Механизмы деформации и разрушения ферритно-мартенситной стали ЭК-181 : влияние нано(субмикро-)структурного поверхностного слоя

• Автор: Синякова, Елена Александровна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 152 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. МЕТОДЫ НАНОСТРУКТУРИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ

1.1 Введение

1.2 Изменение структуры и фазового состава материалов под действием ультразвуковой ударной обработки

1.3 Обработка поверхностных слоев электронными и ионными пучками

1.3.1 Воздействие электронными пучками

1.3.2 Обработка поверхностных слоев ионными пучками

1.4 Ионно-плазменное азотирование

1.5 Постановка задачи 3

2 МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТА

2.1 Материал исследований
2.2 Методы исследований
3 ФОРМИРОВАНИЕ НАНО(СУБМИКРО-) КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ В ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЯХ СТАЛИ ЭК-181 В ПРОЦЕССЕ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКИ
3.1 Микроструктурные исследования стали, подвергнутой ультразвуковой обработке
3.2 Влияние ультразвуковой обработки на механические характеристики
стали
3.3 Обсуждение результатов
3.4 Выводы
4 ВЛИЯНИЕ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКИ НА ЭВОЛЮЦИЮ МИКРОСТРУКТУРЫ И МОРФОЛОГИИ ПОВЕРХНОСТИ СТАЛИ ЭК-181 В ПРОЦЕССЕ МЕХАНИЧЕСКОГО НАГРУЖЕНИЯ б
4.1 Изменение микроструктуры стали в процессе механического нагружения
4.1.1 Микроструктура стали ЭК-181, подвергнутой стандартной термообработке

4.1.2 Микроструктура стали ЭК-181 с промежуточной ультразвуковой обработкой
4.2 Исследование деформационного рельефа, формирующегося на поверхности образцов стали ЭК-181, в процессе одноосного растяжения
4.2.1 Локализованный характер пластической деформации нагруженных образцов
4.2.2 Зависимость складчатых структур от толщины упрочненного слоя и степени деформации
4.3 Закономерности макролокализации деформации и образование шейки
4.4 Фрактографические исследования стали ЭК-181 в исходном состоянии и с нано(субмикро-)структурными поверхностными слоями
4.5 Обсуждение результатов
4.6 Выводы
5 ФОРМИРОВАНИЕ ТЕРМИЧЕСКИ СТАБИЛЬНЫХ НАНОСТРУКТУРНЫХ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ В СТАЛИ ЭК-
5.1 Влияние температуры старения на формирование в стали карбидных и интерметаллидных фаз
5.2 Влияние ионно-плазменного азотирования на микроструктуру и механические характеристики стали ЭК-
5.3 Наноструктурирование поверхностных слоев стали ЭК-181 путем облучения электронными и ионными пучками
5.3.1 Облучение стали ЭК-181 низкоэнергетическими электронными пучками
5.3.2 Облучение стали ЭК-181 ионными пучками циркония
5.3.2.1 Микроструктурные исследования поверхностных слоев стали, подвергнутой обработке ионными пучками
5.3.2.2 Особенности деформации и разрушения поверхностных слоев стали ЭК-181, подвергнутых облучению ионами циркония
5.3.2.3 Влияние обработки пучками ионов Ъх" на механические характеристики стали ЭК-
5.3.2.4 Влияние термического отжига на структуру и механические свойства стали ЭК-181 с модифицированными поверхностными слоями

5.4. Обсуждение результатов
5.5 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

диффузионной зоны тем выше, чем ниже температура предварительного отпуска стали.
В случае азотирования нормализованной стали 40Х, структура которой в исходном состоянии (после отжига 830 °С) состоит из зерен перлита пластинчатой и глобулярной морфологии и зерен структурно свободного феррита, в поверхностном слое формируются частицы нитрида железа состава Ре2_3Х и у'-Ре4М. Частицы имеют округлую форму и располагаются в зернах свободного феррита на дислокациях [88].
Как правило, формирующаяся структура азотированного слоя не является однородной по толщине. Анализ структуры стали 38Х2МЮА, прошедшей азотирование, показал наличие карбонитридной зоны и нитридной зоны, состоящей из нитридов основного металла и легирующих элементов, а так же а-фазу, насыщенную азотом. Структура карбонитридной и нитридной зоны ультрамелкозернистая, а переход от азотированного слоя к нижележащим слоям плавный. Исследование фазового состава поверхности и зоны внутреннего азотирования методом РСА выявило после азотирования рефлексы в-фазы, Ре2. з(И,С), у'-фазы (Ре414), Ре4(И,С), а также фаз, состоящих из нитридов и карбонитридов хрома (Сг14, Сг(Ы,С), Сг2М, Сг2(1Ч,С)) [88,89].
В [90] на примере стали 40Х показано, что замедление процесса азотирования связано с образованием на поверхности образцов достаточно толстой пленки оксида Ре304, возможно, образовавшегося из-за недостаточной очистки азота. Однако, несмотря на наличие поверхностных слоев оксида, скорость азотирования остается достаточно высокой. В аустенитной стали 12Х18И10Т наоборот образование нитридов и оксидов на поверхности ускоряет процесс азотирования за счет стимулирования в деформированной матрице превращения у-фазы (аустенита) в а-фазу (азотистый феррит).
Азотирование ферритно-перлитных сталей 45 и 40Х приводит к образованию на поверхности сплошного «белого» слоя у'-фазы толщиной до 9-12 мкм с высоким значением микротвердости. Под ним располагается а-фаза (твердый раствор азота в феррите), состоящая из светлых зерен, перемешанных с темными зернами перлита в пределах 300 мкм. Авторами показано, что толщина азотируемого слоя увеличивается со временем неоднородно. В начальные момент