WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

На правах рукописи

Костерев Вадим Борисович

Механизмы формирования наноразмерных фаз и упрочнения

низкоуглеродистой стали при термомеханической обработке

Специальность 01.04.07 – физика конденсированного состояния

Автореферат

диссертации на соискание

ученой степени кандидата технических наук

Новокузнецк – 2011

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Сибирский государственный индустриальный университет» и ОАО «ЕВРАЗ Объединенный Западно-Сибирский металлургический комбинат»

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор Громов Виктор Евгеньевич

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор Данилов Владимир Иванович кандидат технических наук, доцент Базайкина Татьяна Витальевна

Ведущая организация: Институт металловедения и физики металлов им. Г.В. Курдюмова ЦНИИЧМ им И.П. Бардина, г. Москва

Защита состоится " 23" декабря 2011 года в 1000 часов на заседании диссертационного совета Д 212.252.04 при Сибирском государственном индустриальном университете по адресу: 654007, г. Новокузнецк, Кемеровской области, ул. Кирова, 42.

Факс (3843) 46-57- E-mail: d212_252_04@sibsiu.ru

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ФГБОУ ВПО "Сибирский государственный индустриальный университет".

Автореферат разослан "18" ноября 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор химических наук, профессор В.Ф. Горюшкин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность Выяснение физических механизмов формирования и эволюции структурно-фазовых состояний и дислокационных субструктур (ДСС) в сталях - одна из важных задач физики конденсированного состояния и современного материаловедения, поскольку лежит в основе разработки и создания эффективных способов повышения служебных характеристик изделий. Экспериментальные исследования структур и фазовых состояний, формирующихся в сечении изделий в результате термомеханической обработки, очень важны для понимания физической природы превращений, поскольку позволяют целенаправленно изменять структуру и механические характеристики. При этом получение требуемого комплекса прочностных и пластических свойств требует понимания физической природы структурных изменений всех уровней, протекающих в сталях при термомеханической обработке в процессе сложных деформационных и термических воздействий. И хотя практика применения термомеханического упрочнения проката известна давно, для получения требуемого комплекса прочностных и пластических свойств необходимо знание механизмов их формирования на различных структурно-масштабных уровнях для каждого конкретного вида изделий.





Цель работы: установление механизмов формирования структуры и прочностных свойств, реализующихся при термомеханическом упрочнении низкоуглеродистой стали.

Для достижения цели в ходе работы решались следующие задачи:

1. Установление количественных закономерностей формирования градиентных дислокационных субструктур (ДСС) и структурно-фазовых состояний при послойном электронно-микроскопическом анализе термомеханически упрочненной низкоуглеродистой стали.

2. Анализ процессов, приводящих к формированию наноразмерной фазы при термомеханическом упрочнении.

3. Анализ физических механизмов упрочнения стали, реализующихся при термомеханической обработке низкоуглеродистой стали по режиму ускоренного охлаждения.

Научная новизна:

- впервые методами просвечивающей электронной микроскопии установлены количественные зависимости от расстояния до поверхности обработки скалярной плотности дислокаций и размеров субзерен в структурных составляющих низкоуглеродистой стали после термомеханической обработки;

- проанализированы механизмы формирования наноразмерной карбидной фазы в условиях ускоренного охлаждения;

- установлено однозначное соответствие типов дислокационной субструктуры и ее параметров и морфологии -фазы (механизма превращения);

- выполнена количественная оценка вкладов физических механизмов упрочнения в предел текучести стали. Установлено, что основными механизмами, ответственными за поверхностное упрочнение низкоуглеродистой стали, являются субструктурное и деформационное, обусловленное формированием мартенсита и бейнита.

Научная и практическая значимость работы, подтвержденная актом внедрения результатов в прокатном производстве ОАО «ЕВРАЗОбъединенный Западно-Сибирский металлургический комбинат», заключается в формировании банка данных о закономерностях и механизмах образования ДСС, структуры, фазового состава и наноразмерных фаз, используемого для установления оптимальных режимов термомеханического упрочнения прокатных профилей.

Научные результаты работы могут быть использованы для развития теории структурно-фазовых превращений в сталях, а основные положения диссертации представляют интерес как учебный материал в курсе лекций по физике конденсированного состояния, физического материаловедения, металловедения и термообработки, обработки металлов давлением.





Экономический эффект от внедрения разработок 15 млн. руб., в том числе доля автора 3,75 млн. руб.

