочнения пропорциональна корню квадратному из плотности равномерно распределенных дислокаций.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Дербенев Андрей Анатольевич, 2020 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Терентьев, В.Ф. Усталостная прочность металлов и сплавов / В.Ф. Терентьев. -М.: Интермет Инжиниринг, 2002. - 288 с.

2. Коттрелл, А.Х. Дислокации и пластическое течение в кристаллах / А.Х. Котрелл. - М.: Металлургиздат, 1958. - 267 с.

3. Рид, В.Т. Дислокации в кристаллах / В.Т. Рид. - М.: Металлургиздат, 1957. -279 с.

4. Коттрелл, А.Х. Строение металлов и сплавов / А.Х. Котрелл. - М.: Металлургиздат, 1959. - 288 с.

5. Фридель, Ж. Дислокации / Ж. Фридель. - М.: «Мир», 1967. - 643 с.

6. Хил, Д. Дислокации в кристаллах / Д. Хил. - М.: Атомиздат, 1968. - 277 с.

7. Коттрелл, А.Х. Теория дислокаций / А.Х. Котрелл. - М.: Мир, 1969. - 96 с.

8. Хирт, Дж. Теория дислокаций / Дж. Хирт, И. Лот. - М.: Атомиздат, 1972. - 600 с.

9. Трефилов В.И. Металлофизика / В.И. Трефилов, В.А. Фирстов. - Киев: Наукова думка, 1971, вып. 35, с.11.

10. Трефилов, В.И. Физика деформационного упрочнения монокристаллов / В.И. Трефилов. - Киев: Наукова думка, 1972. - 191 с.

11. Трефилов, В.И. Физические основы прочности тугоплавких металлов / В.И. Трефилов, Ю.В. Мильман, В.А. Фирстов. - Киев: Наукова думка, 1975. - 315 с.

12. Трефилов В.И., Фирстов С.А., Лофт А., Шляубитн К. Эволюция дислокационной структуры в ОЦК металлов // Проблемы физики твердого тела и материаловедения: Сб. - М: Наука, 1976. - С. 97-121.

13. Трефилов, В.И. Структура, текстура и механические свойства деформированных сплавов молибдена / В.И. Трефилов, Ю.В. Мильман, Р.К. Иващенко и др. - Киев: Наукова думка, 1983. - 232 с.

14. Рыбин, В.В. Большие пластические деформации и разрушение металлов / В.В. Рыбин. - М.: Металлургия, 1986. - 224 с.

15. Панин, В.Е. Основы физической мезомеханики / В.Е. Панин // Физ. мезомеханика. -1998. -№1. - С. 5-22.

16. Одинг, И.А. Теория дислокаций в металлах и ее применение / И.А. Одинг. -М.: Изд-во АН СССР, 1959. - 84 с.

17. Качанов, Л.М. Основы механики разрушения / Л.М. Качанов. - М.: Наука, 1974. - 311 с.

18. Колмогоров, В.П. Напряжения, деформации, разрушение / В.П.Колмогоров. -Л.: Металлургия, 1970. - 229 с.

19. Макушок, Е.М. Инженерная теория пластичности / Е.М. Макушок и др. -Минск: Наука и техника, 1985. - 288 с.

20. Соколов, Л.Д.. Сопротивление металлов пластической деформации / Л.Д. Соколов. - М.: Металлургия, 1963. - 272 с.

21. Закономерности пластичности металлов: аналитический обзор / Л.Д. Соколов, В.А.Скуднов. - М.: ВИЛС, 1980. - 130 с.

22. Скуднов В.А. К вопросу о закономерностях предельной пластичности металлов (общее уравнение) // Изв. Вузов. Черная металлургия. - 1983. - №12.

- С. 38-45.

23. Скуднов, В.А. Предельные пластические деформации металлов / В.А. Скуднов. - М.: Металлургия, 1989. - 176 с.

24. Губкин, С.И.. Пластическая деформация металлов / С.И. Губкин. Т.1 - М.: Металлургиздат, 1960. - 376 с.

