ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. С использованием методов световой, растровой и просвечивающей электронной микроскопии исследовано строение сталей с ферритно-перлитной структурой, подвергнутых взрывному нагружению. Методы исследования. Для испытаний использовали стальные образцы различной формы и химического состава. Материалами исследования являлись отожженные стали 20, 60, У7А. Динамическое нагружение заготовок осуществляли с использованием схем деформации плоских пластин (дисков) с применением явления фокусировки энергии и деформации труб. Для проведения структурных исследований использовали световой микроскоп Carl Zeiss Axio Observer Z1m, растровый электронный микроскоп EVO 50 XVP и трансмиссионный электронный микроскоп FEI Tecnai G2 20 TWIN. Результаты и обсуждение. Особенностью, характерной для начального этапа деформации исследуемых материалов, является процесс двойникования, происходящий как в ферритных зернах, так и в колониях пластинчатого перлита. Анализ данных, полученных на просвечивающем электронном микроскопе, свидетельствует о том, что ширина двойников сильно варьируется. Встречаются как тонкие двойники с шириной порядка 10…15 нм, так и достаточно широкие, толщина которых составляет до 100 нм. Такой диапазон наблюдается как в ферритных зернах, так и перлитных колониях. В пределах отдельной колонии двойники деформационного происхождения могут быть представлены как совокупность множества микродвойников, разделенных между собой цементитными пластинами. Зафиксированы случаи сквозного продвижения двойников через зерна феррита и смежные с ними колонии перлита, что свидетельствует о единстве ферритной матрицы в этих структурных составляющих. Нагрев стальных заготовок и повышение плотности двойников являются факторами, затрудняющими процесс двойникования и инициирующими механизм деформации скольжением. Смена механизма деформации сопровождается искривлением, а в некоторых участках полной деградацией двойников, возникших на начальном этапе нагружения заготовок.

1. Конева H.A. Природа стадий пластической деформации // Соросовский образовательный журнал. – 1998. – № 10. – С. 99–105.

2. Структурные уровни деформации твердых тел / В.Е. Панин, Ю.В. Гриняев, Т.Ф. Елсукова, А.Г. Иванчин // Известия высших учебных заведений. Физика. – 1982. – Т. 25, № 6. – С. 5–27.

3. Панин В.Е., Панин A.B. Фундаментальная роль наномасштабного структурного уровня пластической деформации твердых тел // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2006. – № 12. – С. 5–10.

4. Яковлева С.П., Махарова С.Н., Мордовской П.Г. Влияние комбинированной мегапластической деформации на структуру и свойства стали 09Г2С // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2016. – № 1 (70). – С. 52–59. – DOI: 10.17212/1994-6309-2016-1-52-59.

5. Панин В.Е., Панин A.B. Масштабные уровни пластической деформации разрушения наноструктурированных материалов // Нанотехника. – 2005. – № 3. – C. 28–42.

6. Рыбин В.В. Большие пластические деформации и разрушение металлов. – М.: Металлургия, 1986. – 224 с.

7. Конева H.A., Козлов Э.В. Физическая природа стадийности пластической деформации // Структурные уровни пластической деформации и разрушения. – Новосибирск: Наука, 1990. – С. 123–186.

8. Моисеев В.Ф., Трефилов В.И. Пластичность при двойниковании // Физическая природа пластической деформации и разрушения металлов. – Киев: Наукова думка, 1969. – C. 7–15.

9. Орлов Л.Г., Утевский Л.М. О микродвойниках в железе, деформированном при низких температурах // Физика металлов и металловедение. – 1963. – Т. 16, № 4. – С. 627–629.

10. Moiseev V.F., Trefilov V.I. Change of the deformation mechanism (slip twinning) in polycrystalline α-Iron // Physica Status Solidi. – 1966. – Vol. 18, N 2. – P. 881–895.

11. Тушинский Л.И., Батаев А.А., Тихомирова Л.Б. Структура перлита и конструктивная прочность стали. – Новосибирск: Наука, 1993. – 280 с.

12. Перлит в углеродистых сталях / В.М. Счастливцев, Д.А. Мирзаев, И.Л. Яковлева, К.Ю. Окишев, Т.И. Табатчикова, Ю.В. Хлебникова. – Екатеринбург: УРО РАН, 2006. – 402 с.

13. Sundoquist B.E. The edgewise growth of pearlite // Acta Metallurgica. – 1968. – N 16. – P. 1413–1426.

14. Счастливцев В.М., Яковлева И.Л. Электронномикроскопическое исследование структурных превращений в перлите // Физика металлов и металловедение. – 1974. – Т. 38, № 3. – С. 571–579.

15. Hackney S.A., Shiflet G.J. Pearlite growth mechanism // Acta Metallurgica. – 1987. – Vol. 35, N 5. – P. 1019–1028.

16. Thompson S.W., Howell P.R. On the early stages of pearlite formation in hypoeutectoid steels // Scripta Metallurgica. – 1988. – № 22. – P. 1775–1778.