Достоверность результатов работы определяется корректностью поставленных задач, применением апробированных методик и методов современного физического материаловедения, необходимым и достаточным количеством экспериментального материала для корректной статистической обработки, сопоставлением полученных результатов с данными других авторов, актом использования результатов работы.

Личный вклад автора состоит в научной постановке задач исследования, анализе литературных данных, выполнении металлографических, электронномикроскопических и других исследований и механических испытаний термомеханически упрочненной двутавровой балки, статистической обработке и анализе полученных результатов, внедрении технологий в производство.

Научные результаты, выносимые на защиту:

1. Результаты послойного электронно-микроскопического анализа дислокационной субструктуры и фазового состава низкоуглеродистой стали, подвергнутой термомеханическому упрочнению по различным режимам.

2. Градиентный характер структурно-фазового состояния стали, подвергнутой термомеханическому упрочнению в условиях принудительного охлаждения поверхности.

3. Механизмы формирования наноразмерной фазы, реализующиеся при термоупрочнении стали 09Г2С.

4. Сравнительный анализ физических механизмов и выявленные закономерности повышения прочностных свойств балки из низкоуглеродистой стали после ускоренного охлаждения.

Апробация работы. Основные результаты проведенных исследований доложены на следующих научных конференциях и семинарах: 50 Международном научном симпозиуме «Актуальные проблемы прочности». Витебск. 2010; VI международной конференции ФППК-2010 «Фазовые превращения и прочность кристаллов», посвященной памяти академика Г.В.

Курдюмова. Черноголовка. 2010; VII Российской ежегодной конференции молодых научных сотрудников и аспирантов. Москва. 2010; XIX Республиканской научной конференции аспирантов, магистрантов и студентов по физике конденсированного состояния. Гродно. 2011; V Российской научно-технической конференции “Ресурс и диагностика материалов и конструкций”. Екатеринбург. 2011; XVII Международной научнопрактической конференции студентов и молодых ученых «Современные техника и технологии». Томск. 2011; Международном симпозиуме «Перспективные материалы и технологии». Витебск. 2011; V Международной школе «Физическое материаловедение». Тольятти. 2011; II московских чтениях по проблемам прочности материалов, посвященных 80-летию со дня рождения академика РАН Ю.А. Осипьяна. Черноголовка. 2011; IV международной конференции «Деформация и разрушение материалов и наноматериалов». Москва. 2011; Берштейновских чтениях по термообработке металлических материалов. Москва. 2011; международной научнотехнической конференции «Инновационные технологии обработки металлов давлением». Москва. 2011; II Всероссийской конференции "Деформирование и разрушение структурно-неоднородных сред и конструкций".

Новосибирск. 2011; 1th International Conference of Nanomaterials: Application and Properties (NAP 2011). Alushta. 2011.

Работа выполнялась в соответствии с грантами Министерства образования и науки РФ по фундаментальным проблемам металлургии (2006– г.г.), в рамках Аналитической ВЦП "Развитие научного потенциала высшей школы на 2009-2011 годы (проект 2.1.2/13482), ФЦП «Научные и научнопедагогические кадры инновационной России на 2009-2013 г.г.» (госконтракт П332), темами ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет».

Материалы диссертации опубликованы в 19 печатных работах, в том числе в 2 монографиях и 8 статьях в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Соответствие диссертации паспорту специальности. Диссертационная работа по своим целям, задачам, содержанию, методам исследования и научной новизне соответствует пункту 1 «Теоретическое и экспериментальное изучение физической природы свойств металлов и их сплавов, неорганических и органических соединений, диэлектриков и в том числе материалов световодов как в твердом, так и в аморфном состоянии в зависимости от их химического, изотопного состава, температуры и давления»

паспорта специальности 01.04.07 – «Физика конденсированного состояния» (технические науки).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы из 125 наименований, приложения. Диссертация содержит 103 страницы машинописного текста, в том числе 39 рисунков и 16 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проводимых исследований, отмечена научная новизна, практическая значимость и реализация результатов работы.

Первая глава, являющаяся обзорной, содержит анализ литературных данных о формировании и эволюции структурно-фазовых состояний при термомеханическом упрочнении сталей. Детально рассмотрены природа и закономерности формирования механических свойств, структур и фазового состава арматуры диаметром 12-50 мм и балочных профилей из низкоуглеродистых (сталь Ст3пс) и низколегированных (стали 09Г2С, 18Г2С) сталей в процессе термомеханического упрочнения по режимам прерванной закалки и ускоренного упрочнения, проанализировано действие различных механизмов превращения. На основании проведенного анализа обоснованы цель и задачи настоящего исследования.

