Как холодная обработка изменяет твердость прутка Haynes 25

Холодная деформация повышает твёрдость прутка Haynes 25, затрудняя дальнейшую пластическую деформацию. Степень повышения зависит от величины и распределения деформации, исходного состояния материала и последующей термообработки. Если у двух прутков с одинаковым обозначением сплава получены разные значения твёрдости, это может быть связано с различиями в истории их обработки, а не с проблемами химического состава.

При оценкепрутка из стали Haynes 25инженерам прежде всего необходимо установить, подвергался ли материал отжигу на твёрдый раствор, холодному волочению или иному упрочнению деформацией. Несмотря на распространённый поисковый запрос, Haynes 25 — это сплав на основе кобальта, также известный как L-605 или UNS R30605, а не обычная сталь. Более высокая твёрдость может сопровождаться полезным повышением прочности, но также может означать меньшую пластичность, более сложную обработку резанием и повышенный риск коробления при снятии материала.

Что происходит внутри прутка при холодной деформации?

Волочение, прокатка, ротационная ковка и правка деформируют сплав при температуре ниже температуры рекристаллизации. Эти операции повышают плотность дислокаций и создают взаимодействия, препятствующие их дальнейшему перемещению. В результате для продолжения деформации материала требуется более высокое напряжение, а его твёрдость при вдавливании обычно возрастает.

Сплав Haynes 25 имеет матрицу с высоким содержанием кобальта, упрочнённую легирующими элементами. В зависимости от условий обработки его деформационное поведение также может быть связано с дефектами упаковки и деформационным двойникованием. При оценке материала важно различать, чтоупрочнение при холодной деформации — не то же самое, что контролируемое дисперсионное твердение. Повышение твёрдости после волочения не доказывает, что пруток подвергался старению или достиг определённого уровня свойств при высоких температурах.

Деформация не обязательно равномерно распределяется по поперечному сечению. На распределение деформации влияют геометрия волоки, трение, обжатие за проход и способ правки. Поэтому поверхностное измерение не всегда может характеризовать твёрдость в центре прутка большого диаметра.

Степень обжатия важна, но это не универсальная шкала твёрдости

При холодном волочении полезным ориентиром для оценки обработки служит уменьшение площади поперечного сечения:

Уменьшение площади (%) = [(начальная площадь − конечная площадь) / начальная площадь] × 100.

Для круглого прутка эти площади рассчитывают по соответствующим диаметрам; процентное уменьшение диаметра не эквивалентно процентному уменьшению площади. Также необходимо установить, происходило ли указанное уменьшение после последнего полного отжига на твёрдый раствор. Промежуточный отжиг может существенно восстановить состояние материала после деформационного упрочнения, поэтому суммарное уменьшение относительно исходной заготовки может вводить в заблуждение.

Кривая зависимости твёрдости от степени обжатия, предоставленная поставщиком, полезна только в том случае, если исходное состояние, размеры, маршрут деформации и метод испытания соответствуют предлагаемому прутку. Используйте её для планирования квалификационных испытаний, а не как автоматический критерий приёмки продукции другого типоразмера.

Когда пруток с повышенной твёрдостью вызывает проблемы при обработке резанием

Практический повод для беспокойства — пруток, соответствующий требованиям по размерам, но вызывающий неожиданно высокие нагрузки при резании, быстрый износ инструмента или смещение после черновой обработки. Этому может способствовать повышенная объёмная твёрдость, а при несимметричном снятии материала могут высвобождаться остаточные напряжения. Это связанные последствия обработки, однако твёрдость не является прямым измерением остаточных напряжений.

Сначала необходимо отличить объёмное деформационное упрочнение от локально упрочнённого слоя после обработки резанием. Трение, задержка инструмента на одном месте или повторные неглубокие проходы могут деформировать поверхность и затруднить последующую обработку. Измерение твёрдости такой поверхности может отражать историю механической обработки, а не состояние поставленного прутка.

• Перед изменением режимов резания сопоставьте сертификаты на материал и маршруты его производства.
• Если твёрдость поверхности и объёмная твёрдость не совпадают, проверьте надлежащим образом подготовленное поперечное сечение.
• Если существует риск коробления, используйте последовательность обработки, ограничивающую несбалансированное снятие материала.
• Проверьте соответствие любой предлагаемой промежуточной термообработки требуемым конечным свойствам.

