CS252589B1

CS252589B1 - A method for determining the ability of coarse metal materials to recrystallize

Info

Publication number: CS252589B1
Application number: CS861204A
Authority: CS
Inventors: Frantisek Jandos
Original assignee: Frantisek Jandos
Priority date: 1986-02-21
Filing date: 1986-02-21
Publication date: 1987-09-17
Also published as: CS120486A1

Abstract

Způsob stanovení schopnosti hrubozrnných kovových materiálů k rekrystalizaci podle vzhledu makrostruktury spočívá v určení místa, kde hrubozrnná struktura diskontinuálně přechází v rekrystalizovanou jemnozrnnou strukturu. Toto místo je patrné pouhým okem v makrostruktuře podélného řezu přetržené zkušební tyče, na níž se za tím účelem v podélné osové rovině připravuje metalografický výbrus. Místo diskontinuální strukturní změny umožňuje definovat lokální kontrakci, která je kritériem schopnosti daného materiálu k rekrystalizaci. Použití se váže k určování optimálních podmínek volného kování ingotů s hrubou primární licí strukturou zhotovených z obtížně tvařitelných slitin a nahrazuje určování kritického stupně deformace rozběhu rekrystalizace z pracně získávaných rekrystalizačních diagramů popisujících závislost teplota-stupeň deformace-velikost zrna. Rozměr zrna se při postupu neměří a pomocí jediné zkušební tyče lze určit široký obor deformací, v němž k rekrystalizaci dochází či nikoliv.The method of determining the ability of coarse-grained metal materials to recrystallize by the appearance of the macrostructure consists in determining the place where the coarse-grained structure discontinuously transitions into a recrystallized fine-grained structure. This place is visible to the naked eye in the macrostructure of the longitudinal section of a broken test bar, on which a metallographic section is prepared for this purpose in the longitudinal axial plane. The place of discontinuous structural change allows defining local contraction, which is a criterion for the ability of a given material to recrystallize. Its use is related to determining the optimal conditions for free forging of ingots with a coarse primary casting structure made of difficult-to-form alloys and replaces determining the critical degree of deformation of the start of recrystallization from laboriously obtained recrystallization diagrams describing the temperature-degree of deformation-grain size dependence. The grain size is not measured during the procedure and using a single test bar it is possible to determine a wide range of deformations in which recrystallization occurs or not.

Description

Vynález se týká způsobu stanovení schopnosti hrubozrnných kovových materiálů k rekrystalizaci prostřednictvím kritického stupně deformace, který musí být uplatněn jako minimální, aby za daných podmínek tváření došlo procesem rekrystalizace k rozrušení hrubozrnné struktury. Jeho využití je především v oblasti tváření za tepla, při posuzování termomechanických podmínek rozrušování primární licí struktury.The present invention relates to a method for determining the ability of coarse-grained metal materials to recrystallize by means of a critical degree of deformation, which must be applied as a minimum in order for the coarse-grained structure to be disrupted by the recrystallization process under given forming conditions. Its use is mainly in the field of thermoforming, in the assessment of thermomechanical conditions of destruction of the primary casting structure.

Specifickým problémem za tepla obtížně tvářitelných slitin je rozrušování jejich primární licí struktury. Ingoty s hrubou primární strukturou jspu podrobovány volnému kování při malých stupních deformace a pokud nedojde k rozbití primární struktury, snadno na povrchu praskají. Rozbití primární struktury brání obtížný průběh rekrystalizace extrémně hrubozrnné kovové matrice, který může být také příčinou přetrvání fragmentů primární licí struktury přes celý proces tváření, což značně zhoršuje ultrazvukovou průchodnost např. výkovků.A specific problem of hot-melt alloys is the disruption of their primary casting structure. Ingots with a coarse primary structure are subjected to free forging at low degrees of deformation and crack easily on the surface if the primary structure does not break. The breakdown of the primary structure prevents the difficult course of recrystallization of the extremely coarse-grained metal matrix, which may also cause the fragments of the primary casting structure to persist throughout the molding process, which greatly impairs the ultrasonic patency of e.g. forgings.

