Структурные превращения в сталях вызванные механическим воздействием

вот один из примеров, когда механическое воздействие существенно
меняет характеристики стали:

playground.sun.com

судя по выдающейся остроте этих Diamond Blades
могу предположить, что происходящие структурные изменения
приводят не только к увеличению твердости,
но и к более высокой стабильности кромки

т.е. это то, что очень важно для некоторых видов ножей и для бритв.

А вот целая диссертация, причем довольно свежая,
посвященная как раз структурным превращениям в нержавеющих сталях
вызванных механическим воздействием,
в частности рассмотрен вопрос образования мартенсита при возникномении напряжений

Deformation and martensitic phase transformation in stainless steels
University dissertation from Luleå : Luleå tekniska universitet
[2007]

Abstract: The use of high-energy synchrotron x-rays which has enabled three- dimensional structural characterization from the nano- to the macroscopic scale, and now to the meso-scale, such as individual grains and dislocation structures, is a major scientific advance. This is the first technique with sufficient spatial resolution and penetration power to probe the local structure embedded deep within the material. This, together with good time resolution makes it suitable for investigations of e.g. phase transformations kinetics, stress-strain behaviour, and texture evolution in stainless steels. The micromechanical response of a metastable austenitic stainless steel and a duplex stainless steel during loading has been investigated by a series of high-energy x-ray diffraction experiments at the Advanced Photon Source (APS) in Argonne, IL, USA. Different measurement scales of the steels are tested, ranging from the behaviour of individual grains up to the macroscopic material behaviour. The experimental data is used as input to material models to validate and improve existing models for strain-induced martensite and mechanical properties. The x-ray investigations have revealed that autocatalytic Ü-martensite transformation is triggered by strains induced by the transformation itself in 301 and this was evidenced as bursts of Ü-martensite transformation during tensile loading. To the author's knowledge this behaviour has not been previously reported, and is of significant importance for the mechanical properties of the metastable stainless steels, since it provides strong local hardening and increases the time to neck formation. The å-martensite formation was investigated for 45 individual austenite bulk grains in 301 and the resolved shear stress was determined. Out of the 45 austenite grains probed one was observed to form å-martensite. The grain that formed å-martensite had the highest Schmid factor for the active slip system during fcc to hcp transformation. The behaviour of 301 during tensile loading at different strain rates was also investigated and it was concluded that even moderate strain rates produce adiabatic heating sufficient to suppress the martensite formation. The strain-induced martensitic transformation and the stress-strain behaviour was predicted by an extended Olson-Cohen model, finite element simulations for the temperature evolution and a radial return algorithm for the stress-strain behaviour. The measured and modelled results were in fair agreement. In addition, the phase specific stresses were measured during the experiments and these were in good agreement with the predicted results from the finite element model. Thus, it was concluded that the employed iso- work principle was a good assumption for the stress distribution between the phases. One way of tailoring the metastable austenitic stainless steels' microstructure with different phase fractions and deformation structures is by the reverse transformation from martensite to austenite. This was investigated for the cold rolled 301 steel, and the reverse transformation was observed to occur via two different mechanisms, one diffusion controlled and the other a diffusionless transformation. The onset of the diffusion reversion was about 450?C and the shear reversion became active at higher temperatures. The microstructure of shear reversed austenite consists of highly faulted austenite with an inherited lath like structure. The stress response of 15 individual austenite and ferrite grains deeply embedded in the bulk of a duplex stainless steel was measured during tensile loading. These results showed large intergranular stresses acting between grains due to grain interaction. The large intergranular stresses will have a significant effect on the two-phase behaviour during loading.

есть полный текст этой диссертации --- 172 страницы на английском

pure.ltu.se

Crystal plasticity finite element modeling of mechanically induced martensitic transformation (MIMT) in metastable austenite

Myoung-Gyu Lee, Sung-Joon Kim and Heung Nam Han

sciencedirect.com

Surface hardening by strain induced martensitic transformation
E. Brinksmeier, M. Garbrecht, D. Meyer and J. Dong

Abstract
The hardness and fatigue strength achieved by strain hardening are normally noticeable lower than those attained by thermal or thermochemical heat treatments. Strain or deformation induced martensitic transformation of residual austenite can increase the strength achieved by mechanical surface hardening processes considerably. In this paper, an approach is presented where workpieces with a high content of metastable austenite are used for hardening the surface layer. The microstructure has to be sufficiently stable, in order to ensure that the material can be machined without being changed by strain induced transformation of the residual austenite. After machining, high Hertzian contact stresses are introduced by deep rolling, so that a strain induced martensitic transformation of the residual austenite takes place. At the same time deep rolling produces the surface finish of the part. By this method, a surface hardening without a heat treatment process within the production line can be realized. A conceivable use of this method could be the production of bearings or guideways.

