CC BY
43
УДК 669.112.227.342:539.4.015
DOI: 10.20310/1810-0198-2016-21-3-1030-1032
КАНАЛЫ ЛОКАЛИЗОВАННОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ БЕЙНИТНОЙ СТАЛИ
© Ю.Ф. Иванов1'2*, В.Е. Громов3*, Е.Н. Никитина3*
1) Институт сильноточной электроники СО РАН, г. Томск, Российская Федерация, e-mail: yufi55@mail.ru 2) Национальный исследовательский Томский государственный университет, г. Томск, Российская Федерация,
e-mail: yufi55@mail.ru
3) Сибирский государственный индустриальный университет, г. Новокузнецк, Российская Федерация,
e-mail: Nikitina_EN@mail.ru
Методом просвечивающей электронной дифракционной микроскопии выполнен анализ природы деформационного упрочнения среднеуглеродистой стали с бейнитной структурой при деформации сжатием. Приведены оценки механизмов упрочнения.
Ключевые слова: локализация; бейнит; упрочнение; структура; сжатие; каналы деформации.
Бейнитные стали, в силу особенностей у^а превращения, обладают сложной многофазной структурой, формирующейся в результате наложения сдвигового и диффузионного механизмов превращения [1-3]. Целью работы являлось выявление особенностей структурно-фазовых изменений стали с бейнитной структурой при деформации.
В качестве материала исследования была использована конструкционная сталь 30Х2Н2МФА [4]. Аусте-низацию стали проводили при температуре 960 °С, 1,5 ч; охлаждение осуществляли на воздухе. Деформацию стали проводили одноосным сжатием со скоростью ~7-10-3 с-1 столбиков размерами 4x4x6 мм3 на испытательной машине типа «Инстрон».
Характерной чертой бейнитного превращения стали является формирование многофазной структуры, представленной а-фазой, у-фазой и карбидом железа [1-3]. В результате чего в стали формируется структура пластинчатого типа. Кристаллы феррита имеют весьма разнообразные размеры: продольные размеры изменяются от размера зерна, составляющего десятки микрометров, до единиц микрометров; поперечные размеры -от единиц до десятых долей микрометров. Пластины феррита фрагментированы, т. е. разбиты на области, разделенные малоугловыми границами [5].
В условиях интенсивной пластической деформации характерной особенностью является формирование вытянутых областей с ультрадисперсной структурой -каналов деформации. Такие области простираются на несколько десятков микрометров в длину и имеют в поперечнике до 1 мкм. В канале деформации субструктура также является фрагментированной, однако размеры фрагментов много меньше, чем в основном объеме материала. Кроме того, фрагменты в канале деформации изотропны по форме. Если судить по размеру фрагментов, то следует полагать, что в канале деформации локализован сдвиг, в несколько десятков раз превосходящий средний. Различие формы фрагментов в матрице (высокоанизотропные фрагменты) и каналах
Рис. 1. Каналы деформации, формирующиеся в стали 30Х2Н2МФА; е = 36 %: а) светлое поле; б) темное поле, полученное в рефлексе [110] a-Fe; в), г) - микроэлектронограммы. На (а) стрелками обозначены каналы деформации; на (г) стрелкой указан рефлекс, в котором получено темное поле. Микроэлектронограмма (в) получена с области фольги, вдали от канала деформации; микроэлектронограмма (г) - с области локализации канала деформации
(изотропные фрагменты) свидетельствует о различных механизмах их формирования. Изотропия формы фрагментов в канале позволяет предположить иные температурные условия их формирования. Если анизотропные фрагменты есть результат холодной деформации, то изотропные фрагменты - результат теплой деформации.
Следующая особенность структуры каналов деформации связана с поведением в них изгибных экс-тинкционных контуров [6-7]. Еще одной особенностью каналов деформации являются значительные поля напряжений, локализованные внутри них и в прилегающих к ним областях. Отмечены два механизма релаксации этих полей напряжений [6-7]. Во-первых, путем фрагментации. В этом случае образуются цепочки фрагментов малых размеров и близкой ориентации, расположенные вдоль канала деформации. Во-вторых, путем развития микротрещин.
2016. Т. 21, вып. 3. Физика
Подобные структурные образования (каналы деформации), обнаружены также при исследовании стали 30Х2Н2МФА, деформированной при одноосном сжатии [5]. Пример электронно-микроскопического изображения канала деформации закаленной стали 38ХН3МФА приведен на рис. 1.
Как и в [5], каналы деформации имеют форму вытянутой области, поперечные размеры которой ~0,5 мкм. Канал деформации имеет слоистое строение, напоминая этим структуру пакета мартенсита. Увеличение степени деформации приводит к уменьшению средних продольных размеров фрагментов.
Присутствие в стали атомов углерода и внедрение их в кристаллическую решетку приводит к ее асимметричному искажению, что способствует существенному упрочнению материала.
Используя результаты количественного анализа структуры бейнитной стали, подвергнутой одноосной деформации сжатием, проведены оценки механизмов упрочнения. Анализ природы деформационного упрочнения стали показал, что:
1) упрочнение исследуемой стали носит многофакторный характер;
2) наибольший вклад в величину деформационного упрочнения исследуемой стали дает субструктурное упрочнение (упрочнение, обусловленное дальнодейст-вующими внутренними полями напряжений и фрагментацией структуры).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Пикеринг Ф.Б. Физическое металловедение и разработка сталей / пер. с англ. М.: Металлургия, 1982. 184 с.