Во второй главе приведены требования к использованному в данном исследовании материалу, методики проведения промышленных экспериментов и лабораторных исследований структуры, фазового состава и дислокационной субструктуры.

Материалом исследования являлись образцы из двутавровой балки ДП 155 из стали марки 09Г2С, химический состав которой представлен в таблице 1.

Таблица 1 – Химический состав исследуемого материала Материал Упрочнение двутавра проводили по технологии ускоренного охлаждения в линии сортового стана. Скорость прокатки варьировалась в пределах 4,5 – 6,0 м/с, давление воды 1,5 – 3,5 атм., температура перед холодильником 690-970 0С (табл.2). Выбранные режимы обеспечивали получение прочностных свойств класса 345.

Таблица 2 – Режимы ускоренного охлаждения проката Р3 4,5 1050-1150 1040 - 1080 690-730 1,5 1,5 2,5 2,5 3, Р4 6,0 1050-1160 1060 - 1100 800-850 1,5 1,5 2,5 2,5 3, Исследования структуры выполнялись на оптическом микроскопе «Axiovert 40MAT» при увеличениях 100 и 500 крат и электронном микроскопе ЭМ-125 при увеличениях 8000-80000 крат. Для идентификации фаз применялся дифракционный анализ с использованием темнопольной методики и последующим индицированием микроэлектронограмм. Скалярная с поправкой на невидимость дислокаций на микрофотографиях. Избыточная плотность дислокаций измерялась локально по градиенту разориентировки.

расстоянии 4, 7, 10 мм от рабочей термоупрочненРисунок 1 - Схема ной поверхности подошвы балки. Кроме того, анапрепарирования облизировался слой, непосредственно примыкающий разца при приготовк поверхности охлаждения (рис.1).

лении фольг для ПЭМ анализа приборе ПМТ-3 методом восстановленного отпечатка. Измерялась микротвердость структурных составляющих по сечению образцов. Длину диагонали отпечатка и число микротвердости определяли на системе анализа изображения SIAMS-700, определяя среднее из пяти измерений одного отпечатка.

В третьей главе представлены результаты послойных электронномикроскопических исследований дислокационной субструктуры, структурно-фазовых состояний низкоуглеродистой стали 09Г2С, подвергнутой термомеханическому упрочнению по разным режимам.

При реализации технологии ускоренного охлаждения двутавровой балки задействованы следующие механизмы превращения: 1) механизм диффузионного превращения, приводящий к образованию зерен структурно-свободного феррита (т.е., зерен феррита, не содержащих частицы цементита), зерен феррита, содержащих хаотически распределенные частицы цементита и зерен перлита; 2) при реализации промежуточного механизма превращения формируется бейнитная структура; 3) сдвиговой механизм превращения приводит к формированию мартенситной структуры.

Дислокационная субструктура зерен структурно-свободного феррита представлена, преимущественно, хаотически распределенными дислокациями (рис. 2, а) и дислокациями, формирующими сетки (рис. 2, б). Весьма редко обнаруживается ячеистая дислокационная субструктура.

Рисунок 2 – Электронно-микроскопическое изображение дислокационной субструктуры, выявляемой в зернах структурно-свободного феррита; а – структура дислокационного хаоса; б – сетчатая дислокационная структура Как правило, зерна структурно-свободного феррита разбиты на блоки (субзерна), разделенные малоугловыми границами (рис. 3). Азимутальная составляющая угла полной разориентации блоков, оцениваемая по размытию рефлексов на микроэлектронограмме, достигает ~10,0 град. (рис. 3, г).

Рисунок 3 – Электронно-микроскопическое изображение блочной (субзеренной) структуры зерен структурно-свободного феррита; а – светлое поле; б – темное поле, полученное в рефлексе [110]-Fe; в, г – микроэлектронограммы. На (в) стрелкой указан рефлекс, в котором получено темное поле; на (г) – рефлекс, по радиальному уширению которого можно оценить величину азимутальной составляющей угла полной разориентации блочной (субзеренной) структуры зерна Блоки, преимущественно, анизотропны, коэффициент анизотропии k = L/D = 2,0…2,5. При этом средние размеры блоков изменяются в пределах от 0,1 до 1,0 мкм. Средняя по зерну скалярная плотность дислокаций изменяется в пределах от 2,0·1010 см-2 до 3,5·1010 см-2. При этом плотность дислокаций в структуре хаоса, как правило, в 1,5…2,0 ниже, чем в сетчатой дислокационной субструктуре.