Keywords Production process - Strain hardening - Martensitic transformation

springerlink.com

Технология статико-импульсной обработки поверхностным пластическим деформированием

способ упрочнения поверхности деталей машин и инструментов ударными импульсами (патент РФ 2098259)

http://ppdsio.narod.ru/sio.htm
http://ppdsio.narod.ru/ppd.htm

Поверхностное упрочнение

ЧТО ТАКОЕ НАКЛЕП?

http://ervinamasteel.ru/appnaklep.php

Originally posted by krapper:

Меня интересует как мартенситное превращение может получиться в результате ручной обработки на абразивах и пастах.

эффект очень схожий с дробеструйным наклепом
и с получением наклепа прокатывание шарика или ролика

только роль дроби или шарика выполяют частицы оксида хрома,
которые имеют форму очень близкую к сферической
прокатываясь по поверхности они не столько царапают её,
сколько деформируют вызывая тем самым возникновение напряжений
и те самые структурные (фазовые) превращения на обрабатываемой поверхности.

нечто подобное происходит и на некоторых натуральных камнях
с зерном определенной формы
(как правило не имеющей острых граней как у алмаза)

в частности гранатовые сланцы и японские тоиси обладают такими способностями

по поводу терминологии (в том числе английской терминологии)

ОБРАБОТКА ПОВЕРХНОСТНЫМ
ПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ

ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ГОСТ 18296-72

opengost.ru

Лекция 2. Трение, износ и стойкость инструмента. Охлаждение и смазка при бработке резанием. Качество поверхностного слоя детали. Методы формообразования поверхностей деталей при резании.

msuie.ru

в этой лекции хорошо показано как
при резании металла распределяется напряжение
и как это влияет на образование поверхностного наклепа.

Для желающих ознакомиться с тем богатством проведенных исследований
которые задокументированы по большей части на английском и немецком языках,
вот полезные термины:

англ. --- нем. --- рус.

1)Surface cold working --- Oberflachenkaltverformung --- Поверхностный наклеп

Поверхностное пластическое деформирование с изменением структуры материала без его полной рекристаллизации

2) Surface cold hardening/Surface strain hardening
--- Oberflachenkaltverfestigung/Oberflachenkalt hartung
--- Упрочнение поверхностным наклепом

Повышение сопротивляемости материала или заготовки разрушению или остаточной деформации поверхностным наклепом

могу дать и японскую терминологию, но не уверен,
что кто-то захочет знакомиться
с такой непростой темой на этом языке.

например --- это поверхностно упрочненный поверхностный слой (work hardened surface layer)

--- упрочнение за счет наклепа ( strain hardening )
также взаимозаменяемо могут использоваться термины  7498;

для тех, кто не боится японского, вот хороший словарь
по производству и технолгия (англо-японский и японо-английский):

nec-eng.co.jp

Николай, рускоязычному населению за тебя даже неловко С чего ты взял что по большей части на англицком и немецком? По этому делу Россия ничуть не отставала а кое где и опережала. Есть великое множество книг по этому делу. ВОт на вскидку http://yandex.ru/yandsearch?text=...
есть справочники многотомные, есть просто теория.
Есть монументальный трехтомник по всем методам упрочнения поверхностным деформированием.
Для начала все же разумнее искать на русском языке - суть в том что как хорошо англицкий не знай а технический англицкий сложнее а на сложных темах вообще малопонятен свободноговорящим.

на деле книг на русском не так уж много
и они имеют больше отношение к СССР,
чем к России

и среди русскоязычных больше книг по практическому применению,
чем по теории и исследованиям

вот, кстати родственная тема:
http://www.chipmaker.ru/topic/11129/

а вот конкретные русскоязычные книги:

Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием
Автор: Одинцов Л. Г.
Издательство: Машиностроение
Год: 1987
Страниц: 328
Формат: djvu
Размер: 5.75 Мб

кстати в книгах по теории резания
тема возникновения наклепа тоже обсуждается

но исследования по превращению аустенита в мартенсит
во всех этих книгах если упомянуты то как-то вскользь...

а вот среди иностранных статей можно найти вполне конкретные исследования с конкретными данными, в том числе количественными.

