Влияние алюминия на механизмы деформации, деформационное упрочнение и разрушение высокопрочных монокристаллов стали Гадфильда

• Автор: Захарова, Елена Геннадьевна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 239 с. : ил.

Глава 1. Основные закономерности упрочнения ГЦК материалов при скольжении и двоГшиковашш

1.1. Основные закономерности механического двойникования в ГЦК материалах

1.2. Модели зарождения и роста деформационных двойников

1.3. Механизмы взаимодействия двойникования и скольжения и модели упрочнения

при множественном двойпиковании

1.4. Влияние легирования на закономерности деформационного упрочнения и тип развивающейся дислокационной структуры ГЦК материалов при скольжении

1.5. Природа деформационного упрочнения стали Гадфильда

Глава 2. Постановка задач. Выбор материала исследования. Методика эксперимента

2.1. Постановка задач исследования. Выбор материала для исследования

2.2. Материал и методика проведения эксперимента

Глава 3. Исследование ориентационной н температурной зависимостей критических скалывающих напряжений в монокристаллах аустенитнон стали Гадфнльда Ге-13Мн-1.3С, Fe-13Mn-2.7Al-l.3C
3.1. Температурная и ориентационная зависимости критических скалывающих напряжений в монокристаллах сталей Ге-13Мп-1.3С, Fe-13Mn-2.7Al-l.3C
3.1.1. Температурная зависимость ткр в монокристаллах Ге-13Мп-1.3С, Ге-13Мп-2.7А1-1.3С
3.1.2. Ориентационная зависимость ткр и механизма деформации (скольжение, двойннкование)
3.2. Анализ температурной, концентрационной и ориентационной зависимостей критических скалывающих напряжений в монокристаллах сталей Ге-13Мп-1.3С, Ге-13Mn-2.7Al-l.3C
3.2.1. Анализ температурной и концентрационной зависимостей ткр в
монокристаллах сталей Ге-13Мп-1.3С, Fe-13Mn-2.7Al-l.3C
3.2.2. Ориентационная зависимость критических скалывающих напряжений
3.2.2.1. «Нулевая» стадия пластической деформации
3.2.2.2. Ориентационная зависимость первого типа (ориентационная зависимость величины расщепления дислокаций в поле внешних приложенных напряжений)
3.2.2.3. Ориентационная зависимость второго типа (ориентационная зависимость механизма деформации - скольжение/двоГшикованне)
Глава 4. Ориентационная зависимость деформационного упрочнения и дислокационной структуры при растяжении монокристаллов сталей Гс-13Ми-1.3С, Fe-13Mn-2.7Al-l.3C

4.1. Ориентационная зависимость стадийности пластического течения, коэффициентов деформационного упрочнения, механизма деформации и дислокационной структуры монокристаллов [Oil], [l44], [ill] сталей Fe-13Mn-1.3С, Fc-13Mn-2.7Al-l.3C при растяжении при комнатной температуре
4.1.1. Закономерности упрочнения и дислокационная структура [oil], [l44], [l 11] монокристаллов стати Fe-13Mn-1.3C при растяжении
4.1.2. Закономерности деформационного упрочнения н взаимосвязь дислокационной структуры и свойств [Oil], [ill] монокристаллов стали Fe-13Mn-2.7А1-1.3С при растяжении
4.1.3. Влияние алюминия на механические свойства и скорость деформационного упрочнения [Oil], [ill] монокристаллов стали Fe-13Mn-1.3C при растяжении
4.2. Ориентационная зависимость стадийности пластического течения, коэффшцнентов деформационного упрочнения и механизма деформации монокристаллов [123], [012], [l 13], [OOl] сталей Fe-13Mn-1.3C, Fe-13Mn-2.7Al-l.3C при растяжении при комнатной температуре
4.2.1. Закономерности упрочнения и дислокационная структура [l 23], [012], [l 1 з], [OOl] монокристаллов стали Fe-13Mn-1.3C при растяжении
4.2.2. Закономерности упрочнения и дислокационная структура [Т23], [OOl] монокристаллов стати Fc-13Mn-2.7Al-l.3C при растяжении
4.2.3. Влияние алюминия на механические свойства и скорость деформационного упрочнения [Т2з], [001] монокристаллов стали Fe-13Mn-1.3C при растяжении
Глава 5. Температурная зависимость вида кривых течения, скорости деформационного упрочнения, . механизма дефюрмации - скольжения и двойникования, и разрушения в монокристаллах сталей Fe-13Mn-1.3C, Fe-13Mn-2.7А1-1.3С
5.1. Температурная зависимость стадийности пластического течения,
коэффициентов деформационного упрочнения и механизма деформации
монокристаллов стати Fc-13Mn-1.3C при растяжении
5.2. Температурная зависимость стадийности пластического течения,
коэффициентов деформационного упрочнения н механизма деформации
монокристаллов стати Fe-13Mn-2.7Al-l.3C с алюминием
5.3. Температурная и ориентационная зависимость разрушения в монокристаллах статей Fe-13Mn-1.3C и Fe-13Mn-2.7Al-l.3C при растяжении
Глава 6. Локализация пластической деформации при сжатии [111] монокристаллов
сталей Fe-13Mn-1.3C и Fc-13Mn-2.7Al-l.3C
Выводы
Список литературы