Дислокационная субструктура зерен феррита, содержащих частицы цементита, представлена ячейками (рис. 4, а) либо хаотически распределенными дислокациями (рис. 4, б). Частицы цементита, как правило, располагаются по границам ячеек, как бы ограничивая их размеры. Скалярная плотность дислокаций в таких зернах (т.е. дислокации, распределенных по объему зерна) относительно мала и составляет = 1,0·1010 см-2.

Перлит, выявляемый в исследуемой стали, имеет преимущественно пластинчатую морфологию. Ферритная составляющая зерен перлита фрагментирована (рис. 5, а). Разориентация фрагментов в отдельных случаях достигает ~10 град. В объеме фрагментов присутствуют дислокации, Рисунок 4 – Электронно-микроскопическое изображение дислокационной субструктуры зерен феррита, содержащих частицы цементита 100 нм Рисунок 5 – Электронно-микроскопическое изображение дислокационной субструктуры зерен пластинчатого перлита распределенные преимущественно хаотически, либо формирующие сетчатую субструктуру (рис. 5). Скалярная плотность дислокаций = 1,6· см-2. Выявлена следующая особенность распределения дислокаций в ферритной матрице перлитного зерна: при низкой плотности (структура дислокационного хаоса) дислокации концентрируются вблизи межфазной границы феррит/цементит (рис. 5, б). Это обстоятельство указывает на возможную причину появления дислокаций – различие коэффициентов термического расширения феррита и перлита.

Реализация промежуточного механизма превращения приводит к формированию в стали 09Г2С бейнитной структуры. Пластины бейнита расположены параллельно друг другу и образуют пакеты, по морфологическому признаку напоминая пакетный мартенсит. Поперечные размеры пластин изменяются в пределах от 200 до 450 нм. Пластины разбиты на блоки, имеющие анизотропную форму (k = 3,2). Последнее является, повидимому, следствием воздействия остаточного тепла на структуру стали.

В объеме пластин выявляется дислокационная субструктура сетчатого типа; скалярная плотность дислокаций ~4,8·1010 см-2.

Реализация механизма сдвигового превращения сопровождается формированием мартенситной структуры. При анализе субструктуры кристаллов мартенсита выявляется крапчатый (черно-белый) контраст.

Наличие данного контраста свидетельствует о высокой плотности дислокаций (~1·1011 см-2), формирующих сетчатую структуру. Анализ дислокационной субструктуры кристаллов мартенсита установил наличие сетчатой субструктуры, скалярная плотность дислокаций которой несколько ниже (~9,0·1010 см-2) плотности, характерной для закаленной стали, что может быть связано с релаксационными процессами, протекающими в стали под действием остаточного тепла (так называемый «самоотпуск» стали).

Ускоренное охлаждение поверхности заготовки сопровождается формированием градиента состояния дефектной субструктуры стали (рис.6).

Рисунок 6 – Зависимости от расстояния до поверхности обработки скалярной плотности дислокаций, расположенных в ферритной составляющей зерен перлита (кривая 1), в зернах феррита (кривая 2), средних размеров D блоков (субзерен), выявляемых в зернах феррита (кривая 3) При ускоренном охлаждении по режиму 3 по мере приближения к поверхности охлаждения увеличивается скалярная плотность дислокаций, присутствующих в зернах феррита (рис. 6, кривая 2) и ферритных прослойках зерен перлита (рис. 6, кривая 1), снижаются средние размеры фрагментов феррита (рис. 6, кривая 3).

Роль режима ускоренного охлаждения в формировании дефектной субструктуры -фазы наиболее отчетливо выявлена при исследовании структуры поверхностного слоя стали.

В образце 1 (без ускоренного охлаждения) в поверхностном слое формируется зеренно-субзеренная структура. Субзерна анизотропны, размер субзерен изменяется в пределах от 100 до 300 нм; азимутальная составляющая угла полной разориентации субзерен изменяется в пределах от 5 до 10,5 град. В объеме субзерен выявляется дислокационная субструктура. Дислокации расположены хаотически, либо формируют сетчатую субструктуру. Скалярная плотность дислокаций достигает величины 3,5·1010 см-2.

В поверхностном слое образца стали, ускоренно охлажденной по режиму 4, наряду с зеренно-субзеренной структурой, формируется структура бейнита. В объеме пластин выявляется дислокационная субструктура сетчатого типа.

