Эволюция дислокационного ансамбля, внутренние поля напряжений и фазовые превращения при пластической деформации сталей с различной структурой

• Автор: Попова, Наталья Анатольевна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 297 с. : ил.

1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СТРУКТУРЕ И ФАЗОВОМ СОСТАВЕ СТАЛЕЙ
1.1. Кристаллическая структура и фазовый состав аустенитных сталей
1.2. Структура и фазовый состав перлитных сталей
1.3. Структура мартенситной стали и превращения в ней при закалке и отпуске
1.4. Структурные уровни деформации стали
1.5. Сведения о разрушении и превращении карбидов
1.6. Термодинамика процессов перераспределения атомов углерода
1.7. Механизм разрушения цементита
1.8. Постановка задачи
2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Материал исследования
2.2. Деформация образцов
2.3. Методики структурных исследований
2.4. Методика количественной обработки результатов исследования
3. СТРОЕНИЕ ЗЕРНА И МЕЗОУРОВЕНЬ
3.1. Структурный уровень «Зерно»
3.2. Мезоуровень - «Часть зерна». Структура, возникшая в ходе фазовых превращений
3.3. Мезоуровень - «Часть зерна». Структура деформационного происхождения
3.4. Структурный подуровень — «Отдельный кристаллит»
3.5. Структурный подуровень - «Прослойки и частицы карбидов по границам зерен»
3.6. Выводы к гл.З
4. СТРУКТУРНЫЙ УРОВЕНЬ «ДИСЛОКАЦИОННЫЙ АНСАМБЛЬ»
4.1. Фрагментированная структура
4.2. Стабильность фрагментированной двухфазной структуры
4.3. Степень деформации, размер фрагментов и дифракционная картина
4.4. Сетчатая и ячеистая субструктуры
4.5. Избыточная плотность дислокаций, локальная картина полей напряжений и кривизна-кручение кристаллической решетки вблизи различных особенностей дефектной структуры сталей
4.6. Изгиб-кручение кристаллической решетки в разных сталях
4.7. Выводы к гл.4
5. СТАДИИ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ. ЭВОЛЮЦИЯ СУБСТРУКТУРЫ
5.1. Стадии пластической деформации
5.2. Эволюция дислокационной структуры и ее связь со стадиями пластической деформации
5.3. Количественные параметры дислокационной субструктуры и стадии деформации
5.4. Выводы к гл.5
6. ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ В КАРБИДНОЙ ПОДСИСТЕМЕ И ИХ СВЯЗЬ
С СУБСТРУКТУРОЙ
6.1. Разрушение карбидов и их образование при деформации мартенситной стали. Поведение карбидов в материале в целом
6.2. Поведение карбидов в материале на различных структурных уровнях
6.3. Механизм взаимодействия карбидов с дислокационной подсистемой в мартенситной стали 34ХНЗМФА при деформации
6.4. Изменение позиций атомов углерода в кристаллической решетке и на дефектах при пластической деформации мартенситной стали
6.5. Корреляция субструктурных и фазовых превращений в мартенситной стали
6.6. Выводы к гл.6
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
Стали в практике человечества применяются давно и также давно исследуются. Материаловедение сталей интенсивно начало развиваться с XIX века и во все ускоряющемся темпе продолжает развиваться. К середине XX века усилиями школы академика Г.В. Курдюмова начало развиваться физическое материаловедение стали. Во многом большую роль сыграло применение рентгеноструктурного метода исследования и метода просвечивающей электронной микроскопии. Именно применение этих методов позволило исследовать тонкую структуру сталей, классифицировать ее и выявить закономерности фазовых превращений. Во-первых, необходимо отметить особые успехи в исследовании мартенситных превращений, в особенности пакетного и пластинчатого мартенсита в сталях с различной концентрацией углерода. Здесь большие заслуги принадлежат Свердловской и Московской школам. Необходимо особо указать фамилии В.Г. Курдюмова, Л.М. Утевского, В.М. Счастливцева, В.И. Изотова, М.Е. Блантера, В.В. Рыбина и др., украинских ученых: В.И. Трефилова, В.Н. Гриднева, М.В. Белоуса, Ю.Я. Мешкова, В.Г. Гаврилюка. Среди зарубежных ученых необходимо отметить Дж. Томаса, А.Р. Мардера, Ц. Нишияму, Г. Крауса, Бадиши и др. Во-вторых, интенсивному исследованию подверглась перлитная сталь. Большую роль здесь сыграли Багаряцкий, В. Питч, Г.Д. Сухомлин, И.И. Долженков, Л.И. Тушинский, A.A. Батаев. Наконец, аустенитные стали. Здесь следует отметить Р.В.К. Хоникомба, Бейна, Т.Д. Эйсмонда, Л.И. Лысака, И.Н. Богачева, В.В. Сагарадзе, А.Т. Уварова.
