CC BY
56
УДК 544.22:539.89
ВЛИЯНИЕ СКОРОСТИ КРУЧЕНИЯ В УСЛОВИЯХ ИНТЕНСИВНОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ НА НАКОВАЛЬНЯХ БРИДЖМЕНА НА СТРУКТУРНО-ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ В МЕТАСТАБИЛЬНОЙ АУСТЕНИТНОЙ СТАЛИ
© И.Ю. Литовченко, А.Н. Тюменцев, А.В. Корзников, С.А. Аккузин
Ключевые слова: аустенитные стали; пластическая деформация; мартенситные превращения.
Исследовано влияние скорости кручения под давлением на наковальнях Бриджмена на фазовые превращения в метастабильной аустенитной стали. Показано, что при повышенной скорости кручения в материале реализуются не только прямые (у ^ а'), но и обратные (а' ^ у) мартенситные превращения.
Известно, что пластическая деформация метаста-бильных аустенитных сталей приводит к (у ^ а'), (у ^ s) и (у ^ s ^ а') мартенситным превращениям [1]. Они во многом определяют особенности дефектной структуры и фазового состава сталей.
В [2, 3] показано, что в условиях интенсивной пластической деформации (ИПД) кручением под давлением метастабильных аустенитных сталей возможны не только прямые (у ^ а'), но и обратные (а' ^ у) мар-тенситные превращения. При этом скорость кручения оказывает существенное влияние на фазовые превращения, в т. ч. за счет повышения температуры в процессе деформации [2].
В настоящей работе исследованы особенности дефектной структуры метастабильной аустенитной стали при различных скоростях кручения в наковальнях Бриджмена. Для экспериментального подтверждения реализации обратных мартенситных превращений изучено изменение объемной доли а'-мартенсита от степени деформации кручением. Исследованы особенности дефектной структуры и разориентации кристаллической решетки при формировании двухфазных СМК и НК структурных состояний.
Кручению подвергали метастабильную аустенит-ную сталь Fe - 18 % Cr - 8 % Ni - Ti, в полностью ау-стенитном состоянии, полученном после закалки. Деформацию осуществляли под давлением 8 ГПа при числе оборотов наковальни от 1 до 8, что соответствует истинной логарифмической деформации e = 2,5-6,9. Скорость кручения 200 град/мин. и 915 град/мин.
Электронно-микроскопические исследования проведены на микроскопе Philips CM-12 при ускоряющем напряжении 120 кВ. Изменение фазового состава исследовали методом рентгеноструктурного фазового анализа на диффрактометре Shimadzu XRD-6000 с использованием Cu Ка излучения в геометрии Брегга-Брентано с фокусирующим монохроматором на вторичном пучке. Расчет объемной доли фаз проводили в программе POWDER CELL 2.4 с учетом текстуры фаз,
формирующейся в процессе деформации. Для определения объемного содержания магнитной (мартенсит-ной) фазы использовали метод измерения удельной намагниченности в зависимости от напряженности магнитного поля.
Результаты структурных исследований свидетельствуют о реализации (у ^ а') фазовых превращений и формировании структурно-фазовых неоднородностей на мезо- и микромасштабных уровнях. Наблюдаются преимущественно аустенитные, мартенситные и двухфазные области. При этом различия в структурнофазовом состоянии связаны с локальными вариациями в объемном содержании а'-мартенсита. Рентгеноструктурный анализ не обнаруживает є-мартенсита, однако электронно-микроскопические исследования показали наличие небольшого количество этой фазы в виде тонких пластинок.
На рис. 1 представлены графики зависимости объемного содержания а'-мартенсита от степени деформации кручением, полученные методом рентгеноструктурного анализа и измерений удельной намагниченности. В случае малой скорости кручения (200 град/мин.) объемное содержание мартенсита монотонно возрастает с увеличением степени деформации и достигает ~80 % при N = 8. В случае повышенной скорости кручения (915 град/мин.) содержание мартенсита сначала возрастает до ~50 %, с последующим снижением до ~25 %. Снижение объемного содержания мартенсита предполагает, что в процессе деформации реализуются не только прямые (у ^ а'), но и обратные (а' ^ у) мартенситные превращения. Электронно-микроскопические исследования показали, что на начальных стадиях деформации кручением в аустенитной структуре развивается интенсивное механическое двойникование по одной или более системам с формированием ла-мельных микродвойниковых структур. В этих структурах зарождаются и растут кристаллы а' -мартенсита. С увеличением степени деформации формируется структура, состоящая из фрагментов аустенита и мартенсита СМК и НК масштаба.