В поверхностном слое образца стали, охлажденной по режиму 3, основным морфологическим типом -фазы являются пластины мартенсита разной степени совершенства границ: от четких прямолинейных до слабовыраженных рассыпающихся. Поперечные размеры пластин изменяются в весьма широких пределах от 0,1 до 1,8 мкм. В объеме пластин присутствует дислокационная субструктура сетчатого типа.

Принимая во внимание тот факт, что температура проката при поступлении на холодильник в режиме 4 была не ниже 800 С, заключаем, что при термомеханической обработке деформация происходила в аустенитном состоянии, субзереная структура, образовавшаяся в аустените при горячей деформации, в дальнейшем наследовалась -фазой преимущественно при бейнитном - превращении.

Присутствие зерен -фазы с высоким уровнем дефектности в образце 3 объясняется тем, что заключительная стадия прокатки изделия осуществлялась при сравнительно низкой температуре (690-730 °С), т.е. в двухфазной +-области. Последующее ускоренное охлаждение стали привело к сдвиговому - превращению с образованием структуры пластинчатой морфологии, а остаточное тепло, вследствие массивности данного изделия, инициировало процесс релаксации дефектной субструктуры и выделение частиц карбидной фазы, т.е. способствовало «самоотпуску» стали.

В четвертой главе выполнен анализ процессов, приводящих к формированию в структуре балочного профиля наноразмерных фаз. Диспергирование цементитных пластин перлитных колоний путем разрезания их движущимися дислокациями формирует отдельные фрагменты (блоки).

Размеры фрагментов изменяются в пределах от 5 до 30 нм. Одновременно с этим, в ферритных прослойках перлитной колонии обнаруживаются частицы цементита, размеры которых изменяются в пределах от 5 до 10 нм (рис. 7, а, частицы указаны стрелками). Наноразмерный диапазон структуры цементита данной перлитной колонии подтверждается квазикольцевым строением микроэлектронограммы, полученной с данного участка фольги (рис. 7, б).

Рисунок 7 – Фрагментация пластин цементита зерен перлита; а – светлопольное изображение; б – микроэлектронограмма, стрелкой указан рефлекс, в котором получено темное поле. На (а) стрелками указаны частицы цементита, расположенные в пластинах феррита Вынос атомов углерода из разрушенных частиц цементита возможен и на гораздо большие расстояния. Исследования блочной (субзеренной) структуры зерен -железа методами темнопольного анализа выявили частицы цементита в объеме блоков на дислокациях и на границах блоков.

Частицы имеют округлую форму; размеры частиц изменяются в пределах от 5 до 15 нм.

«Самоотпуск» стали под действием остаточного тепла объема заготовки сопровождается релаксацией дислокационной субструктуры, выражающейся в снижении скалярной плотности дислокаций, разрушением малоугловых границ кристаллов мартенсита, выделении на дислокациях в объеме кристаллов мартенсита и по границам частиц цементита. Размеры частиц, расположенных на дислокациях, изменяются в пределах 5…10 нм, расположенных на границах – в пределах 10…30 нм.

Формирование наноразмерных фаз отмечается и в результате полиморфного превращения. Высокий уровень пластической деформации стали, реализующийся при термомеханической обработке проката, приводит к диспергированию структур, формирующихся в процессе диффузионного превращения. На рис. 8 приведены электронномикроскопические изображения структуры пластинчатого перлита. Выполненные измерения показывают, что толщина пластин -фазы, разделенных пластинками карбида, ~70 нм; толщина пластин карбидной фазы ~25 нм.

Рисунок 8 – Электронно-микроскопическое изображение структуры пластинчатого перлита; а – светлое поле; б – темное поле, полученное в рефлексе [021]Fe3С; в – микроэлектронограмма, стрелкой указан рефлекс, в котором получено темное поле Формирование наноразмерных частиц карбидной фазы наблюдается также и при образовании так называемого псевдоперлита, т.е. зерен феррита, содержащих частицы цементита глобулярной морфологии. Размеры частиц цементита в таких зернах изменяются в пределах 40… 60 нм.

В пятой главе проанализированы механизмы и закономерности формирования прочностных свойств стали 09Г2С в процессе термомеханического упрочнения.

№1 двутавра стали 09Г2С, подвергнутой упрочприводит к полутора няющей обработке по режимам Р3 (кривая 1) и прочности поверхностного слоя стали по отношению к ее объему.

