Закономерности формирования гетерофазных субмикрокристаллических состояний и физико-механических свойств при интенсивной пластической деформации сталей с различным фазовым составом Захарова, Галина Геннадьевна

Введение к работе

Актуальность исследований. Низкоуглеродистые стали являются важным классом конструкционных материалов, поэтому улучшение комплекса их механических свойств носит важное фундаментальное и прикладное значение и является актуальным направлением физического металловедения. Получение субмикрокристаллических и нанокристаллических состояний методами интенсивной пластической деформации (ИПД) позволяет значительно расширить область применения конструкционных материалов благодаря достижению повышенных прочностных свойств. Несмотря на значительные успехи в исследовании процессов измельчения зерна и описании эволюции структуры различных пластичных металлических материалов при ИПД (в т. ч. железа) и накопленные знания о механизмах дисперсионного твердения, комплексное действие этих механизмов в сталях недостаточно изучено и требует детального и всестороннего анализа. Систематические и комплексные исследования структуры и механических свойств сталей в различных исходных структурных состояниях (ферритном, мартенситном, ферри- то-перлитном) при ИПД дают возможность рассмотреть процессы формирования субмикронного зерна в зависимости от исходного фазового и структурного состояния стали, а также получить представления о влиянии основных упрочняющих факторов, таких, как размер зерна и/или структурных составляющих, морфология, дисперсность и объемная доля дисперсных частиц на прочностные свойства и стабильность субмикрокристаллической структуры к отжигам.

Целью данной работы является изучение закономерностей влияния исходной микроструктуры (феррит, мартенсит, феррито-перлит) на особенности структурно-фазового состояния, механические свойства и термическую стабильность субмикрокристаллических низкоуглеродистых сталей, полученных методом равноканального углового прессования.

Для достижения цели были сформулированы следующие задачи:

1. Исследовать закономерности влияния исходной морфологии структуры и фазового состава на характер субмикрокристаллических (СМК) состояний, формирующихся при равноканальном угловом прессовании (РКУП) низкоуглеродистых сталей.

2. Выявить физические факторы, которые определяют характер субмикрокристаллической структуры и механические свойства, полученные методом РКУП в сталях с феррито-перлитной, мартенситной и ферритной структурами.

3. Изучить механизмы деформации и механические свойства (микротвердость, предел текучести, временное сопротивление, пластичность и характер разрушения) СМК структуры сталей, полученных методом РКУП.

4. Экспериментально определить температурный интервал стабильности прочностных свойств и СМК характера структуры сталей, сформированных при РКУП.

5. Проанализировать кинетику роста зерна и определить энергию активации собирательной рекристаллизации при отжигах СМК сталей в зависимости от их исходного структурно-фазового состояния.

6. На основе результатов структурных исследований и изучения механических свойств провести количественную оценку вкладов от действующих механизмов упрочнения (зернограничного и субзеренного, упрочнения от дислокаций, дисперсионного твердения) в общее упрочнение исследуемых сталей в исходных состояниях, после РКУП и отжигов.

Научная новизна. В работе впервые:

1. установлены основные физические факторы (наследование исходной зерен- ной структуры и объемного распределения ультрадисперсных частиц карбидов), которые определяют характер субмикрокристаллической структуры и механические свойства сталей 10Г2ФТ и 06МБФ, полученных методом равноканального углового прессования, в зависимости от исходного структурного состояния (феррито-перлит, мартенсит и феррит);

2. определены факторы повышения термической стабильности субмикрокристаллической структуры, сформированной в низкоуглеродистых сталях 10Г2ФТ и 06МБФ методом равноканального углового прессования;

3. обнаружено увеличение энергии активации собирательной рекристаллизации субмикрокристаллических сталей 10Г2ФТ и 06МБФ за счет оптимизации их исходного структурно-фазового состояния;

4. показана относительная роль механизмов упрочнения (зернограничного, субзеренного, дисперсионного и дислокационного) в зависимости от условий деформационно-термической обработки низкоуглеродистых сталей 10Г2ФТ и 06МБФ.

Научная и практическая значимость. В работе продемонстрирована возможность управления структурно-фазовым состоянием, механическими свойствами и термостабильностью СМК низкоуглеродистых сталей за счет оптимизации их исходного структурного состояния до РКУП. Использование полученных результатов о связи параметров структуры и прочностных характеристик имеет большое значение для прогноза комплекса свойств сталей с СМК структурой и поиска путей достижения высокой конструктивной прочности низкоуглеродистых сталей при ИПД.

Представленный в работе экспериментальный материал расширяет научные представления о комплексном действии механизмов измельчения зерна и дисперсионного твердения в низкоуглеродистых сталях при РКУП, позволяет научно обоснованно подходить к выбору исходной структуры стали и карбидо- образующих легирующих элементов для достижения требуемого комплекса свойств при ИПД.

Самостоятельную ценность в качестве справочного материала имеют конкретные результаты экспериментальных исследований структурно-фазовых состояний, механических свойств, термостабильности и расчеты энергии активации собирательной рекристаллизации СМК низкоуглеродистых сталей.