среди русскоязычных статей такое тоже может попасться,
но я смог найти только англоязычное.

Хочу сразу всем напомнить. Аустенит присутствует во всех сталях даже после термообработке.
Если нашу ветку читают кузницы, то убедительно прошу их высказать свое мнение о нем.
В нашем случае происходят превращения при доводке, в тонком поверхностном слое стали.
Николай, когда Ящерицына удостоите вниманием?
Удачи!!!

С большим к Вам уважением, Дмитрич.

Вообще, коллеги, аустенит для меня до сих пор большая загадка. Он реагируе буквально на все, включая лигирующие элементы. Непредсказуем как женщина.
И как только Готфельду удалось собрать этот букет с резко вараженными свойствами - для меня остается загадкой.
ru.wikipedia.org

Originally posted by dmitrith:

Если нашу ветку читают кузницы, то убедительно прошу их высказать свое мнение о нем.

Спросил сегодня Пампуху И.Ю. (правда в торопях, увы)
получил ответ, что это было важно в старые времена,
когда были обычные стали, зачастую с ненормируемым хим. составом
теперь же, когда есть порошковые и высоколегированные стали
упрочнение с помощью оттяжки и холодной ковки стало малоактуальным.

Я так понимаю, что прирост полезных качеств
для многих современных сталей
не настолько велик по сравнению с трудоемкостью
и кропотливостью этих операций,
чтобы кузнецы стали этим заниматься.

Николай, интересно, а высоколегированные и порошки сейчас много кому доступны? Или пропали любители углеродки? Не знаю ни одного сплава стали, где бы ни обнаружили остаточный аустенит даже после закалки. Он везде, где есть сплав железа с углеродом.
Нашему общему знакомому, не хотел давать повода для продолжения флуда простой фразой - косы для упрочнения РК и повышения ее, стойкости умные люди отбивают, проще говоря, создают наклеп, в котором не последнее место занимают обсуждаемые фазовые превращения. Косы производятся из стали У8. Просто бисер пожалел.

С большим к Вам уважением, Дмитрич.

... кого эта тема не интересует,
кому она кажется излишней "теорией"...

Всех заинтересует до единого, если теория не останется теорией для теории, а будет указывать пути дальнейшего совершенствования.
Если из теории можно делать реальные практические выводы, то что может быть практичнее толковой теории?

В теме "Правка опасной бритвы" я уже пытался сделать практические выводы из теоретических положений Ящерицына, Зайцева и Барботько;
Дмитрич же писал:

Книга Ящерицына - не теория, но отчет о проделанной экспериментальной работе, и все что там написано - результат кропотливой работы авторов в лабораториях, на стендах, в цехах, но не теория, основанная на домыслах.

Тем лучше! Предлагаю предсказать:
каков будет реальный практический эффект
от быстрой правки с приличным нажимом
довольно мягкой бритвы-углеродки
на брезентовом ремне с меловой пастой,
лежащем на деревянной подложке?

Да не нужен Вам там приличный нажим. Паста ГОИ на ремне, это уже полировка, Суть наклепа пластические деформации и температура. При сильном нажиме у Вас под наклепом возникнет нагрев, и остыв, оставит под этим слоем участок с деформацией растяжения под слоем наклепа, а отсюда возможно отслоение самого слоя наклепа.
В этой книге почитайте о понятии <Апельсиновая кожа>.
mirknig.com

С большим к Вам уважением, Дмитрич.

Увы! Владимир Дмитрич прав: бритва после подобного эксперимента брить отказалась, а про резку волоса на весу и речи не было; побрился с грехом пополам лишь после длительной правки на чистом ремне. Пришлось перетачивать.
Про "апельсиновую корку" есть и у Ящерицына, Зайцева и Барботько, но корку я не сдирать мечтал, а, наоборот, нарабатывать.

у меня есть желание
сделать эту тему теоретической и концептуальной
т.е. обсуждать тут вопросы возможности, полезности и рамок в которых оно действительно может быть полезным.

предлагаю для обсуждения практики и экспериментов завести отдельную тему.

про изобретателя стали Robert Hadfield:
http://www.tilthammer.com/bio/hadf.html

http://en.wikipedia.org/wiki/Mangalloy

про сталь Гадфильда (англ.: Hadfield's Steel, Hadfield steel, Mangalloy, manganese steel):

Колубаев А.В., Колубаев Е.А., Сизова О.В. Об особенностях наноиндентирования поверхностного слоя стали Гадфильда после испытаний на трение // Письма в ЖТФ. - 2007. - Т. 33. - В. 24. - С. 16-23.

