Uticaj statičkog deformacionog starenja na teksturu i faktore plastične anizotropije umirenog čelika UDK 669, 14, 018:620, 187 ASM/SLA: N7a, M26c V. Raič*, Dj. Drobnjak** i S. Malčič*** Uticaj statičkog deformacionog starenja (deformacija: 5—25%; starenje: 10—200° C/h do 520° C) na teksturu koja se dobija hladnim valjanjem (70 %) i žarenjem (700° C) je odred j en tehnikom inverznih polarnih slika. Rezultati pokazuju da se udeo [111] komponente povečava a [100] smanjuje sa smanjenjem brzine zagrevanja od-nosno povečanjem vremena starenja. Največe pro-mene se dešavaju kada se brzina smanji od 50 na 20° C/h odnosno vreme poveča od 10 na 25 časova. Ovako ponašanje je pripisano sve večoj efikasnosti AIN čestica koje povečavaju broj klica [111] orijentacije na račun klica [100] orijentacije. Pri-menom optimalne kombinacije prethodne deformacije (15%) i brzine starenja (10°C/h) dobijen je srednji faktor plastične anizotropije oko dva. UVOD Uticaj disperznih faza na teksturu niskouglje-ničnih čelika koji se preradjuju hladnim valjanjem i žarenjem je opisan u više radova. Utvrdjeno je da je za dobijanje izražene [111] teksture, koja povečava sposobnost limova da se oblikuj u du-bokim izvlačenjem, potrebno da se čelik legira elementima koji obezbedjuju izdvajanje disperznih faza ili pre hladne deformacije ili pre rekristali-zacije (1). U prvu grupu spadaju niobijum (2) i titan (3), koji obrazuju karbide, a u drugu alumi-nijum (4,5) koji obrazuje AIN (umireni čelik). Najnoviji rezultati dobijeni na čistoj leguri Fe-Al-N pokazuju da aluminij um može biti efi-kasan i kada se izdvaja pre deformacije (6). Me-dutim, da li se ovaj efekat može iskoristiti i u ko-mercijalnom umirenom čeliku nije poznato. Shodno tome, cilj ovoga rada je bio da se ispita uticaj AIN čestica koje se izdvajaj u u osnovi pre deformacije na teksturu. *Istraživački centar, Metalurški kombinat Smederevo **Zavod za fizičku metalurgiju, Tehnološko-metalurški fakultet, Beograd ***Laboratorija za materijale, Institut »Boris Kidrič«, Vinča EKSPERIMENTALNI DEO Materij al Za ispitivanje je koriščen umireni čelik sle-dečeg hemijskog sastava: 0,04 % C; 0,32 % Mn; 0,014 % P; 0,019 % S i 0,055 % Al. Polazni materijal je bio u obliku toplo valjanog lima debljine 2 mm. Ranija ispitivanja (7) su pokazala da su pri toploj preradi ostvareni uslovi koji obezbedjuju dobijanje lima za duboko izvlačenje standardnog kvaliteta. Termomehanička obrada v , j Primenjeni ciklus termomehaničke obrade je shematski prikazan na si. 1. Slika 1 Shematski prikaz ciklusa termomehaničke obrade - -1 • C Fig. 1 Schematical presentation of the thermomechanical treat-ment cycle. Statičko deformaciono starenje: Polazni materijal je deformisan valjanjem u jednom pro-vlaku (5, 10, 15, 20 i 25 %), zagrevan u komornoj peči konstantnom brzinom (10, 20, 50, 100 i 200° C/h) do 520° C i hladjen na vazduhu. Konvencionalni postupak: Posle statičkog deformacionog starenja materijal je hladno valjan u više provlaka do 70 % (računajuči i prethodnu deformaciju) uz koriščenje ulja za podmazivanje. Stepen deformacije u svakom provlaku je iznosio 20 40 60 80 100 " 200 20 40 60 80 100 BRZINA ZAGREVANJA, °C/h 200 Slika 2 Uticaj brzine starenja na relativan intenzitet a) 5 % deformacije pre starenja; 15 minuta na 700° C b) 15 % deformacije pre starenja; 15 minuta na 700° C c) 25 % deformacije pre starenja; 15 minuta na 700° C d) 10 % deformacije pre starenja; 21 h na 700° C e) 15 % deformacije pre starenja; 21 h na 700° C f) 20 % deformacije pre starenja; 21 h na 700° C Fig. 2 Influence of the ageing rate on the relative intensity a. 5 °/o deformation before ageing; 15 minutes at 700° C b. 15 °/o deformation before ageing; 15 minutes at 700° C c. 25 % deformation before