Положения, выносимые на защиту: 1. Закономерности влияния исходной микроструктуры (феррит, мартенсит, феррито-перлит) на особенности структурно-фазового состояния и механические свойства субмикрокристаллических сталей 10Г2ФТ и 06МБФ, полученных методом равноканального углового прессования.

4. 1. Повышение однородности распределения и дисперсности частиц карбидных фаз как основной фактор увеличения термической стабильности субмикрокристаллической структуры, сформированной в низкоуглеродистых сталях 10Г2ФТ и 06МБФ методом равноканального углового прессования.

   2. Увеличение энергии активации собирательной рекристаллизации субмикрокристаллических сталей 10Г2ФТ и 06МБФ за счет оптимизации их исходного структурно-фазового состояния.

   3. Зависимость относительного вклада механизмов упрочнения (зерногранично- го, субзеренного, дисперсионного и дислокационного) от условий деформационно-термической обработки низкоуглеродистых сталей 10Г2ФТ и 06МБФ.

   Апробация работы. Основные результаты диссертации доложены и обсуждены на следующих всероссийских и международных мероприятиях: XLVII Международной конференции «Актуальные проблемы прочности» (Нижний Новгород, 2008 г.); XIX Уральской школе металловедов-термистов «Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов» (Екатеринбург, 2008 г.); IV, V, VI Всероссийских конференциях молодых ученых «Физика и химия высокоэнергетических систем» (Томск, 2008, 2009, 2010 гг.); IX Всероссийской школе- семинаре с международным участием «Новые материалы. Создание, структура, свойства-2009» (Томск, 2009 г.); Четвертой Всероссийской конференции молодых ученых «Материаловедение, технологии и экология в 3-м тысячелетии» (Томск,

   4. 3. 1. г.); Третьей Международной конференции «Деформация и разрушение материалов и наноматериалов» (Москва, 2009 г.); 15^th International Conference on the Strength of Materials (Dresden, Germany, 2009 г.); Первых и Вторых московских чтениях по проблемам прочности материалов (Москва, 2009, 2011 гг.); Международной конференции по физической мезомеханике, компьютерному конструированию и разработке новых материалов (Томск, 2009, 2011 гг.); XX Уральской школе металловедов-термистов «Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов» (Пермь, 2010 г.); Открытой школе-конференции стран СНГ «Ультрамелкозернистые и наноструктурные материалы - 2010» (Уфа,

         2. г.); VII Международной конференции студентов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук» (Томск, 2010, 2011 гг.); XV, XVI и XVII Международных научно-практических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии» (Томск, 2009, 2010, 2011 гг.); 3^nd International Symposium on BULK NANOSTRUCTURED MATERIALS: from fundamentals to innovations (Уфа, 2011 г.).

         Публикации. По материалам диссертации опубликовано 34 печатные работы: из них 7 статей в рецензируемых научных журналах, 2 статьи в зарубежных журналах, 25 публикаций в сборниках трудов и материалов российских и международных конференций.

         Личный вклад соискателя заключается в получении и обработке результатов представляемой к защите работы, в совместной с научным руководителем постановке цели и задач исследования, формулировке выводов и положений, выносимых на защиту, написании статей по теме диссертации. Автор признателен д.т.н., профессору Добаткину С.В., д.т.н. Раабу Г.И., к.ф.-м.н. Найденкину Е.В. за помощь в организации эксперимента и полезные дискуссии.

         Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, выводов и списка литературы из 145 наименований. Общий объем составляет 141 страницу, включая 48 рисунков и 14 таблиц.

         Похожие диссертации на Закономерности формирования гетерофазных субмикрокристаллических состояний и физико-механических свойств при интенсивной пластической деформации сталей с различным фазовым составом

         Влияние деформации и облучения на структурно-фазовые состояния и механические свойства нержавеющих сталей, стали 110Г13Л и сплава 36НХТЮРусакова, Алена Викторовна

         Градиентные структурно-фазовые состояния в сталях: способы формирования, масштабы реализации, закономерностиКоваленко, Виктор Викторович

         Закономерности формирования градиентных структурно-фазовых состояний в сталях при энергетических воздействияхКоваленко, Виктор Викторович

         Закономерности формирования и эволюции структурно-фазового состояния ферритно-мартенситной сталиВершинина, Татьяна Николаевна

         

         Закономерности перестройки атомной структуры и формирования металлического стекла сплава Cu80Zr20 в процессе закалки из жидкого состоянияКороль, Александр Владимирович

         

         Закономерности формирования фазового состава и дефектной субструктуры термоупрочненной стали на разных масштабных уровняхМорозов Максим Михайлович

         

         Свойства, структура, фазовый состав и закономерности формирования пористых наносистем на основе ZrO#32#1Буякова Светлана Петровна

         

         Закономерности формирования градиентных структурно-фазовых состояний при электровзрывном науглероживании и карбоборировании металловБагаутдинов Азиз Явдетович

         Особенности формирования проводящих состояний в галогенидах щелочных металлов при высоких давленияхВолкова, Яна Юрьевна

         Особенности формирования высококоэрцитивного состояния сплавов на основе Fe-Cr-15%CoПерминов, Александр Сергеевич