Интенсивные успехи физического материаловедения сталей создали основы науки о их прочности, которые продолжают интенсивно развиваться в настоящее время. В то же время ряд важных вопросов в физическом материаловедении сталей не получил надлежащего развития. В этой связи необходимо отметить явно недостаточное внимание к дислокационной структуре сталей и ее эволюции в ходе деформации и термической обработки. Особенно это касается количественных параметров дислокационного ансамбля. Исследование внутренних полей напряжений, особенно локальных, в сталях различного класса к моменту начала работы было выполнено недостаточно.
Настоящая работа была начата ~30 лет назад. К моменту ее начала стадии пластической деформации в ОЦК материалах, и особенно сталях, вообще не были исследованы. Благодаря ГЦК материалам (см. работы Р. Бернера и Г. Кронмюллера, Дж.Ф. Белла, JI.E. Попова, H.A. Коневой) стадийность процессов в ходе пластической деформации и возврата явилась важной основой для понимания и классификации всех протекающих процессов. Поэтому такая работа для сталей должна была быть выполненной. Особенно важным было связать количественные параметры дислокационной структуры со стадийностью.
Способы воздействия на исследованные материалы Таблица 2.3.
Материал Способ деформации Скорость деформации Размер рабочей части образцов (мм) Установка для деформирования Примечание
Мартенситная сталь: 1)34ХНЗМФА 2)30ХГСА 4)10Х5М а) сжатие б) растяжение Горячая прокатка Горячая прокатка 7x10'3 с'1 3,4x104 с1 4 м/с 4 м/с 4x4x6 3x3x6 10x20x50 10x20x50 Инстрон ИМАШ-5С Прокатный стан 2000 Прокатный стан 2000
Перлитная сталь 9ХФ Холодная прокатка 4 м/с 20 х 20 х 70 Прокатный стан 2000
Фероито-пеолитная 1)20кп 2)20Г2Р Волочение Волочение, штамповка, обжатие (4-7)х150 (4-7)х150 Экспериментальная установка на базе промышленного стана ВС 1 -550
Армко-железо Плазма газового разряда - 5x5x8 Плазмогенератор 0,8-3,0кВ, 15-90 мин
Аустенитная сталь: 1)110Г13 2)Х18АН15 3)Х18АГ15 а)сжатие, б)растяжение. в)прокатка Растяжение Растяжение 7-Ю'3 с4 3,4-10"4 с4 7-Ю4 с4 7-Ю4 с4 Ф8 х 10 5x15x75 3 х 0,3 х 20 3 х 0,3 х 20 ИМ-4А, пресс SZ-10-1 УПР Лабораторная машина для механич. испытаний
ГЦК-сплавы: 1)Си, 2)№зРе Плазма газового разряда - 10x10x10 10x10x0,2 Плазмогенератор 2,5кВ, бОмин
Мелкокристаллическая медь Сжатие 7-Ю'3 с4 3x3x4 Инстрон