ageing; 15 minutes at 700° C d. 10 °/o deformation; 21 hours at 700° C e. 15 % deformation; 21 hours at 700° C f. 20 % deformation; 21 hours at 700" C STEPEN DEFORMACIJE, % Slika 3 Fig. 3 Uticaj deformacije koja predhodi starenju na relativan Influence of deformation preceding the ageing on the rela- tive intensity intenzitet a) brzina starenja 10° C/h; 21 h na 700° C b) brzina starenja 10° C/h; 15 min. na 700° C c) brzina starenja 20° C/h; 21 h na 700° C d) brzina starenja 50° C/h; 21 h na 700° C a. ageing rate 10° C/h; 21 h at 700° C b. ageing rate 10° C/h; 15 min at 700° C c. ageing rate 20° C/h; 21 h at 700° C d. ageing rate 50" C/h; 21 h at 700° C. 20—25 %. Deformisani uzorci su žareni na 700° C ili u sonom kupatilu (15 min) ili u komornoj peči (21 čas) a zatim dresirani ~ 1 %. U cilju sprečavanja prekomerne oksidacije i razugljenisavanja uzorci žareni u komornoj peči su ili zatapani u kvarcne ampule ili stavljani u kutiju od nerdjajučeg čelika zajedno sa absor-berima za kiseonik pa zatim žareni. Ispitivanje Tekstura: Za ispitivanje su koriščeni uzorci koji su prethodno hemijskim putem stanjeni do polovine početne debljine. Udeo pojedinih komponenti u teksturi je odredjen tehnikom inverznih polarnih slika (8). Sa svakog uzorka je meren integralni intezitet osam refleksija: 110, 200, 211, 310, 222, 321, 420 i 332. Intezitet svake refleksije, IhkI, je poredjen sa intezitetom iste refleksije sa uzorka bez teksture, Ir hkl. Relativan intezitet je odredjen prema izrazu: = (SNhk,) (Ihkl/Ir.hkl) SCNhi, (Ihki/Ir,hki)] gde je Nhkl faktor umnožavanja. Faktori plastične anizotropije: Merenje faktora plastične anizotropije, R = 6w/6t (6W i 6, su stvarne deformacije po širini i debljini epruvete koje se dobijaju pri dostizanju 15 % izduženja) je izvršeno na uzorcima sečenim pod uglom od 045 i 90° u odnosu na pravac valjanja. Srednji ili normalni faktor plastične anizotropije, R, je odredjen na osnovu izraza: R = (R0 + 2R« + R90)/4 dok je faktor ravanske plastične anizotropije odredjen na osnovu izraza: AR = (K, + R90 — 2R45)/2 Tablica 1. Relativni intenziteti . j deformac. No. starenje Konvencionalni postupak 110 200 1. 70 % def. 15 min. na 700° C 0.67 2.91 2. 70% def. 21 čas na 700° C 0.56 1.68 3. 15 % def. 70 % def. (ukupno) 10° C/h 15 min. na 700° C 0.42 0.99 4. 15 % def. 70 % def. (ukupno) 10° C/h 21 čas na 700° C 0.14 0.38 5. 20 % def. 70 % def. (ukupno) 10° C/h 21 čas na 700° C 0.19 0.45 Faktori plastične anizotropije Rezultati su prikazani u tablici 2. Može se videti da je faktor normalne plastične anizotropije jednak 2 (tablica 2, No 5) kada se primeni režim REZULTATI Tekstura Uticaj brzine zagrevanja na relativan intenzitet pojedinih refleksija je prikazan na si. 2. Refleksije [310], [321] i [420] su prikazane zbirnom krivom. Sa povečanjem brzine zagrevanja [322] i njoj bliske [322] komponente se smanjuju dok se [200], [211], [110], [310], [321] i [420] pove-čavaju. Najviše se menjaju [111] i [200] komponente u intervalu od 10 do 50° C/h. Sa daljini povečanjem brzine zagrevanja promene su znatno manje izražene. Uticaj stepena deformacije koji prethodi sta-renju na relativan intenzitet pojedinih refleksija je prikazan na si. 3. Slični rezultati se dobijaju sa brzinama starenja 100 i 200° C/h. [222] refleksija pokazuje maksimum a [200] minimum na 15 do 25 % deformacije. Ponašanje ostalih komponenti nije tako jasno definisano verovatno zbog toga što se po pravilu malo menjaju. Poredjenje ovih dijagrama na si. 2 i 3 pokazuje da je udeo povoljnih komponenti [222], [211] i [332] koje povečavaju sposobnost čelika da se oblikuje dubokim izvlačenjem (7) veči a udeo ne-povoljnih manji u materijalu koji je žaren 21 čas na 700° C u odnosu na materij al koji je žaren 15 min. S druge