реферат статьи:

ОБ ОСОБЕННОСТЯХ НАНОИНДЕНТИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ СТАЛИ ГАДФИЛЬДА ПОСЛЕ ИСПЫТАНИЙ НА ТРЕНИЕ

Авторы А.В. Колубаев, Е.А. Колубаев, О.В. Сизова, Е.А. Алешина, Ю.Ф. Иванов, В.Е. Громов

Журнал Деформация и разрушение материалов
Издательство ООО "Наука и технологии"

Год выпуска 2007
ISSN 1814-4632
Номер 10
Страницы 22-27
Язык русский
Тип научная статья
Коды УДК: 669.15:620.179

Аннотация

Приведены результаты исследования структуры и нанотвердости деформированного поверхностного слоя стали Гадфильда, образовавшегося в условиях сухого трения скольжения. При наноиндентировании обнаружен эффект восстановления формы, деформированной в результате трения боковой поверхности образца, перпендикулярной поверхности трения. Обсуждается природа высокой износостойкости стали Гадфильда.

полный текст статьи: journals.ioffe.ru

получил несколько откликов
по поводу стали Гадфильда

Хотелось бы про Вас поправить, не в общем разделе, в начале этой темы есть фраза, я так понял не Ваша, "Небольшая информация к размышлению

Есть такая сталь ГОСТ - 110Г13Л - Сталь Гадфильда.

Ее невозможно обработать резанием и ковкой"

Хочу заметить, что данная сталь относительно хорошо обрабатывается резаньем на скоростях 140м/мин. Это не голословно, обрабатывал данную сталь на разных предприятиях России.

также узнал, что эта сталь легко поддается "горячей" ковке
и обычной традиционной абразивной обработке

например из неё в свое время делали метательные ножи
расковывая заготовку, а затем обычной абразивной шлифовкой
формируя спуски и кромку

Поскольку темы по практическим аспектам пока что нет (или я проглядел?), спрошу прямо тут.

Предположим, я сумел сделать грамотный наклёп на РК ножа - типа свой Dimond Blade - как я смогу это заметить? ))

Т.е. каким образом можно проверить наличие/отсутствие наклёпа на РК? Гвоздь построгать/порубить? Стекло поцарапать? Что-то ещё?

Originally posted by Gabriel_Fallen:

Предположим, я сумел сделать грамотный наклёп на РК ножа - типа свой Dimond Blade - как я смогу это заметить?

Граммотный наклеп... это что, заточкой что ли?
Насчет "заметить?", чуствуете, что после вашего вопроса образовалось молчание?
Так вот, выдвигать разные вкусные теории, горазды многие, а вот практически... это, как если бы вам предложили отведать покушать, лишь дав почитать о приготовлении какого нить блюда в книжке по кулинарии.

Originally posted by Gabriel_Fallen:

Предположим, я сумел сделать грамотный наклёп на РК ножа - типа свой Dimond Blade - как я смогу это заметить? ))

померить микротвердость по Викерсу или Кнупу до и после
если получился наклеп, то она непременно возрастет.

померить микротвердость по Викерсу или Кнупу до и после

И как это делается в домашних условиях?

В домашних условиях Вы должны после правильной заточки почувствовать увеличение стойкости РК (длительности удержания остроты).

Originally posted by kU:

В домашних условиях Вы должны после правильной заточки почувствовать увеличение стойкости РК (длительности удержания остроты).

кроме образование наклепа и превращения остаточного аустенита в мартенсит
есть более простая причина увеличения прочности
при хорошей качественной доводке
--- доводка убирает все дефекты поверхности,
которые являются концентраторами напряжения
и провокаторами сколов и вмятин

сейчас есть методы плазменного воздействия на поверхность деталей
они как-бы оплавляют очень тонкий поверхностный слой
производя результат похожий на доводку
эти методы также дают значительное увеличение прочности

кроме образование наклепа и превращения остаточного аустенита в мартенсит
есть более простая причина увеличения прочности
при хорошей качественной доводке
--- доводка убирает все дефекты поверхности,
которые являются концентраторами напряжения
и провокаторами сколов и вмятин

Браво, Николай!

+ 100

С большим к Вам уважением, Дмитрич

За эту методу заточки в свое время ухватился Сами Знаете Кто.
это ЗАТОЧКА ЛЕЗВИЙ МЕТОДОМ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ВИБРОКОВКИ.
http://melitak.ru/techproc021.html
Тут помимо рекламы тоже есть информация
youtube.com
с 1.53

Может быть кто ни будь слышал отзывы о действительных характеристиках РК полученных этим методом.

