·1044· 工程科学学报，第41卷，第8期 (2)根据压缩载荷随位移变化特点，本文以位 理工大学，2016) 移7.0mm(对应试样的相对压下量为58.3%)为分 [4]Inam A,He K J,Edmonds D V.Graphitisation:a potential new 界点，将试验钢的压缩变形过程分为两个阶段.在 route to free-machining steels//HSLA Steels 2015,Microalloying 2015 and Offshore Engineering Steels 2015.Hangzhou,2015:817 位移≤7.0mm的压缩变形阶段，载荷、试样的鼓度 [5]Inam A,Brydson R,Edmonds D V.Effect of starting microstruc- 值、试样端面的径向伸长率逐渐增加，当位移量为 ture upon the nucleation sites and distribution of graphite particles 7.0mm时，试样的鼓度值达到极大值(14.6%)，试 during a graphitising anneal of an experimental medium-carbon ma- 样端面的径向伸长率为40.5%，试样中心位置的维 chining steel.Mater Charact,2015,106:86 氏硬度增幅为38.1HV,是试样三个不均匀变形区 [6]Mokhtari A,Rashidi A M.The transformation of CK45 steel to the dual phase graphite steel and the study of its microstructure.Indi- 增幅最大的区域：而在位移>7.0mm的压缩阶段， an J Fundam Appl Life Sci,2015,5(Suppl 2):1749 载荷呈指数增加，试样的鼓度值从极大值开始逐渐 [7]Yin YY,Fang F,Yan X,et al.Microstructure and properties of 减小，当位移达到10.72mm时（相对压下量为 environmental graphitized free-cutting steel.Trans Mater Heat 89.3%),试样端面的径向伸长率相比于位移7.0 Treat,2013,34(4):133 mm时增加了83.1%，其中心位置的维氏硬度增幅 (尹云洋，方芳，严翔，等.环保石墨易切削钢的组织及性能 材料热处理学报，2013,34(4)：133) 为32.7HV,是试样三个不均匀变形区增幅最小的 [8]Rounaghi S A,Kiani-Rashid A R.A study on graphitisation accel- 区域.上述数据表明，在位移≤7.0mm的压缩过程 eration during annealing of martensitic hypereutectoid steel.Phase 中，压缩试样内的三个不均匀变形区的位置与传统 Transitions,2011,84(11-l2）:981 模型一致，但是当变形进入位移>7.0mm的压缩过 [9]Zhang Y J,Han JT,Wang QL,et al.Research and development 程中，传统压缩模型中试样中心位置的大变形区此 of graphitized hypoeutectoid free cutting steel.Iron Steel,2008, 43(8):73 时已不再是变形程度最大的变形区了.正因这种不 (张永军，韩静涛，王全礼，等.亚共析石墨化易切削钢的开 均匀变形区变形程度的改变导致了变形过程中载荷 发.钢铁，2008,43(8)：73) 的急剧增加和鼓形值的减低，这也使试样内不均匀 [10]Zhang Y J.Han JT.Wang QL.et al.Graphitization process of 变形区之间的变形程度逐渐接近，即试样的不均匀 medium-Carbon steel.Mater Sci Technol,2009,17(6):750 变形程度逐渐降低. (张永军，韩静涛，王全礼，等.中碳钢的石墨化过程.材料 科学与工艺，2009,17(6)：750) (3)压缩试样内部组织中石墨粒子与铁素体基 [11]Iwamoto T,Murakami T.Bar and wire steels for gears and valves 体的微观变形量的统计结果显示，在压缩变形过程 of automobiles-eco-friendly free cutting steel without lead addi- 中，压缩试样3个不均匀变形区中的石墨粒子的变 tion.JFE Techn Rep,2004(4):74 形量总是高于铁素体基体.本文认为，这与石墨粒 [12]Ji G J,Peng Y H,Ruan X Y.Experimental study on metal free 子的结构特点有关，即与石墨简单六方结构中层与 upsetting.Metal Forming Technol,1999(5):23 (嵇国金，彭颖红，阮雪榆。金属自由缴粗的实验研究.金属 层之间易于滑动，以及硬度较低有关. 