Повышенная твёрдость не всегда является предпочтительным состоянием поставки для детали, подвергаемой интенсивной механической обработке. Менее упрочнённое деформацией исходное состояние может обеспечить большую гибкость при обработке, если готовая деталь по-прежнему соответствует требованиям к механическим свойствам и условиям эксплуатации.

Термическое воздействие может снова изменить результат

Не следует считать, что упрочнение при холодной деформации останется неизменным при высокотемпературной эксплуатации. Возврат, а при достаточно жёстких условиях и рекристаллизация могут уменьшить деформационную структуру, обусловливающую упрочнение. Термическое воздействие также может изменить выделение и распределение карбидов, поэтому твёрдость не всегда просто и постепенно снижается.

Таким образом, снятие напряжений не является нейтральной операцией. В зависимости от температуры и продолжительности оно может снять часть остаточных напряжений, изменить твёрдость или повлиять на пластичность, не восстанавливая при этом полностью структуру после отжига на твёрдый раствор. Используйте применимые рекомендации производителя сплава по термообработке и проверяйте полученное состояние, вместо того чтобы выбирать общий цикл снятия напряжений для стали.

Для компонентов, работающих при повышенных температурах, твёрдость при комнатной температуре не позволяет установить сопротивление ползучести, длительную прочность или стабильность в течение продолжительного времени. Если для расчётов конструкции нужны эти свойства, получите данные для соответствующего состояния материала и условий эксплуатации. Более твёрдый пруток в состоянии поставки сам по себе не доказывает, что материал лучше подходит для работы при высоких температурах.

Составьте план сравнения твёрдости, пригодный для подтверждения соответствия

Два значения твёрдости можно сравнивать, только если известны условия их измерения. Испытания по Роквеллу, Бринеллю и Виккерсу основаны на разных методах вдавливания и охватывают разные объёмы материала. ASTM E18, ASTM E10 и ASTM E384 — это применимые ссылки на методы испытаний по Роквеллу, Бринеллю и микротвёрдости соответственно; сами по себе они не устанавливают допустимый диапазон твёрдости для прутка Haynes 25.

1. Подтвердите марку и состояние. Укажите обозначение сплава, номер плавки, вид продукции, состояние поставки и применимую спецификацию на материал с её редакцией.
2. Определите метод испытания. Укажите шкалу твёрдости, нагрузку, если это применимо, способ подготовки и место испытания. Проверьте требования к толщине образца, расстоянию между отпечатками и кривизне поверхности.
3. Проверьте предполагаемую неоднородность. Для оценки различий от поверхности к центру используйте подготовленное поперечное сечение с заданными радиальными точками измерения. При проблеме, связанной с длиной, проведите испытания в нескольких местах.
4. Свяжите твёрдость с механическими требованиями. Запрашивайте результаты испытаний на растяжение и удлинение, если этого требуют спецификация или проект. Не заменяйте их универсальным пересчётом твёрдости в прочность.

При пересчёте между шкалами необходимо соблюдать особую осторожность для сплавов на основе кобальта и деформационно-упрочнённых структур. Внешне точное пересчитанное значение может скрывать значительную неопределённость. Для приёмки, когда это практически осуществимо, предпочтительны непосредственные испытания по указанной шкале.

Учитывайте вид продукции в спецификации

Данные о холодном обжатии полосы не следует напрямую переносить на пруток. Родственная продукция, напримерполосы из прецизионных легированных сталей, выпускается толщиной от 0.1 mm до 3 mm для применений, требующих контролируемых свойств материала. Однако выбор сплава, история прокатки и геометрия сечения у такой продукции отличаются от Haynes 25 в прутках; она не является эталоном твёрдости или взаимозаменяемым материалом.

В полезной спецификации на закупку прутка указывают сплав, размер, состояние поставки, применимый стандарт на продукцию, требуемые механические свойства и основу для испытаний на твёрдость. Если холодная деформация функционально важна, запросите степень обжатия после последнего отжига на твёрдый раствор и сведения о последующей термообработке. Если для детали важны коробление или градиенты твёрдости, до выпуска продукции согласуйте места отбора образцов и квалификационные испытания. Это позволяет связать требование к твёрдости с состоянием, действительно необходимым для детали, а не с отдельным числом в сертификате.