Термоупрочнение по режимам 3 и 4, приводит к формированию многослойной (поверхностный, переходный и центральный слои) микроструктуры полки 1 профиля двутавра. Структура стали в переходном слое и центральной зоне полок при данных режима охлаждения получена в результате превращения по нормальному механизму и состоит из феррита, перлита, «вырожденного» перлита и выделений карбидов по границам ферритного зерна. Структура стали поверхностного слоя формируется в результате промежуточного (режим 4) и сдвигового (режим 3) механизмов превращения с последующим протеканием процесса «самоотпуска». Количественные характеристики поверхностного (упрочненного) слоя, наиболее значимо отражающие влияние режима упрочнения на субструктуру стали и выявленные по результатам электронно-микроскопических исследований, приведены в табл. 3.

Таблица 3 – Количественные характеристики структуры упрочненного обработки V1 d1, 1, 10, V2 d2, 2, 1010,, 1010, d, Примечание: V1, V2 – объемные доли структуры пластинчатого (мартенсит или бейнит) и субзеренного типа, соответственно; d1, d2 – средние поперечные размеры пластин и субзерен, соответственно; 1, 2 – скалярная плотность дислокаций, расположенных в пластинах и субзернах, соответственно; – скалярная плотность дислокаций в среднем по слою (с учетом типов структуры); d – размер субструктуры стали в среднем по слою (с учетом типов структуры).

При анализе физической природы упрочнения стали были учтены следующие факторы: вклады, обусловленные трением решетки, внутрифазовыми границами (соотношение Холла-Петча), дислокационной субструктурой (соотношение Ж. Фриделя), наличием карбидной фазы (соотношение Мотта-Набарро и Е. Орована), твердорастворным упрочнением (соотношение Р. Флеймера и У. Хиббарда), внутренними полями напряжений (соотношение Э.В. Козлова и Н.А. Коневой). Предполагалось независимое действие каждого из механизмов упрочнения на пределе текучести материала. Оценки величины вкладов в предел текучести проводились для зерен мартенсита, бейнита, субзерен, зерен феррита и перлита с учетом их объемных долей. Общий предел текучести определялся в виде линейной суммы вкладов отдельных механизмов упрочнения.

Рисунок 10 – Изменение предела текучести старис. 10, можно отметить ли 09Г2С, обработанной по режиму Р результате оценок, основанных на количественном анализе структуры стали. Следовательно, рассмотренные выше механизмы упрочнения правильно отражают действительность и могут быть использованы для прогнозирования изменения свойств стали при различных режимах термомеханического воздействия.

В приложении приведен акт использования результатов работы в производстве.

Основные выводы 1. Методами просвечивающей дифракционной электронной микроскопии проведены исследования дефектной субструктуры стали 09Г2С, формирующейся в результате термомеханического упрочнения. Показано, что состояние дефектной субструктуры -фазы стали определяется (1) механизмом превращения, (2) режимом высокотемпературной прокатки и ускоренного охлаждения, (3) расстоянием до поверхности ускоренного охлаждения.

2. Установлено соответствие дислокационной субструктуры и морфологии -фазы (механизма превращения): в кристаллах мартенсита и бейнита преобладающей является сетчатая дислокационная структура с весьма высокой плотностью дислокаций, изменяющейся в пределах от 4,5·1010 см-2 до ~10,0·1010 см-2; в зернах феррита и перлита выявляется структура дислокационного хаоса и сетчатая дислокационная субструктура с относительно низкими значениями скалярной плотности дислокаций, изменяющимися в пределах от 2,0·1010 см-2 до 3,5·1010 см-2.

Проанализированы процессы и выполнен анализ механизмов, способствующих формированию наноразмерной фазы в условиях термомеханической обработки низкоуглеродистой стали. Показано, что:

- при диспергировании пластин цементита перлитных колоний путем разрезания их движущимися дислокациями формируются частицы размером 5-30 нм.

- частицы округлой формы размером 5-15 нм образуются при растворении пластин цементита перлитных колоний и повторном выделении на дислокациях, границах субзерен и зерен.

- при распаде твердого раствора углерода в -железе, протекающего в условиях «самоотпуска» мартенсита, размеры частиц, выделившихся в объеме кристаллов мартенсита на дислокациях, составляют 5-10 нм, а на границах кристаллов мартенсита 10-30 нм.

- при диффузионном превращении в условиях высокой степени деформации и высоких температур обработки наблюдается диспергирование структуры пластинчатого перлита: толщина пластин -фазы, разделенных пластинками карбида ~ 70 нм, толщина пластин карбидной Выявлен градиент микротвердости балочного профиля стали 09Г2С, имеющий место при термомеханическом упрочнении в условиях принудительного охлаждения поверхности изделия.

