Введение к работе
Актуальность работы. В последнее десятилетие стали быстро развиваться научные исследования структурных и фазовых превращений в металлах и сплавах, протекающих при интенсивной пластической деформации. В настоящее время интенсивная пластическая деформация (ИПД) является одним из элементов технологий формирования субмикро-и нанокристаллических структур в металлах, сплавах и композиционных материалах. Многочисленными исследованиями показано, что материалы с такой структурой обладают высокими, а в ряде случаев, и уникальными свойствами. Однако, до настоящего времени связь важнейших характеристик со свойствами остается дискуссионной.
Отдельное внимание уделяется влиянию структуры на механические свойства субмикро- и нанокристаллических материалов. Благотворное влияние измельчения зерна до нескольких микрон на подавляющее большинство механических свойств продемонстрировано для многих материалов. Однако, достигнутые в последние годы успехи в получении массивных образцов, пригодных для тщательных и всесторонних исследований механических свойств, делают возможным изучение данной проблемы для субмикронных размеров зерен.
Сплавы на основе железа являются одними из важнейших конструкционных материалов благодаря уникальному сочетанию физико-механических свойств с низкой стоимостью, технологичностью и другими параметрами. Значительное повышение комплекса свойств этих сплавов может быть достигнуто благодаря измельчению зерна. Однако, до настоящего времени не сложилось четких представлений о комплексе свойств железа и его сплавов с размером зерна субмикронного уровня.
Представляется перспективным использование традиционных методов деформации с высокими степенями при относительно невысоких температурах. Реализация этого требует научно обоснованного подхода к
выбору режимов обработки. Таким образом, является необходимым изучение возможности формирования субмикрокристаллических (СМК) структур этим методом с использованием выявленных особенностей фазовых и структурных превращений.
Постановка задачи и цель работы. В соответствии с этим были поставлены следующие задачи:
-
Изучить влияние параметров структуры на свойства технического железа с субмикронным размером зерна.
-
Установить закономерности формирования структуры в ходе интенсивной деформации технического железа при различных парамеграх обработки.
-
Провести всесторонний сравнительный анализ эффективности субструктурного н зериограничного упрочнений технического железа при равных размерах структурных элементов.
-
Исследовать закономерности формирования субмикрокристаллической структуры в сплавах на основе железа, при интенсивной деформации в двухфазной (а+у)-области. Разработать технологию их обработки с целью получения повышенного комплекса свойств.
Целью настоящей работы являлось исследование связи механических свойств с параметрами структуры сплавов на основе железа, подвергнутых интенсивной пластической деформации и разработка принципов рационального упрочнения (целенаправленного управления структурой).
Научная новизна: Определены закономерности структурных превращений в сплавах железа, подвергнутых интенсивной деформации при последующем отжиге. Установлено влияние параметров структуры на основные механические свойства технического железа, подвергнутого равноканальному угловому прессованию и последующим отжигам. На основании испытаний на растяжение и сжатие и структурных
иследований ИПД железа определен вклад зернограничного упрочнения в физический предел текучести. Показано, что техническое железо с субмикрокристаллической структурой обладает высокой прочностью при достаточной вязкости, пластичности и скорости деформационного упрочнения.
Изучены закономерности структурных превращений в техническом железе при интенсивной теплой деформации прокаткой и последующих отжигах. Сравнительный анализ эффективности субструктурного и зернограничного упрочнения показал, что формирование субмикрокристаллической структуры обеспечивает более высокое сочетание прочности, пластичности, вязкости и хладостойкости, чем образование субструктуры. Обнаружен вязкий механизм распространения трещины в субмикрокристаллическом железе при ударном нагружении при температуре жидкого азота.
Показана возможность формирования субмикрокристаллической структуры в низкоуглеродистых высокопрочных сталях, легированных марганцем и никелем, за счет интенсивной прокатки в межкритическом интервале температур. Выявлена связь свойств данных материалов с параметрами структуры. Установлен эффект повышения стабильности ревертированного аустенита при прокатке сталей в межкритическом интервале температур за счет наклепа а-фазы.
Практическая значимость. - предложены принципы выбора параметров термической и термомеханлческой обработки высокопрочных низкоуглеродистых сталей для достижения заданного комплекса свойств; показаны возможности значительного (двух- или трехкратного) повышения пластичности, вязкости и хладостойкости при том же уровне прочности, что и после стандартной термообработки, за счет применения деформации в межкритическом интервале температур.
- предложен режим теплой прокатки нелегированных сталей с содержанием углерода 0.10-0.15%, обеспечивающий повышение свойств прутков за счет оптимального субструктурного упрочнения до уровня низколегированных сталей 09Г2С, 10Г2С и пр.
Апробация работы. Основные результаты диссертации доложены на всероссийской конференции "Бернштейновские чтения", Москва, 1996, на международном семинаре «Новые материалы и технологии», Москва, 1997, на IV международной конференции по нанокристаллическим материатам, Стокгольм, 1998, на всероссийской конференции «Прочность и разрушение материалов и конструкций», Орск, 1998, на IV международной школе-семинаре «Эволюция дефектных структур в конденсированных средах» Барнаул, 1998, на VII международном семинаре «Структура дислокаций и механические свойства металлов и сплавов», Екатеринбург, 1999, на V международном семинаре «Структурные основы модификации материалов методами нетрадиционных технологий», Обнинск, 1999, на международной конференции «Investigations and Applications of Severe Plastic Deformation», Москва, 1999.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 2 статьи в научных журналах, 1 статья в сборнике научных трудов и 10 тезисов докладов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов. Работа изложена на 167 страницах, включая 50 рисунков и 15 таблиц. Список литературы содержит 135 наименований.