Pro správný návrh technologie kování je nutné znát schopnost tvářeného materiálu k rekrystalizaci prostřednictvím kritéria kritického stupně deformace potřebného pro rozběh rekrystalizace. Rekrystalizační schopnost je závislá na teplotě a rychlosti deformace a je minimální právě pro licí strukturu obvykle s velikostí zrna, které v průběhu dalšího procesu tváření již nemůže být dosaženo.For the correct design of the forging technology it is necessary to know the ability of the formed material to recrystallize by means of the criterion of the critical degree of deformation required for the start of recrystallization. The recrystallisation ability is dependent on the temperature and the rate of deformation and is minimal precisely for the casting structure, usually with a grain size that can no longer be achieved during the next forming process.

Okrajové podmínky termomechanického zpracování pro rozběh rekrystalizace v primární struktuře lze získat, stejně jako u za studená tvářených a žíhaných kovových materiálů, z rekrystalizačních diagramů, jež popisují závislost velikosti zrna na stupni deformace a teplotě Takové diagramy se zhotovují vyhodnocením mikrostruktury sady vzorků, podrobených deformaci různého rozsahu, na metalografickém mikroskopu, přičemž rozměr zrna se měří v řadě lokalit, nebo zhodnocením změn mechanických či některých fyzikálních vlastností. Data pro konstrukci rekrystalizačního diagramu se při usilovném výzkumu shromažďují po dobu mnoha měsíců.Boundary conditions of thermomechanical treatment for the start of recrystallization in the primary structure can be obtained, as with cold formed and annealed metal materials, from recrystallization diagrams describing the dependence of grain size on the degree of deformation and temperature. Such diagrams are made by evaluating the microstructure of scale, on a metallographic microscope, where grain size is measured in a number of locations, or by assessing changes in mechanical or some physical properties. The data for the construction of the recrystallization diagram is collected for many months in research.

Uvedené nevýhody pracného a Časově náročného postupu shromažďování dat, potřebných pro definici schopnosti hrubozrnných kovových materiálů k rekrystalizací podle kritéria kritického stupně deformace, odstraňuje řešení podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že se určuje z diskontinuální změny celikosti zrna na podélném řezu zkušební tyče přetržené při zkoušce tahem a z lokální kontrakce v tomto místě.The disadvantages of the laborious and time-consuming process of collecting the data necessary to define the ability of coarse-grained metal materials to recrystallize according to the criterion of the critical degree of deformation are eliminated by the solution according to the invention. in the tensile test and local contraction at this location.

Podle vynálezu lze pro nejrůznější podmínky tváření, zahrnující i specifické provozní vlivy, například rozsah ochlazení povrchových vrstev v ingotu v průběhu manipulace s ním v periodě mezi jeho vyjmutím z pece a kováním, optimální technologické parametry respektující obtížný průběh rekrystalizace licí struktury ingotu stanovit operativně a s minimálními nároky na úroveň laboratorní techniky. Rekrystalizační schopnost se přitom stanovuje podle makrostruktury, z diskontinuální změny velikosti zrna v místě, kde hrubá nerekrystalizovaná struktura přechází v jemnou rekrystalizovanou strukturu.According to the invention, for various forming conditions, including specific operating influences, for example the extent of cooling the surface layers in the ingot during handling in the period between its removal from the furnace and forging, optimal technological parameters respecting the difficult course of recrystallization demands on the level of laboratory technology. The recrystallization capacity is determined according to the macrostructure, from the discontinuous grain size change at the point where the coarse non-recrystallized structure becomes a fine recrystallized structure.