成形工艺.1999(5)：23) [13]Kudo H,Aoi K.Effect of compression test condition upon fractu- 参考文献 ring of a medium carbon steel.J Jpn Soc Tech Plast,1967,8: [1]Chen X Y,Cao JC,Zhou X L.Effect of heat treatment on micro- 17 structure of graphitized free-cutting steel.Hot Working Technol, [14]Lee P W,Kuhn H A.Fracture in cold upset forging-a criterion 2017,46(4):234 and model.Metall Trans,1973,4(4):969 (陈宣宇，曹建春，周晓龙.热处理对石墨易切削钢显微组织 [15]Dodd B,Bai Y L,Zhang Z X.A review of free surface cracking 的影响.热加工工艺，2017,46(4)：234) in upset forging.Chin J Theor Appl Mech,1981(5):474 [2]Gao J X,Wei B Q,Li DD,et al.Nucleation and growth charac- (Dodd B,白以龙，张志新.关于镦粗锻造中自由表面开裂 teristics of graphite spheroids in bainite during graphitization an- 的综述.力学学报，1981(5)：474) nealing of a medium carbon steel.Mater Charact,2016,118:1 [16]Xu S Q,Chen Z Y,Zhang S Y.Research on the relation be- [3]Chen X Y.Study on Graphitization Technology of Medium Carbon tween bulging and friction in cylinder upsetting.Forging Stam- Steel Dissertation].Kunming:Kunming University of Science ping Technol,2004(5):46 and Technology,2016 (许树勤，陈志英，张善元.镦粗试验中鼓度与摩擦的相关 (陈宣宇.中碳钢的石墨化工艺研究[学位论文].昆明：昆明 性研究.锻压技术，2004(5)：46)工程科学学报,第 41 卷,第 8 期 (2)根据压缩载荷随位移变化特点,本文以位 移 7郾 0 mm(对应试样的相对压下量为 58郾 3% )为分 界点,将试验钢的压缩变形过程分为两个阶段. 在 位移臆7郾 0 mm 的压缩变形阶段,载荷、试样的鼓度 值、试样端面的径向伸长率逐渐增加,当位移量为 7郾 0 mm 时,试样的鼓度值达到极大值(14郾 6% ),试 样端面的径向伸长率为 40郾 5% ,试样中心位置的维 氏硬度增幅为 38郾 1 HV,是试样三个不均匀变形区 增幅最大的区域;而在位移 > 7郾 0 mm 的压缩阶段, 载荷呈指数增加,试样的鼓度值从极大值开始逐渐 减小,当 位 移 达 到 10郾 72 mm 时 ( 相 对 压 下 量 为 89郾 3% ),试样端面的径向伸长率相比于位移 7郾 0 mm 时增加了 83郾 1% ,其中心位置的维氏硬度增幅 为 32郾 7 HV,是试样三个不均匀变形区增幅最小的 区域. 上述数据表明,在位移臆7郾 0 mm 的压缩过程 中,压缩试样内的三个不均匀变形区的位置与传统 模型一致,但是当变形进入位移 > 7郾 0 mm 的压缩过 程中,传统压缩模型中试样中心位置的大变形区此 时已不再是变形程度最大的变形区了. 正因这种不 均匀变形区变形程度的改变导致了变形过程中载荷 的急剧增加和鼓形值的减低,这也使试样内不均匀 变形区之间的变形程度逐渐接近,即试样的不均匀 变形程度逐渐降低. (3)压缩试样内部组织中石墨粒子与铁素体基 体的微观变形量的统计结果显示,在压缩变形过程 中,压缩试样 3 个不均匀变形区中的石墨粒子的变 形量总是高于铁素体基体. 本文认为,这与石墨粒 子的结构特点有关,即与石墨简单六方结构中层与 层之间易于滑动,以及硬度较低有关. 参 考 文 献 [1] Chen X Y, Cao J C, Zhou X L. Effect of heat treatment on micro鄄 structure of graphitized free鄄cutting steel. Hot Working Technol, 2017, 46(4): 234 (陈宣宇, 曹建春, 周晓龙. 热处理对石墨易切削钢显微组织 的影响. 热加工工艺, 2017, 46(4): 234) [2] Gao J X, Wei B Q, Li D D, et al. Nucleation and growth charac鄄 teristics of graphite spheroids in bainite during graphitization an鄄 nealing of a medium carbon steel. Mater Charact, 2016, 118: 1 [3] Chen X Y. Study on Graphitization Technology of Medium Carbon Steel [ Dissertation]. Kunming: Kunming University of Science and Technology, 2016 (陈宣宇. 