17. Батаев А.А., Тушинский Л.И., Батаев В.А. Особенности разрушения цементита при деформации сталей со структурой пластинчатого перлита // Физика металлов и металловедение. – 1995. – Т. 80, № 5. – С. 148–154.

18. Особенности пластической деформации сталей со структурой пластинчатого перлита / А.А. Батаев, Л.И. Тушинский, В.А. Батаев, Л.Б. Зуев // Известия высших учебных заведений. Физика. – 1996. – № 7. – С. 3–10.

19. Howell P.R. The pearlite reaction in steels mechanisms and crystallography: Pt. 1. From H.C. Sorby to R.F. Mehl // Materials Characterization. – 1998. – N 40. – P. 227–260.

20. Caballero F.G., García de Andrés C., Capdevila C. Characterization and morphological analysis of pearlite in a eutectoid steel // Materials Characterization. – 2000. – N 45. – P. 111–116.

21. Кристаллографический анализ дефектов в структуре пластинчатого перлита углеродистой стали после холодной пластической деформации / Ю.В. Хлебникова, И.Л. Яковлева, Л.Е. Карькина, В.М. Счастливцев, Т.И. Табатчикова // Известия Российской академии наук. Серия физическая. – 2004. – Т. 68, № 5. – С. 661–664.

22. Zhang M.-X., Kelly P.M. The morphology and formation mechanism of pearlite in steels // Materials Characterization. – 2009. – N 60. – P. 545–554. – DOI: 10.1016/j.matchar.2009.01.001.

23. Yi H.L. Full pearlite obtained by slow cooling in medium carbon steel // Material Science and Engineering A. – 2010. – N 527. – P. 7600–7604. – DOI: 10.1016/j.msea.2010.08.009.

24. Experimental and theoretical study of the formation and growth of pearlite colonies in eutectoid steels / V.G. Vaks, A.Yu. Stroev, V.N. Urtsev, A.V. Shmakov // Journal of Experimental and Theoretical Physics. – 2011. – N 112. – P. 961–978. – DOI: 10.1134/S1063776111050098.

25. Особенности роста пластинчатого перлита в зоне сварки разнородных сталей / А.А. Никулина, А.И. Смирнов, И.А. Батаев, А.А. Батаев, А.И. Попелюх // Физика металлов и металловедение. – 2016. – Т. 117, № 1. – С. 8–64.

26. Особенности выделения наноразмерных частиц ε-фазы меди в ферритных промежутках пластинчатого перлита / И.А. Батаев, Н.В. Степанова, А.А. Батаев, А.А. Никулина, А.А. Разумаков // Физика металлов и металловедение. – 2016. – Т. 117, № 9. – С. 932–937.

27. Структурные особенности поведения высокоуглеродистой перлитной стали при циклическом нагружении / А.В. Макаров, Р.А. Саврай, В.М. Счастливцев, Т.И. Табатчикова, И.Л. Яковлева, Л.Ю. Егорова // Физика металлов и металловедение. – 2011. – Т. 111, № 1. – С. 97–111.

28. Bowden H.K., Kelly P.M. Deformation twinning in shock-loaded pearlite // Acta Metallurgica. – 1957. – Vol. 15. – P. 105–111.

29. Ударные волны и явления высокоскоростной деформации металлов / под ред. М.А. Мейерса, Л.Е. Мурра. – М.: Металлургия, 1984. – 512 с.

30. Mach stem formation in explosion systems, which include high modulus elastic elements / I.A. Balagansky, K. Hokamoto, P. Manikandan, A.D. Matrosov, I.A. Stadnichenko, H. Miyoshi, A.A. Bataev // Journal of Applied Physics. – 2011. – N 110. – P. 123516. – DOI: 10.1063/1.3671063.

31. Эффекты локализации деформации в сплавах на основе Cu, Ti и Fe при нагружении сходящимися ударными волнами / И.В. Хомская, В.И. Зельдович, Б.В. Литвинов, Н.П. Пурыгин // Физика металлов и металловедение. – 2004. – Т. 98, № 4. – С. 88–95.

32. Дерибас А.А. Физика упрочнения и сварки взрывом. – Новосибирск: Наука, 1972. – 188 с.

33. Обработка металлов взрывом / А.В. Крупин, В.Я. Соловьев, Г.С.Попов, М.Р. Кръстев. – М.: Металлургия, 1991. – 496 с.

34. Захаренко  И.Д. Сварка металлов взрывом. – Минск: Навука i тэхнiка, 1990. – 205 с.

35. Гольдштейн М.И., Литвинов В.С., Бронфин Б.М. Металлофизика высокопрочных сплавов. – М.: Металлургия, 1986. – 312 с.

36. Electron-microscopic investigation of high-strain-rate deformation produced by shock waves in the pearlitic structure of the grade 40Kh steel / V.I. Zel’dovich, A.E. Kheifets, N.Yu. Frolova, B.V. Litvinov // The Physics of Metals and Metallography. – 2007. – Vol. 103, N 2. – P. 213–217.