Выполнен анализ физических механизмов (анализ основан на использовании количественных параметров структуры стали, выявленных методами металлографии и электронной дифракционной микроскопии, и оценочных соотношений физического материаловедения), ответственных за повышение микротвердости поверхностного слоя при термомеханическом упрочнении, выявлены количественные параметры, характеризующие структурно-фазовое состояние и дающие возможность оценить величину теоретического предела текучести стали.

Установлено, что явление повышения прочности поверхностного слоя стали является многофакторным, морфологически многокомпонентным и определяется природой превращения. Основными механизмами, ответственными за высокий уровень прочности поверхностного слоя стали, являются субструктурное и деформационное, обусловленные формированием кристаллов мартенсита и бейнита. Вклад данных механизмов в упрочнение материала является регулируемой величиной и существенным образом зависит от режима обработки стали.

Основное содержание диссертационной работы изложено в следующих публикациях:

Монографии и главы монографий Громов В.Е. Структурно-фазовые состояния и дефектная субструктура термомеханически упрочненной малоуглеродистой стали / В.Е. Громов, Ю.Ф. Иванов, В.Б. Костерев и др. – Новокузнецк. – Изд-во «ИнтерКузбасс», 2011. – 166 с.

Громов В.Е. Структурно-фазовые состояния и свойства упрочненных стального проката и чугунных валков / В.Е. Громов, О.Ю. Ефимов, В.Б.

Костерев и др. // Структурно-фазовые состояния и свойства упрочненных стального проката и чугунных валков. – Новокузнецк: СибГИУ, 2011. – 200 с.

Громов В.Е. Формирование наноразмерных фаз при термомеханическом упрочнении малоуглеродистой стали / В.Е. Громов, Ю.Ф. Иванов,…, В.Б. Костерев и др. Глава в монографии. Прочность и пластичность материалов при внешних энергетических воздействиях // под ред. Громова В.Е.

– Новокузнецк: Изд-во «Интер-Кузбасс», 2010. – С. 152-170.

Громов В.Е. Механизмы формирования прочностных свойств при термомеханическом упрочнении малоуглеродистой стали / В.Е. Громов, Ю.Ф. Иванов, В.Б. Костерев и др. Глава 11 в монографии. Перспективные материалы / Под редакцией В.В. Клубовича. – Витебск: Изд-во УО «ВГТУ», 2011. – С. 234- Статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ Костерев В.Б. Формирование тонкой структуры и механических свойств при ускоренном охлаждении балочного профиля / В.Б. Костерев, Е.Г. Белов, О.Ю. Ефимов и др. // Вестник Тамбовского университета. Серия: Естественные и технические науки. - 2010. - т.15. -вып.3. - С. 825-826.

Костерев В.Б. Формирование структурно-фазовых состояний поверхности термоупрочнения / В.Б. Костерев, В.Е. Громов, Ю.Ф. Иванов и др. // Деформация и разрушение материалов. - 2010. - № 10. – С. 43-46.

Костерев В.Б. Градиентные структурно-фазовые состояния, формирующиеся при термомеханическом упрочнении стали 09Г2С / В.Е. Громов, В.Б. Костерев, О.Ю. Ефимов и др. // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. – 2010. - № 1. – С. 57-60.

Ефимов О.Ю. Закономерности и механизмы формирования структурно-фазовых состояний и механических свойств балочного профиля из стали 09Г2С при термомеханическом упрочнении / О.Ю. Ефимов, В.Б. Костерев, В.Е. Громов и др. // Проблемы черной металлургии и материаловедения. – 2010. - № 3. – С. 13-21.

Громов В.Е. Формирование дислокационной субструктуры при горячей прокатке и термомеханическом упрочнении малоуглеродистой стали / В.Е. Громов, Ю.Ф. Иванов, О.Ю. Ефимов, В.Б. Костерев и др. // Материаловедение. – 2011. - № 1. – С. 40-42.

Костерев В.Б. Закономерности формирования структуры, фазового состава и дислокационной субструктуры при термомеханическом упрочнении стали 09Г2С / В.Б. Костерев, В.Е. Громов, Ю.Ф. Иванов и др. // Заготовительные производства в машиностроении. – 2011. - № 1. – С.38-42.

Ефимов О.Ю. Формирование дислокационной субструктуры и наноразмерных фаз при термомеханическом упрочнении проката / О.Ю.

Ефимов, В.Б. Костерев, В.Е. Громов и др. // Проблемы черной металлургии и материаловедения. – 2011. - №2. – С.23-30.