Одним из приоритетных классов конструкционных материалов являются высокопрочные аустенитные стали с азотом н углеродом, используемые при конструировании оборудования для нефтяной, газовой, горнообрабатывающей промышленности, а также в тяжелом машиностроении. Современная промышленность предъявляет высокие требования к прочности и пластичности используемых материалов. Возможность продолжительной эксплуатации деталей машин и нх долговечность во многих случаях связаны с износостойкостью материала, которая определяется способностью материала к наклепу и высокой твердостью. Существует высокомарганцевая аустенитная сталь, которая при невысокой твердости после закалки обладает высокой износоустойчивостью. Это сталь Гадфильда, названная так по имени своего изобретателя Роберта Гадфильда, который в 1882 году определил ее состав как Fc-13%Мп-1.2%С (мае. %). При относительно невысокой твердости сталь Гадфильда обладает аномально высокой износоустойчивостью при трении с давлением и ударами. Из стали изготавливают зубья ковшей экскаваторов, траки гусениц тракторов и танков, железнодорожные крестовины, детали камнедробилок, то есть те детали, где трение сопровождается ударами и большим давлением [1-8].
Сильное упрочнение стали Гадфильда при пластической деформации может быть связано с образованием мартенсита деформации, однако экспериментальные исследования показа, что даже при больших степенях деформации и при низких температурах деформирования, количество мартенсита не превышает 0,5-1,5%. Такая доля мартенсита не может внести существенного вклада в упрочнение [2,9]. Исследования структуры поликристаллов показали, что при равной степени деформации, блоки мозаики стали Гадфильда дробятся в большей степени, чем в других аустенитных сталях. До сих пор однозначно не установлено, чем это обусловлено. С одной стороны, интенсивным двойникованием, которое обнаружено в стали Гадфильда при комнатной температуре деформации: двойники служат препятствием движению дислокаций, и, следовательно, уменьшают эффективный размер зерна, разбивают зерно на более мелкие субзерна, вызывая тем самым измельчение структуры. С другой стороны, углерод в стали Гадфильда оказывается подвижным при температурах выше -25°С, и эффекты деформационного старения способствуют накоплению дислокаций в материале и оказывают более существенный вклад в упрочнение по сравнению с материалами, где атомы внедрения неподвижны [9-14]. Разделить и оценить эффективность вклада в упрочнение от двойникования и закрепления дислокаций атомами внедрения в

* упрочнением, как при деформации ГЦК сплавов при множественном скольжении, приводит к линейности диаграмм растяжения до больших степенен деформации и препятствует образованию шейки. Трансмиссионная электронная микроскопия показала существование широких дефектов упаковки и правильные стопки дефектов упаковки после небольшой деформации скольжением. Сделан вывод о том, что особенностью деформации монокристаллов стали Гадфильда является то, скольжение осуществляется расщепленными дислокациями (за счет низкой энергии дефекта упаковки) и пробег дислокаций в кристалле ограничен не полем других дислокаций, а пересечением ими
* дефектов упаковки и двойников. По мнению авторов [9] предполагаемые сегрегации Судзуки на дефектах не являются определяющими и упрочнение «по типу стали Гадфильда» представляет собой процесс с неизвестным механизмом.
Р. H. Adler и др. [13] исследовали упрочнение поликристаллов стали Гадфильда при растяжении и сжатии в широком интервале температур (77-523)К и показали, что основной характеристикой стали Гадфильда является ярко выраженное двойникование с ранних степеней деформации. Деформационное двойникование слабо зависит от
температуры испытания в исследуемой области температур и определяется оптимальным для стали содержанием марганца, обеспечивающим низкую энергию дефекта упаковки по сравнению с ГЦК железом (рис. 1.23). Эти данные опровергают предположение [9] о том, что при 7>250°С деформационное упрочнение определяется только эффектами динамического
* деформационного старения, а двойникование подавлено. Понижение скорости деформационного упрочнения на малых степенях деформации с понижением температуры объяснено с точки зрения роста скорости двойникования при уменьшении температуры деформации и сопутствующим этому эффектом динамического разупрочнения, связанного с двойннкованием как механизмом деформации. Последующее увеличение скорости деформации при больших с связано со статическим упрочнением микроструктуры двойников. Дополнительным фактором, приводящим к аномальному повышению скорости упрочнения стали Гадфильда, авторы считают образование
« «иссвдодвойниковой» фазы. Двойниковая дислокация переводит атомы углерода,
Рисунок 1.23. Изменение энергии дефекта упаковки Ге при легировании марганцем [13]