25. Сторожев М.В. Сопротивление материалов // М.В. Сторожев, Е.А. Попов. М.: Машиностроение, 1971. - 424 с.

26. Ильюшин, А.А. Сопротивление материалов // А.А. Ильюшин, В.С.Ленский. М.: Физматгиз, 1959. - 371 с.

27. Смирнов-Аляев, Г.А. Сопротивление металлов пластическому деформированию / Г.А. Смирнов-Аляев. - Л.: Машиностроение, 1978. - 386 с.

28. Неклюдов, И.М. Физические основы прочности и пластичности металлов / И.М. Неклюдов, Н.М. Камышанченко. Дефекты в кристаллах Ч. II - Белгород: Педагогика-Пресс и БГУ, 1997. - 158 с.

29.Гуляев, А.П. Металловедение / А.П. Гуляев. - М.: Металлургия, 1985, -544 с.

30.Терентьев, В.Ф. Усталостная прочность металлов и сплавов / В.Ф. Терентьев. -М.: Интермет Инжиниринг, 2002.-288 с.

31. Владимиров, В.И. Физическая природа разрушения металлов /

B.И.Владимиров. - М.: Металлургия, 1984. - 280 с.

32.Терентьев, В.Ф. Усталость металлических материалов: Учеб. пособ. / В.Ф. Терентьев. - Воронеж: Из-во Воронежского техн. ун-та, 2000. -60 с.

33. Терентьев, В.Ф. Стадийность процесса усталостного разрушения металлических материалов / В.Ф. Терентьев // Металлы. - 1996. - № 6. С.14-20.

34. Арзамасов, Б.Н. Научные основы материаловедения : учебник для вузов / Б.Н. Арзамасов, А.И. Крашенинников, Ж.П. Пастухова, А.Г. Рахштадт. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1994. -366 с.

35. Солнцев, Ю.П. Материаловедение: учебник для втузов / Ю.П. Солнцев, Е.И. Пряхин, Ф.М. Войткун. - М.: МИСИС, 1999. -278 с.

36.Горелик, С.С. Рекристаллизация металлов и сплавов / С.С. Горелик, С.В. Добаткин, Л.М. Капуткина - М.: МИСИС, 2005. -432 с.

37. Новиков, В.Ю. Вторичная рекристаллизация / В.Ю. Новиков. - М.: Металлургия, 1990. -130 с.

38. Корнеев, Н.И. Деформация металлов ковкой / Н.И. Корнеев. - М.: Оборонгиз, 1947. -244 с.

39. Рогельберг, И.А.Диаграммы рекристаллизации металлов и сплавов / И.А. Рогельберг, Е.С. Шпиченецкий. - М.: Металлургиздат, 1950. - 280 с.

40. Ковка и штамповка: Справочник. Т.1. Материалы и нагрев. Оборудование. Ковка / Е.И, Семенов (прел.) и др. - Под ред. Е.И. Семенова. М. Машиностроение. 1985. 384 с.

41. Бережковский, Д.И. Новый тип диаграмм рекристаллизации и методика их построения / Д.И. Бережковский // Заводская лаборатория. - 1964. - № 1. -

C.1482.

42. Соколов, Л.Д.. Сопротивление металлов пластической деформации / Л.Д. Соколов. - М.: Металлургия, 1963. - 272 с.

43. Соколов, Л.Д. Механические свойства редких металлов / Л.Д.Соколов, В.А.Скуднов, В.М.Соленов и др. - М.: Металлургия, 1972. -278 с.

44. Ковка и штамповка: Справочник Т.3 :Холодная объемная штамповка / Е.И, Семенов (прел.) и др. - Под ред. Г.А. Навроцкого. М. Машиностроение. 1987. 384 с.

45. Белигман, И. Высадка и другие методы объемной штамповки / И Белигман. -М., Мешгиз, 1960. -432 с.

46. Владимиров, Ю.В. Технологические основы холодной высадки стержневых крепежных изделий / Ю.В. Владимиров, В.Я. Герасимов. - М., Машиностроение, 1984. - 164 с.

47. Лавриненко, Ю.А. Объемная штамповка на автоматах / Ю.А. Лавриненко. -М., МГТУ, 2014. - 259 с.

