Кинетика собирательной ркристаллизации стали 08кп

УДК 620.186.5.183.46:669.14

КИНЕТИКА СОБИРАТЕЛЬНОЙ РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИИ СТАЛИ 08кп

Е.С. Клюева, студентка

Н.В. Королева, студентка

Тульский государственный университет,

Естественнонаучный факультет

twins.87@mail.ru,

Тула, Россия

Для изучения кинетики собирательной рекристаллизации стали 08кп использовали количественную металлографию. Исследование микроструктуры образцов, как функции времени, сопровождалось измерениями параметров структуры, таких как площадь единичных зерен, периметр зерна и других. Полученные массивы информации позволили сравнить закон распределения параметров структуры с теоретическими законами распределения.

Ключевые слова: Кинетика рекристаллизации, сталь 08кп, отжиг, количественная металлография, бинаризация, планиметрический метод, параметры структуры.

Обычно, когда говорят о кинетике процесса, имеют ввиду протекание процесса во времени. В случае рекристаллизации это процесс увеличения доли рекристаллизованных зерен [1, 2].

Задачей исследования являлось изучение кинетики собирательной рекристаллизации в процессе изотермической выдержки при температурах 800 и 900 °C методами количественной металлографии.

Появление программных средств анализа структуры металлических, биологических и других объектов, каковым и является используемая в настоящей работе система AxioVisionLE, позволило поставить вопрос о поведении структуры сплава в процессе изотермической выдержки при температурах, исключающих явное протекание вторичной рекристаллизации – появление гигантских зерен. Измеряли следующие параметры микроструктуры – площадь единичных зерен, периметр зерна, эквивалентный диаметр зерна и фактор формы по Салтыкову [3].   

Образцы размером 20×20×1,5 мм для проведения исследований вырезали из листа стали марки 08кп.

Изучение кинетики рекристаллизации стали 08кп проводили при температурах 800 и 900 °C для того, чтобы гарантировано обеспечить протекание процесса роста зерен при всех временах изотермической выдержки, которые составляли 4, 7, 15, 30, 60, 90 и 120 минут.

Поверхность каждого образца была подготовлена к металлографическому анализу по известной методике путем шлифования и полировки. Металлографический анализ образцов проводили на оптическом микроскопе Observer. D1m фирмы Zeiss. Для количественной оценки параметров структуры планиметрическим методом использовали модуль Automatic Measurement Programs встроенный в программное обеспечение AxioVisionLE прилагаемое к микроскопу Obsever. D1m фирмы Zeiss. Определение характеристик структуры проводили в автоматическом режиме, для чего была проведена предварительная обработка (бинаризация) фотографий структур стали 08кп, с помощью пакета прикладных программ (ППП) Adobe Photoshop 7.0 (рисунок 1, а, б).

Рисунок 1 – Исходная структура (а) и структура, полученная после обработки в ППП Adobe Photoshop 7.0 (б) ×500

В результате бинаризации исходный массив разноцветных точек фотографии делится на два подмножества: все цвета исходного изображения заменяются черным и белым цветом.

Графический анализ результатов измерений параметров структуры (рисунок 2) от времени отжига показал, что в процессе термической обработки структура непрерывно изменяется. Причиной этого может быть как действительное изменение параметров структуры вследствие протекания рекристаллизационных процессов и стремлением системы перейти в более равновесное состояние, так и используемые методики изучения металлографической структуры на плоскости шлифа. Плоскость шлифа является случайной по отношению к структуре сплава в пространстве, что вносит заметный вклад в результаты измерений.

Для разделения этих двух причин было принято решение о проведении дисперсионного анализа [4], который позволяет для заданного уровня значимости однозначно ответить на вопрос, какая из двух причин несет ответственность за изменение измеряемого параметра, например, в функции от времени отжига.

Результаты однофакторного дисперсионного анализа, где в качестве выходной переменной выбраны параметры структуры, а влияющим фактором стало время выдержки, показали, что средние значения параметров структуры зависят от времени выдержки при уровне доверительной вероятности 95 %.

Из вышесказанного, очевидно, что параметры структуры зависят от времени выдержки, что графически представлено на рисунке 2, а и б.

Рисунок 2 - Зависимость площади зерна от времени изотермической выдержки при 800 (а) и 900 °C (б)

Следует так же отметить, что кроме средних значений измеренных параметров структуры (рисунок 2) в процессе изотермических выдержек значимо изменяется рассеяние значений этих параметров (дисперсии параметров структуры), что также подтверждено соответствующим статистическим анализом для уровня значимости α=0,05.

В отличие от отжига при 800 °C, после 90 минут выдержки при температуре 900 °C (рисунок 2, б) скорость роста зерна резко увеличилась, что может служить подтверждением того, что начался процесс вторичной рекристаллизации.

При проверке согласия опытного распределения параметров структуры теоретическим распределением были сформулированы гипотезы о виде распределения различных параметров структуры по нормальному, логнормальному, гамма-распределениям [5]. Проверку согласия опытного и теоретического распределений проводили с использованием χ2-критерия Пирсона для уровня значимости α=0,05. Экспериментальные результаты показывают, что площадь, периметр и эквивалентный диаметр зерен лучше описываются функцией гамма-распределения, а не логарифмически нормальным и нормальным законом. Фактор формы распределен по нормальному закону.

Применение компьютерной металлографии позволило значительно увеличить количество полей зрения (более 5-х) и получить достаточно большие массивы первичных данных (более 1000 значений) для проведения анализа структуры, а значит, и повысить достоверность выводов о перманентном изменении структуры в процессе изотермических выдержек.

Список литературы

1.             Горелик С.С. Рекристаллизация металлов и сплавов. – М.: Металлургия, 1978. – 568 с.

2.             Кекало А.И., Мещанинов И.В., Хаютин С.Г. Исследование кинетики рекристаллизации сильнодеформированной ленты по изменению тек­стуры // Металлы, – 1997. – №4, С. 65-68.

3.             Салтыков С.А. Стереометрическая металлография. – М.: «Металлургия», 1970, – 376 с.

4.             Метрология в материаловедении. Часть 3: Методическое пособие/ С.И. Архангельский. – Тула: Тул. гос. ун-т, 2009. – 37 с.

5.             Хан Г., Шапиро С. Статистические модели в инженерных задачах. – М.: Мир, 1969. – 395 с.