2. Курдюмов В.Г., Утевский Л.М., Энтин Р.И. Превращения в железе и стали. М.: Наука, 1977. 236 с.
3. Bhadeshia H.K.D.H. Bainite in Steels. The Institute of Materials. L., 2001. 460 p.
4. Приданцев М.В., Давыдова Л.Н., Тамарина А.М. Конструкционные стали: справочник. М.: Металлургия, 1980. 288 с.
5. Иванов Ю.Ф., Корнет Е.В., Козлов Э.В., Громов В.Е. Закаленная конструкционная сталь: структура и механизмы упрочнения. Новокузнецк: Изд-во СибГИУ, 2010. 174 с.
6. Громов B.E., Козлов Э.В., Панин B.E., Иванов Ю.Ф. и др. Каналы деформации в условиях электропластического стимулирования // Металлофизика. 1991. Т. 13. № 11. С. 9-13.
7. Иванов Ю.Ф., Громов B.E., Козлов Э.В., Соснин О.В. Эволюция каналов локализованной деформации в процессе электростимули-рованного волочения низкоуглеродистой стали // Известия вузов. Черная металлургия. 1997. № 6. С. 42-45.
Поступила в редакцию 10 апреля 2016 г.
UDC 669.112.227.342:539.4.015
DOI: 10.20310/1810-0198-2016-21-3-1030-1032
BAINITIC STEEL LOCALIZED DEFORMATION CHANNELS
© Y.F. Ivanov12), V.E. Gromov3), E.N. Nikitina3)
1) Institute of High Current Electronics Siberian Branch of RAS, Tomsk, Russian Federation,
e-mail: yufi55@mail.ru
2) National Research Tomsk State University, Tomsk, Russian Federation,
e-mail: yufi55@mail.ru
3) Siberian State Industrial University, Novokuznetsk, Russian Federation,
e-mail: Nikitina_EN@mail.ru
By means of transmission electron diffraction microscopy nature of strain hardening of medium carbon steel of bainitic structure under compression deformation was analyzed. Hardening mechanisms were estimated. Key words: localization; bainite; hardening; structure; compression; deformation channels.
REFERENCES
1. Pikering F.B. Fizicheskoe metallovedenie i razrabotka staley / per. s angl. Moscow, Metallurgy Publ., 1982. 184 p.
2. Kurdyumov V.G., Utevskiy L.M., Entin R.I. Prevrashcheniya v zheleze i stali. Moscow, Nauka, 1977. 236 p.
3. Bhadeshia H.K.D.H. Bainite in Steels. The Institute of Materials. London, 2001. 460 p.
4. Pridantsev M.V., Davydova L.N., Tamarina A.M. Konstruktsionnye stali. Moscow, Metallurgy Publ., 1980. 288 p.
5. Ivanov Yu.F., Kornet E.V., Kozlov E.V., Gromov V.E. Zakalennaya konstruktsionnaya stal': struktura i mekhanizmy uprochneniya. Novosibirsk, Publ. SibGIU, 2010. 174 p.
6. Gromov B.E., Kozlov E.V., Panin B.E., Ivanov Yu.F. i dr. Kanaly deformatsii v usloviyakh elektroplasticheskogo stimulirovaniya. Me-tallofizika — Metallofizika, 1991, vol. 13, no. 11, pp. 9-13.
7. Ivanov Yu.F., Gromov B.E., Kozlov E.V., Sosnin O.V. Evolyutsiya kanalov lokalizovannoy deformatsii v protsesse elektrostimuliro-vannogo volocheniya nizkouglerodistoy stali. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Chernaya metallurgiya — Izvestia. Ferrous Metallurgy, 1997, no. 6, pp. 42-45.
Received 10 April 2016
Иванов Юрий Федорович, Институт сильноточной электроники СО РАН, г. Томск, Российская Федерация, доктор физико-математических наук, профессор, главный научный сотрудник, e-mail: yufi55@mail.ru
Ivanov Yuriy Fedorovich, Institute of High Current Electronics Siberian Branch of RAS, Tomsk, Russian Federation, Doctor of Physics and Mathematics, Professor, Main Research Worker, e-mail: yufi55@mail.ru
Громов Виктор Евгеньевич, Сибирский государственный индустриальный университет, г. Новокузнецк, Российская Федерация, доктор физико-математических наук, профессор, зав. кафедрой физики им. проф. В.М. Финкеля, e-mail: gromov@physics.sibsiu.ru
Gromov Viktor Evgenevich, Siberian State Industrial University, Novokuznetsk, Russian Federation, Doctor of Physics and Mathematics, Professor, Head of Physics Department named after Professor V.M. Finkel, e-mail: gromov@physics.sibsiu.ru
Никитина Елена Николаевна, Сибирский государственный индустриальный университет, г. Новокузнецк, Российская Федерация, инженер кафедры физики, e-mail: Nikitina_EN@mail.ru
Nikitina Elena Nikolaevna, Siberian State Industrial University, Novokuznetsk, Russian Federation, Engineer of Physics Department, e-mail: Nikitina_EN@mail.ru