strane u svim uzorcima koji su prethodno deformaciono stareni udeo povoljnih komponenti je veči a nepovoljnih manji u odnosu na materijal koji nije deformaciono staren več samo deformisan valjanjem 70 % i žaren na 700° C. U tablici 1 su prikazani rezultati koji orno gučuju poredjenje. Relativan intenzitet, p 211 310 222 321 420 332 1.39 1.37 2.44 0.51 0.59 0.80 1.56 1.08 3.51 0.50 0.46 1.07 1.5 0.77 5.03 0.45 0.27 1.47 1.58 0.36 7.23 0.37 0.18 1.61 1.56 0.45 6.79 0.36 0.17 1.68 starenja koji daje najpovoljniji odnos [222] komponente prema [200] komponenti (tablica 1, No. 4). Čim se ovaj odnos smanji (tablica 1. No. 5) faktor R se, takodje smanji na približno 1,7 (tablica 2, No 5). Tablica 2. Faktori plastične anizotropije deformac. Konvencionalni No- starenje postupak R« R'» R AR 4. 15 % def. 70 % def. (ukupno) 10° C/h 21 čas na 700° C 1.58 1.22 2.66 1.66 0.90 5. 20 % def. 70 % def. (ukupno) 10° C/h 21 čas na 700° C 2.22 1.22 3.34 2.00 1.56 DISKUSIJA Rani j a istraživanja (6) su pokazala da de-formaciono starenje povoljno utiče na razvoj [111] teksture u čistoj leguri Fe-Al-N. Ispitivanja izvršena u ovom radu omogučuju da se ovaj za-ključak potvrdi i proširi na komercijalni umireni čelik. Treba naglasiti da se režim deformacionog starenja i dalje prerade, koji daju optimalan odnos [111] i [100] komponenti bitno razlikuje u dva materijala. Medjutim mehanizam obrazo-vanja izražene [111] teksture je najverovatnije sličan. Može se pretpostaviti da AIN čestice koje se izdvajaju pre deformacije utiču na isti način kao i kada se izdvajaju pre rekristalizacije. Teorijska razmatranja (1) pokazuju da fino dispergo-vane čestice proporcionalno menjaju brzinu stva-ranja klica novih rekristalisanih zrna svih orijen-tacija. Vremenska razlika izmedju klica [111] orijentacije koje se stvaraju prve i klica [100], koje se stvaraju poslednje se povečava, zbog čega se u potpuno rekristalisanoj strukturi povečava broj zrna [111] orijentacije a smanjuje broj zrna [100] orijentacije. Medjutim, zrna [111] orijentacije nisu samo brojnija več su i veča, pošto u prisustvu sekundarnih faza imaju više vremena da rastu. Kada se rekristalizacija završi dolazi do rasta zrna. Velika zrna [111] orijentacije rastu na račun malih zrna [100] orijentacije zbog čega se [111] tekstura dalje pojačava. Uticaj rasta zrna se jasno iskazuje kada se vreme žarenja poveča od 15 min na 21 čas. Rezultati koji pokazuju da se udeo [111] komponente povečava a udeo [100] smanjuje sa smanjenjem brzine zagrevanja i povečanjem stepena deformacije koji prethodi starenju, omo-gučuje da se pretpostavi da je za maksimalne efekte s jedne strane postiči veoma finu disperziju AIN čestica, a s druge strane stvoriti izraženu čelijastu substrukturu sa izraženim subzrnima koja kasnije postaju klice novih rekristalisanih zrna. Optimalni režim deformacionog starenja tj. optimalna kombinacija deformacije i brzine zagrevanja omogučuje dobijanje teksture u kojoj je u odnosu na standardni postupak (7), [111] komponenta zastupljena u približno istom iznosu, komponente [211] i [332] su pojačane dok je [100] znatno smanjena. Direktna posledica je da se do-bija veči faktor normalne plastične anizotropije; R = 2 (tablica 2) u odnosu na 1,6 (7); koji po-kazuje da sposobnost oblikovanja dubokim izvla-čenjem treba da bude veča. Medutim, treba naglasiti da faktor ravanske plastične anizotropije je veči od uobičajenog što govori o znatnoj ten-denciji ka stvaranju ušica pri dubokom izvlačenju. ZAKLJUČAK 1. Statičko deformaciono starenje povečava udeo [111] a smanjuje udeo [100] komponente u teksturi u odnosu na njihov udeo u čeliku koji je samo hladno valjan i žaren. 