48. Кутяйкин, В.Г. Метрологические и структурно-физические аспекты деформирования сталей: монография / В.Г. Кутяйкин; АСМС. - М., 2007. - 484 с.

49. Дель, Г.Д. Определение напряжений в пластической области по распределению твердости / Г.Д. Дель. - М.: Машиностроение, 1971. - 386 с.

50. Марковец, М.П.. Определение механических свойств по твердости / М.П. Макковец. - М.: Машиностроение, 1979. - 126 с.

51. Смирнов-Аляев, Г.А. Сопротивление металлов пластическому деформированию / Г.А. Смирнов-Аляев. - Л.: Машиностроение, 1978. - 386 с.

52. Ильюшин, А.А. Сопротивление материалов // А.А. Ильюшин, В.С.Ленский. Физматгиз. М. 1959. -371 с.

53. Громов, Н.П. Теория обработки металлов давлением / Н.П. Громов. - М., Металлургия, 1978. - 360 с.

54. Амиров, М.Г. Боросодержащие стали для крепежных деталей / М.Г. Амиров, В.И. Пова, Н.И. Счисляев, И.С. Фривель // Автомобильная промышленность. -1983. - № 8. - С. 8-12.

56. Кармалин. Ю.Г. Перспективные стали для крепежных изделий // Ю.Н. Кармалин, Ю.С. Булыгин, Н.К. Мочалин. Тракторы и сельскохозяйственные машины. -1998. - № 9. - С. 21-23.

57. РД 37.002.0208-90. Объемная штамповка крепежных деталей. Конструктивные и технологические расчеты / Н.Г. Левинсон, Е.Н. Хохлов. В.Г. Темирбаев, В.Г. Кутяйкин и др. - Горький: КТИавтометиз, 1990. - 288 с.

58. Масленков, С.Б. Жаропрочные стали и сплавы // С.Б. Масленков. - М.: Металлургия, 1983. - 192 с.

59.Тарновский И.Я. Свободная ковка на прессах / И.Я. Тарновский, В.Н. Трубин, М.Г.Златкин. - М.: Машиностроение, 1967. - 328 с.

60.Блантер, М.Е. Методика исследования и обработка опытных данных / М.Е. Блантер. - М.: Металлургиздат, 1952. - 440 с.

61.Испытания материалов: справочник под ред. Блюменауэра (пер. с нем.) / М.: Металлургия, 1979. - 446 с.

62.Галкин, В.В. Вопросы оценки деформации металла методами математического моделирования и экспериментальных исследований / В.В. Галкин, А.А. Дербенев, Е.Г. Терещенко // Заводская лаборатория. - 2014. - №6 (том 80). - С. 62-65.

63.Галкин, В.В. Оценка напряженно-деформированного состояния металла холодно-высадочных крепежных изделий методами математического моделирования и экспериментальных исследований / В.В. Галкин, А.А. Дербенев, А.С. Шаров // Современный научный вестник. 2014. - №17 (213). - С. 94-99.

64.Скуднов В.А. Закономерности изменения плотности при ОМД // Изв. Вузов. Черная металлургия. - 1986 - №8. - С. 38-45.

65.Герасимов, В.Я. Изменение плотности при пластических формообразующих операциях // Изв. Вузов. Черная металлургия. - 1987. №4. - С. 54-57.

66. Богачев, И.Н. Статистическое металловедение / И.Н. Богачев, А.А. Вайнштейн, С.Д. Волков. - М.: Металлургия, 1984. - 286 с.

67. ГОСТ 1497-84. Металлы. Методы испытаний на растяжение.

68. ОСТ 25.503-97. Расчеты и испытание на прочность. Методы механических испытаний металлов. Метод испытаний на сжатие.

69.ГОСТ 9450-76. Измерение микротвердости вдавливанием алмазных наконечников.

70. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2014613502. Заявка № 2014610743 от 04.02.14 г. Зарегистрировано 27.0314 г. Определение величины зерна для количественной оценки холоднодеформированного состояния сталей и сплавов / Манцеров С.А., Галкин В.В., Вилков Н.Н., Терещенко Е.Г, Дербенев А.А., Кошелев А.А.

71. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2014613502. Заявка № 2014662663 от 09.12.14 г. Зарегистрировано 26.0115 г. Определение величины зерна для оценки рекристаллизации горячедеформированных сталей и сплавов./ Манцеров С.А., Галкин В.В., Хадеев Р.Г., Терещенко Е.Г, Дербенев А.А., Пачурин В.Г.

72. Филинов М.В. Повышение точности количественных оценок поверхностных дефектов и структур металлов по их цифровым изображениям в оптическом неразрушающем контроле. Автореферат на соискание ученой степени д.т.н. // М.В.Филинов. НИИ Интроскопии МНПО «СПЕКТР», 2007. - С. 56.

73. Вишняков, Я.Д. Современные методы исследования структуры деформированных кристаллов / Я.Д. Вишняков. - М., Металлургия, 1975. -480 с.

74. Галкин, В.В. Методика расчета конечных пластических деформаций металлоизделий, изготовленных много переходными процессами холодной объемной штамповки / Галкин В.В., Кудрявцев С.А., Терещенко Е.Г., Дербенев А.А. // Заготовительные производства в машиностроении. - 2012. - № 9. - с. 2327.

75. Галкин, В.В. Влияние повреждаемости структуры при многоэтапной холодной деформации на механические свойства малоуглеродистых и борсодержащих сталей / В.В. Галкин, А.А. Дербенев // Вестник машиностроения. 2019. №1. - С.32-38.

76. Галкин, В.В. Исследование поврежденности стали 20 в условиях многоэтапной холодной объемной обработки / В.В. Галкин, А.А. Дербенев, Г.В. Пачурин, Ю.В. Бугров // Современные наукоемкие технологии. - 2016. - №5 (часть 2). - С. 225-231.

77. Галкин, В.В. К вопросу построения экспериментальных зависимостей интенсивности напряжений металла от степени деформации / Галкин В.В., Кудрявцев С.А., Терещенко Е.Г., Дербенев А.А. // Заготовительные производства в машиностроении. - 2013. - №11. - С. 23-27.

78. Кроха, В.А. Упрочнение металлов при холодной пластической деформации : справочник / В.А. Кроха. -М.: Машиностроение, 1980. - 157 с.

79. Галкин, В.В. Исследование развития рекристаллизации нержавеющей стали 12Х18Н10Т в условиях многопереходной горячей пластической обработки / В.В. Галкин, А.А. Дербенев, О.С. Кошелев, Е.Г. Терещенко // Заготовительные производства в машиностроении. - 2017. - №4.

79.Ковка

80. Галкин В.В., Гаврилов Г.Н., Дербенев А.А., Братухин А.В. Инженерные решения оценки механических свойств холоднодеформированных металлических материалов в условиях многоэтапной обработки: монография / В.В. Галкин [и др.]; под общей ред. В.В. Галкина; НГТУ. - Н. Новгород, 2018. - 137 с.

81. Галкин, В.В. К вопросу низкой стойкости пуансонов при выдавливании крестообразного шлица в винтах с потайной головкой из стали 14Х17Н2/ В.В.Галкин, А.В. Братухин. Г.Н. Гаврилов, С.В.Иванов // Заготовительные производства в машиностроении. - 2017. - № 11.

82. Галкин, В.В. Исследование деформационного и структурно-механического состояния стали 16ХСН в процессе высадки винтов с потайной головкой и крестообразным шлицем / В.В. Галкин, А.А.Дербенев, А.В. Братухин, Г.Н. Гаврилов // Вопросы электротехнологии. СГТУ.- Саратов, 2019. - №1(22). - С. 95-103.