1970
■ ’ 'l e- v 1 '
V У S
& ^
ф
200 і рал/мнн - РСЛ --#--200 гряд/мин - Маги 915 грал/мнн - РСА 915 грал/мнн - Маш
------ -----1----- -----1----- I--------- -----г
0 2 4 6 8
Обороты наковальни, (N)
Рис. 1. Зависимость объемного содержания мартенсита от числа оборотов наковальни в процессе кручения под давлением
Структурное состояние и объемное содержание мартенсита после 8 оборотов деформации кручением для двух изученных скоростей деформации существенно различается. Для малой скорости деформации (200 град/мин.) характерно наличие преимущественно ла-мельной структуры а'-мартенсита (рис. 2), внутри которой часто наблюдаются тонкие (нано)пластинки деформационного е-мартенсита.
7 ^ • Є
Рис. 2. Темнопольное изображение совместно в рефлексах а' и е мартенсита и соответствующая микродифракционная картина
Для повышенной (915 град/мин.) скорости кручения характерно наличие преимущественно фрагментированной аустенитной структуры (рис. 3). Среди фрагментов аустенита наблюдается значительное количество высокоугловых разориентировок, близких к =(50-60)° <110>. В [4] показано, что разориентировки такого типа могут быть получены в результате прямых и обратных (у —— а' — у) мартенситных превращений с осуществлением обратных превращений по альтернативным системам. Существенной особенностью рассматриваемого структурного состояния являются области динамической рекристаллизации аустенита. Предполагается, что динамическая рекристаллизация может происходить в процессе обратного а' — у мар-тенситного превращения.
Рис. 3. Темнопольное изображение в рефлексаx аустенита и соответствующая микродифракционная картина
Таким образом, повышенная скорость кручения сдерживает прямое (у ^ а') превращение и способствует обратному (а' ^ у) превращению. По нашему мнению, основным фактором реализации обратный превращений являются поля высокм локальный напряжений и ий градиенты, формирующиеся в процессе кручения под давлением в СМК и НК мартенситной структуре. Повышение температуры и высокое гидростатическое давление в процессе деформации являются факторами, способствующими обратному превращению мартенсита в аустенит.
ЛИТЕРАТУРА
1. Lecroisey F., Pineau A. Martensitic transformations induced by plastic deformation in the Fe-Ni-Cr-C system // Metall. Trans. 1972. V. 3. P. 387-396.
2. Li J.G., Umemoto M., Todaka Y., Fujisaku K. and Tsuchiya K. The dynamic phase transformation and formation of nanocrystalline structure in SUS304 austenitic stainless steel subjected to high pressure torsion // Rev. Adv. Mater. Sci. 2008. V. 18. P. 577-582.
3. Litovchenko I.Yu., Tyumentsev A.N., Zahozheva M.l. and Korznikov A. V. Direct and reverse martensitic transformation and formation of nanostructured states during severe plastic deformation of metastable austenitic stainless steel // Rev. Adv. Mater. Sci. 2012. V. 31. P. 47-53.
4. Тюменцев Л.Н., Литовченко И.Ю., Пинжин Ю.П., Коротаев А.Д., Сурикова Н.С., Гирсова С.Л., Нестеренков В.А. Новый меканизм локализации деформации в аусте^ітк сталяx. I, II // ФММ. 2003. Т. 95. № 2. С. 86-95; № 3. С. 88-96.
БЛАГОДАРНОСТИ: Исследований проведены с использованием оборудования Томского материало-ведческого центра коллективного пользования (ТМЦКП) Национального исследовательского Томского государственного университета.
Поступила в редакцию 10 апреля 2013 г.
Litovchenko I.Y., Tyumentsev A.N., Korznikov A.V., Akku-zin S.A. INFLUENCE OF RATE OF LOADING UNDER SEVERE PLASTIC DEFORMATION IN BRIDGMAN ANVILS ON STRUCTURAL-PHASE TRANSFORMATIONS OF METASTABLE AUSTENITIC STEEL
The influence of the rate of high pressure torsion loading in Bridgman anvils on phase transformations in meta-stable austenitic steel is investigated. It is shown that high speed of loading leads to not only the direct (у ^ а'), but also reverse (а' ^ y) martensitic transformation.
Key words: austenitic steels; plastic deformation; martensitic transformation.
1971