2. Udeo [111] komponente se povečava a udeo [100] smanjuje sa smanjenjem brzine zagrevanja odnosno povečanjem vremena starenja. Največe promene se dešavaju kada se brzina smanji od 50 na 20° C/h odnosno vreme poveča od 10 na 25 časova. Ovakvo ponašanje je pripisano večoj efikasnosti AIN čestica da u fino dispergovanom obliku povečaju veličinu i broj zrna [111] orijentacije. 3. Primenom optimalnog režima deformacionog starenja (deformacija: 15 %; brzina zagrevanja: 10° C/h) i dugotrajnog žarenja na 700° C (21 h) do-bijen je veoma povoljan odnos [111] i [100] komponenti odnosno veoma visok faktor normalne plastične anizotropije koji je približno jednak dva. Literatura: 1. W. B. Hutchinson, Met. Sci., 8 (1974) 185 2. R. R. Mould and J. M. Gray, Met. Trans., 3 (1972) 3121 3. R. H. Goodenow and J. F. Held, Met. Trans., 1 (1970) 2507 4. W. C. Leslie et al.. Trans. ASM, 46 (1954) 1470 5. J. T. Michalak and R. D. Schone, Trans AIME, 242 (1968) 1149 6. H. Endo et al., Trans. ISI Japan, 15 (1975) 205 7. Dj. Drobnjak et al., Met. Tech., 1 (1974) 371 8. R. M. S. B. Horta et al., Trans. AIME, 245 (1909) 2525 ZUSAMMENFASSUNG Einfluss der statischen Reckalterung (Verformung: 5—25 %; Alterung: 10—200° C/h bis 520° C) auf die Textur erhaltlich durch Kaltvvalzen (70 %) und Gluhen (700° C) ist mittels der Technik der inversen Polarbilder bestimmt vvorden. Die Ergebnisse zeigen dass der Anteil der Komponente [111] grosser wird und der Anteil der Komponente [100] mit der Ervvarmungsgeschvvindigkeit bzw. mit der Verlangerung der Alterungszeit kleiner wird. Die grossten Anderungen geschehen bei der Verminderung der Al-terungsgeschwindigkeit von 50 auf 20° C/h bzw. bei der Verlangerung der Gliihzeit von 10 auf 25 Stunden. Ein solches Betragen wird der immer grosseren Wirksamkeit der A1N Teilchen zugeschrieben, durch welche die Zahl der Keime der Orientierung [111] auf das Konto der Keime der Orientierung [100] grosser wird. Mit der Anwendung der optimalen Kombination einer Verformung von 15 % und der AIterungsgeschwindigkeit von 10° C/h kann ein mittlerer Faktor der plastischen Anisotropie rund 2 er-reicht werden. SUMMARY The effect of static strain aging (strain: 5—25 %; aging: 10—200° C/h to 520° C) on texture development during subsequent cold rolling (70 %) and atmealing (700° C) has been studied by means of an inverse pole figures technique. The results show that the [111] component in-creases and the [100] decreases vvith decreasing heating rate i. e. increasing aging tirne, the effect being most pronounced on passing from 50 to 20° C/h i. e. from 10 to 25 hours. This has been attributed to an increased effi-ciency of A1N precipitates in developing recrystallization nuclei vvith [111] orientation on expreses of [100] orienta-tion. An average plastic strain ratio of about two is expe-rienced if an optimum combination of prior strain (15 %) and aging rate (10° C/h) is applied. 3AKAmEHHE b.\HHHne CTarmecKoro Aecf>0pMai{H0HH0r0 ctapeniia (aeop.wa-uuh: 5—25%, CTapeHHe: 10—200» C/h ao 520° C) Ha TeKCTypy, noAy-MeHHyK> XOAOAHO0 npoKaTKoii (70 o/0) h otjkhtom npn 700» C onpeAe-AeHO C TeXHHKOH HHBepCHbIX IK>ASpHbIX H3o6pa»eHHH. Pe3yAI>TaiIJ noKa3UBaioT, mto aoah [iii] KOMnoneHTU yBCAHHHBaeTCH, a aoasi [100] VMeHbiuaeTCa c 6birpoToft oT»Hra, oth. c yBeAHieHHeM Bpe-MeHH cTapeHHS. CaMbie SoAbmne H3MeHeHHa npoHcxoAHTb, KorAa GbicTpoTa oTJKHra yMeHbuiaeTCH c 50» C/m, oth. AAHTeAbHOCTb OTMcnra yBeAH-HHBaeTca c 10 Ha 25 HacoB. TaKoe noBeAeHHe momcho npHnncaTb 60Aee CHAbHOH 34>eKTHBHOCTH MaCTHll A1N, KOTOpbie VBeAHMHBaiOT MHCAO 3apOAMIIieH OpHeHTHpOBKH [III] Ha CMeT 3apOAHJIieH opneH-THPOBKH [100]. 0pH npHMeHeHHH onTHMaABHofi kom6hh3Uhh npeAe-Aymeii AeopMauHH (15 %) h 6biCTpOTti CTapeHHH (10» C/q), noAy-MHM KaK epeAHHfl aKTOp IIAaCTTWeCKOH aHH30TpOnHH 3HaieHHe, KOTOPOH COCTaBAaeT BCAHHHHy 2.