ПРИЛОЖЕНИЕ К РАБОТЕ

Фотографии микроструктуры двенадцатигранной гайки из стали 30Г1Р по переходам холодной высадки с увеличением х

200

Слой 5 Я ¡щ

Слой 6 в Шщ В

Слой 7 111 ||1 ЩШ

Снимки ми

кроструктуры на заготовке гайки М18 из стали 10КП в характерных

Таблица 5 зонах деформированного объема

Зона 1

Зона 2

Зона 3

Зона 4

Переход 1

Переход 2

Переход 3

Переход 4

Переход 5

Переход 6

Таблица 6

Фотографии микроструктуры болта из стали 20Г2Р с головкой типа «ТОЯХ» по переходам холодной высадки с

увеличением х 200

-

Переход 4

Таблица 7

Снимки микроструктуры заготовки болта М16 из стали 10КП в характерных зонах деформированного объема_

Зона 1

Зона 2

Зона 3

Зона 4

Зона 5

Переход 1

Переход 2

Переход 3

Результаты обсчета микроструктуры заготовки болта М16 из стали 10КП в характерных зонах деформированного объема

переход точка Еа ЕЬ Еп Е1 Е2 Е3 Уе Е1

1 -0,56 -0,19 0,75 0,75 -0,19 -0,56 -0,44 0,78

2 0,26 0,11 -0,37 0,26 0,11 -0,37 0,51 0,38

3 0,06 0,01 -0,07 0,06 0,01 -0,07 0,32 0,07

4 -0,30 -0,27 0,57 0,57 -0,27 -0,30 -0,94 0,57

1 5 -0,08 -0,01 0,09 0,09 -0,01 -0,08 -0,13 0,10

1 -0,50 -0,01 0,50 0,50 -0,01 -0,50 -0,02 0,58

2 0,00 -0,46 0,46 0,46 0,00 -0,46 0,01 0,53

3 -0,44 -0,27 0,72 0,72 -0,27 -0,44 -0,70 0,72

4 -0,54 0,27 0,27 0,27 0,27 -0,54 1,00 0,54

2 5 -0,06 -0,10 0,16 0,16 -0,06 -0,10 -0,70 0,16

1 -0,11 0,16 -0,05 0,16 -0,05 -0,11 -0,58 0,16

2 0,50 0,59 -1,09 0,59 0,50 -1,09 0,90 1,09

3 0,17 -0,15 -0,02 0,17 -0,02 -0,15 -0,14 0,18

4 0,17 -0,29 0,12 0,17 0,12 -0,29 0,80 0,29

3 5 0,24 -0,42 0,18 0,24 0,18 -0,42 0,80 0,43

1 -0,58 -0,52 1,10 1,10 -0,52 -0,58 -0,92 1,11

2 -0,13 0,12 0,02 0,12 0,02 -0,13 0,18 0,14

3 -0,32 0,26 0,06 0,26 0,06 -0,32 0,30 0,34

4 -0,01 -0,28 0,29 0,29 -0,01 -0,28 -0,06 0,33

4 5 0,06 0,26 -0,32 0,26 0,06 -0,32 0,29 0,34

В Нижегородский государственный технический университет имени Р.1 Алексеева

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

о полученных результатах по оценке механических свойств конструкционных материалов в условиях многооперационной холодной

высадки крепежных изделий

Авторский коллектив в составе аспиранта Дербенева Андрея Анатольевича и научного руководителя, кандидата технических наук, доцента Галкина Владимира Викторовича в 2016-2017 году провел работу по оценке механических свойств конструкционных материалов крепежных изделий, изготовляемых многооперационными процессами холодной высадки.

Работа включала деформационный анализ и структурно-механические исследования металлов и сплавов, применяемых для крепежных изделий: Юкн, 20, 20Г2Р, 30Г1Р. 14Х17Н2, 16ХС11,ВТ16.

По результатам работы для исследуемых материалов построены обобщенные кривые упрочнения в координатах "интенсивность напряжений - степень деформации". На их основе, в соответствии с согласованной номенклатурой изделий, типа винтов с потайной головкой и крестообразным шлицом, проведен анализ и прогнозирование механических свойств исследованных материалов в технологических процессах холодной высадки

Результаты опытной работы нашим предприятием принимаются к сведению, в дальнейшем предполагается их использование и технологической подготовке процессов холодной высадки крепежных изделий и работах, связанных с повышением стойкости технологического инструмента.

исполнители:

Зам. директора по науке