С большим к Вам уважением, Дмитрич

У меня знакомый работает в лаборатории МАИ, занимающейся всяким УЗ инструментом типа ножей для резания изоляции подводных кабелей. Они себе УЗ точилку соорудили лет эдак 15-20 назад. Работает. О выдающихся св-вах говорить не приходится, но это следствие метода или конкретного аппарата - ХЗ. Они довольны и большего им не надо.

На схеме Мелиты нарисована какая-то ересь. Закаливать клинок после заточки?... . А химическая полировка после заточки это как????

Originally posted by kU:
На схеме Мелиты нарисована какая-то ересь. Закаливать клинок после заточки?... . А химическая полировка после заточки это как????

Думаю это пиар.. . "Никто так не делает, а МЫ делаем! И вы жеж посмотри ЧТО у нас получается!!!"

Originally posted by kU:

На схеме Мелиты нарисована какая-то ересь. Закаливать клинок после заточки?... . А химическая полировка после заточки это как????

кстати заточку их ножи держат плохо, что заводскую, что всякую другую.
я их накупил в своё время штук пять разных...

Ну очевидно что технологи и дизайнеры это суть разные существа Скорее всего тупой дизайнер откопировал цифру с температурой и все. А если убрать цифру и переназвать отпуск то вроде как и нормальная технология.
А полировкой наверняка назвали травление узора или логотипа
Слишком буквально воспринимать картинки из сети не следует - это же не технологическая карта с производства.

Опять же не совсем понятно что за технология - там же есть и разновидности оной. Если это примерно то же что у кого то из импортников, чем был доволен калифорниец (ссылка есть на производителя у него на сайте). То там была видюшка процесса. Бойки из твердосплава вращаются и за счет трения (наверняка там генератор ультразвука тоже был) разогревают до практически закалочных температур и одновременно деформируют. Это я к тому что после такой ковки там еще не одна термоабработка нужна Т.е. вопреки нашему пониманию там наклеп не на холодную, там метал красный и течет чуть ли не как река

Добавлю.
Вот сайт тех о ком я говорил но у меня видюшку не отображает нонче у них diamondbladeknives.com
ВОт по сути таже технология - сврка трением. youtube.com - видюшка которая была на сайте по сути была точ в точ, смотреть во второй половине видео.

Дело в том, что попросили заточить нож, якобы с такой прежней заточкой, но на подводах присутствуют риски приблизительно от 3000 г.
ИМХО это просто какой-то рекламный ход.
Прочитав Ваши высказывания, в этом убедился больше.
Дело в том, что, как мне ивестно, наклеп дает рост зерна при нагреве (Алексей поправте меня, если путаю), ну и что он тогда получит на кромке после ТО, пусть даже нагреет в соляной ванне, чтоб углерод сохранить. Но ножи для военных должны быть зонной закалки иначе грош им цена, как же тогда он сохраняет углерод в районе РК.
На ноже, который мне дали на заточку бархатный надфиль подвод не берет, но берет в районе обуха близь пятки. Не понятки какие-то. Вроде и заточен он был ранее на водниках.
Может это все у них как обдирочная операция перед закалкой, с последующей после нее заточкой?

С большим к Вам уважением, Дмитрич

тут все смешалось в какую-то кучу.
Знаю, что ултразвуковой метод заточки и упрочнения РК существует (картинка с сайта Мелиты этому примерно соответствует), но именно заточки, а не формирования спусков.
Про метод формирования спусков ултразвуковой ковкой, да еще нахолодную, не слышал.
Указанная химическая полировка в качестве завершающей операции слижет любую заточку напрочь.
Еще важный момент: после первой же хорошей переточки весь упрочненный слой снимется. Т.е. нож фактически превращается в одноразовый. Хотя для военных ножей это, может быть, и целесообразно.
Риски на клинке могут быть отпечатками поверхности бойков.

Отпечатки бойков от следа абразива, как-нибудь, отличу особенно после хим. полировки.
Получение лезвий безопасных бритв, таким образом, понятна - твердость у ленты ниже и наклеп упрочняет ленту. Кстати никто этих лезвий не видел и не юзал, по крайней мере мне это неизвестно, может, кто пробовал?
Спасибо Алексей за пояснения, буду рыть дальше, сдается мне мути тут много, постараюсь ее осадить.

С большим к Вам уважением, Дмитрич