Příkladem použití tohoto způsobu stanovení schopnosti hrubozrnných kovových materiálů k rekrystalizací je určení okrajových termomechanických podmínek tváření ingotů z austenitické chromniklové oceli, typu 18CrlONiTi, s hrubou primární licí strukturou, v podmínkách volného kování tak, aby na povrchu výkovků nebylo možno ultrazvukově detekovat žádné fragmenty nerekrystalizovaných primárních zrn. Z lité oceli byly vyrobeny tyče pro zkoušku tahem, které byly, při rychlosti deformace odpovídající volnému kování, přetrženy za teplot 750 až 1 250 °C když předtím byly ohřátý alternativně na teploty v rozmezí 1 050 až 1 250 °C. Přetržené poloviny zkušebních tyčí byly v podélném směru odfrézovány do roviny největších průměrů a na takto získaných plochách byly zhotoveny metalografické výbrusy. Na nich se leptáním zviditelnila makrostruktura a v místě přechodu z primární do rekrystalizované sekundární struktury, viditelné dobře pouhým okem, se Brínellovou lupou s přesností na 0,1 mm, změřil lokální průměr plastickou deformací prodloužené a zúžené tyče. Z tohoto lokálního průměru se vypočetlo lokální poměrné zúžení, kontrakce, která je mírou schopnosti hrubozrnné chromniklové oceli k rekrystalizací při zvolené teplotě a rychlosti deformace. Vynesením takto zjištěných lokálních poměrných zúžení do grafu teplota-lokální poměrné zúžení se získala čarou nebo pásmem oddělená oblast stabilní primární a sekundární struktury při různé výchozí tvářecí teplotě. Tím se získal obraz rekrystalizační schopnosti této lité oceli při ohřevu na tvářecí teplotu v rozmezí 1 250 až 1 050 °C a při dotvářecích teplotách ležících v rozmezí 1 250 až 750 °C pro zvolenou rychlost deformace, volenou v daném případě tak, aby byla stejná jako při volném kování. Na základě takto získaných informací bylo například zjištěno, že za podmínek volného kování lité oceli uvedeného typu nelze primární licí strukturu rozrušit při poklesu teploty tváření pod 1 050 °C zvolí-li se tvářecí teplota do 1 180 °C, a že tato mezní teplota 1 050 °C je ještě vyšší, zvolí-li se počáteční tvářecí teplota 1 200 °C nebo 1 250 °C.An example of using this method for determining the ability of coarse-grained metal materials to recrystallize is to determine the boundary thermomechanical forming conditions of 18CrlONiTi austenitic chromium-nickel ingots with rough primary casting under free forging conditions so that no fragments of unrecrystallized primary grains. Tensile test rods were made of cast steel and, at a strain rate corresponding to free forging, were ruptured at temperatures of 750 to 1250 ° C when previously heated alternatively to temperatures in the range of 1050 to 1250 ° C. The broken halves of the test rods were milled in the longitudinal direction to the plane of the largest diameters and metallographic cuts were made on the surfaces thus obtained. On them, the macrostructure was visible by etching and at the point of transition from the primary to the recrystallized secondary structure, visible to the naked eye, with Brinell's magnifying glass to the nearest 0.1 mm, measured the local diameter by plastic deformation of the elongated and tapered rod. From this local diameter, the local relative constriction, the contraction, was a measure of the ability of coarse-grained chromium-nickel steel to recrystallize at a selected temperature and strain rate. By plotting the local constrictions thus determined in the temperature-local constrictions graph, a region of a stable primary and secondary structure at a different initial forming temperature was obtained by a line or a band separated region. This gave a picture of the recrystallisation ability of the cast steel when heated to a forming temperature in the range of 1,250 to 1,050 ° C and at post-treatment temperatures in the range of 1,250 to 750 ° C for the selected strain rate chosen in the present case to be the same as with free-forging. On the basis of the information thus obtained, it has been found, for example, that under the free forging conditions of cast steel of the above-mentioned type, the primary casting structure cannot be destroyed when the forming temperature falls below 1050 ° C. 050 ° C is even higher when an initial molding temperature of 1200 ° C or 1200 ° C is selected.

Claims

Method for determining the ability of coarse-grained metallic materials to recrystallize according to the macrostructure appearance, characterized in that the critical degree of deformation for starting the recrystallization is determined from the discontinuous change in grain size visible to the naked eye on the longitudinal section of the tensile test rod.