中碳钢的石墨化工艺研究[学位论文]. 昆明: 昆明 理工大学, 2016) [4] Inam A, He K J, Edmonds D V. Graphitisation: a potential new route to free鄄machining steels / / HSLA Steels 2015, Microalloying 2015 and Offshore Engineering Steels 2015. Hangzhou, 2015: 817 [5] Inam A, Brydson R, Edmonds D V. Effect of starting microstruc鄄 ture upon the nucleation sites and distribution of graphite particles during a graphitising anneal of an experimental medium鄄carbon ma鄄 chining steel. Mater Charact, 2015, 106: 86 [6] Mokhtari A, Rashidi A M. The transformation of CK45 steel to the dual phase graphite steel and the study of its microstructure. Indi鄄 an J Fundam Appl Life Sci, 2015, 5(Suppl 2): 1749 [7] Yin Y Y, Fang F, Yan X, et al. Microstructure and properties of environmental graphitized free鄄cutting steel. Trans Mater Heat Treat, 2013, 34(4): 133 (尹云洋, 方芳, 严翔, 等. 环保石墨易切削钢的组织及性能. 材料热处理学报, 2013, 34(4): 133) [8] Rounaghi S A, Kiani鄄Rashid A R. A study on graphitisation accel鄄 eration during annealing of martensitic hypereutectoid steel. Phase Transitions, 2011, 84(11鄄12): 981 [9] Zhang Y J, Han J T, Wang Q L, et al. Research and development of graphitized hypoeutectoid free cutting steel. Iron Steel, 2008, 43(8): 73 (张永军, 韩静涛, 王全礼, 等. 亚共析石墨化易切削钢的开 发. 钢铁, 2008, 43(8): 73) [10] Zhang Y J, Han J T, Wang Q L, et al. Graphitization process of medium鄄Carbon steel. Mater Sci Technol, 2009, 17(6): 750 (张永军, 韩静涛, 王全礼, 等. 中碳钢的石墨化过程. 材料 科学与工艺, 2009, 17(6): 750) [11] Iwamoto T, Murakami T. Bar and wire steels for gears and valves of automobiles鄄eco鄄friendly free cutting steel without lead addi鄄 tion. JFE Techn Rep, 2004(4): 74 [12] Ji G J, Peng Y H, Ruan X Y. Experimental study on metal free upsetting. Metal Forming Technol, 1999(5): 23 (嵇国金, 彭颖红, 阮雪榆. 金属自由镦粗的实验研究. 金属 成形工艺, 1999(5): 23) [13] Kudo H, Aoi K. Effect of compression test condition upon fractu鄄 ring of a medium carbon steel. J Jpn Soc Tech Plast, 1967, 8: 17 [14] Lee P W, Kuhn H A. Fracture in cold upset forging鄄a criterion and model. Metall Trans, 1973, 4(4): 969 [15] Dodd B, Bai Y L, Zhang Z X. A review of free surface cracking in upset forging. Chin J Theor Appl Mech, 1981(5): 474 (Dodd B, 白以龙, 张志新. 关于镦粗锻造中自由表面开裂 的综述. 力学学报, 1981(5): 474) [16] Xu S Q, Chen Z Y, Zhang S Y. Research on the relation be鄄 tween bulging and friction in cylinder upsetting. Forging Stam鄄 ping Technol, 2004(5): 46 (许树勤, 陈志英, 张善元. 镦粗试验中鼓度与摩擦的相关 性研究. 锻压技术, 2004(5): 46) ·1044·