Костерев В.Б. Формирование структурно-фазовых состояний и дислокационной субструктуры при термомеханическом упрочнении стали 09Г2С / В.Б. Костерев, Ю.Ф. Иванов, В.Е. Громов и др. // Известия вузов.

Физика. – 2011. – Т. 54, № 9. – С. 80-90.

Публикации в других изданиях Костерев В.Б. Электронно-микроскопический анализ механизмов формирования структуры поверхностного слоя стали 09Г2С при ускоренном охлаждении / В.Б. Костерев // Сборник материалов VII Российской ежегодной конференции молодых научных сотрудников и аспирантов. – М.: Интерконтакт Наука, 2010. – С.214-215.

Костерев В.Б. Формирование наноструктурных состояний, повышающих механические свойства балочного профиля при ускоренном охлаждении / В.Б. Костерев, Е.Г. Белов, О.Ю. Ефимов и др. // Сборник материалов 50-го Международного симпозиума “Актуальные проблемы прочности”. – Витебск: УО «ВГТУ», 2010. – Ч. 1. – С. Костерев В.Б. Изменение химического состава высокоуглеродистых сплавов на основе железа после плазменной обработки и высокотемпературном контактном изнашивании / В.Б. Костерев, Е.Г. Белов, О.Ю. Ефимов и др. // Сборник тезисов шестой международной конференции ФППК- «Фазовые превращения и прочность кристаллов», посвященной памяти академика Г.В. Курдюмова. - Черноголовка: ИМФМ. – 2010. – С.149.

Громов В.Е. Формирование дефектной субструктуры и наноразмерных фаз при термомеханическом упрочнении малоуглеродистой стали / В.Е. Громов, Ю.Ф. Иванов, О.Ю. Ефимов, В.Б. Костерев и др. // Сборник статей международного симпозиума «Перспективные материалы и технологии». Витебск: УО «ВГТУ», 2011. – С. 24-26.

Костерев В.Б. Анализ структурно-фазовых состояний стали при термомеханическом упрочнении / В.Б. Костерев, В.И. Мясникова, С.В. Коновалов и др. // Материалы XIX Республиканской научной конференции аспирантов, магистрантов и студентов по физике конденсированного состояния (ФКС – XIX). – Гродно. ГРГУ, 2011. – С. 283-285.

Костерев В.Б. Закономерности формирования прочностных свойств при термомеханическом упрочнении малоуглеродистой стали по режиму ускоренного охлаждения / Костерев В.Б., Ефимов О.Ю., Иванов Ю.Ф. и др.

// Тезисы V Российской научно-технической конференции “Ресурс и диагностика материалов и конструкций”. – Екатеринбург: ИМаш РАН, 2011.

– С. 23.

19 Gromov V.E., Ivanov Yu.F., Kosterev V.B. et al. Nanosize phases formation under low carbon steel thermomechanical strengthening // Proceedings of 1th International Conference of Nanomaterials: Application and Properties (NAP 2011). – Alushta: SSU, 2011. – Vol. 2, Part 2. – C. 293-301.

Формат бумаги 60х84 1/16. Бумага писчая. Печать офсетная Усл.печ.л. 1,. Уч.изд.л. 1,. Тираж 110 экз. Заказ 6.

Сибирский государственный индустриальный университет.



 
Похожие работы:

«Гребенюков Вячеслав Владимирович ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ СИНТЕЗ ОДНОСТЕННЫХ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК В ПРИСУТСТВИИ АЗОТА И БОРА И ИССЛЕДОВАНИЕ ИХ СВОЙСТВ 01.04.07 – Физика конденсированного состояния Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физикоматематических наук Москва 2013 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук Научный руководитель : кандидат...»

«Тарасов Антон Сергеевич МАГНИТОТРАНСПОРТНЫЕ СВОЙСТВА ГИБРИДНЫХ СТРУТКУР Fe/SiO2/p-Si, Специальность 01.04.11 – физика магнитных явлений Автореферат Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Красноярск 2013 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук (ИФ СО РАН) Научный руководитель : доктор физико-математических наук, доцент...»

«Кузиков Сергей Владимирович КВАЗИОПТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЙ СТРУКТУРОЙ МОЩНОГО МИКРОВОЛНОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Специальность: 01.04.03 – радиофизика Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук Нижний Новгород 2014 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институт прикладной физики Российской Академии наук (г. Нижний Новгород) Официальные оппоненты : Член-корреспондент РАН, доктор...»

«Семенов Владимир Михайлович Разработка системы изотопного анализа UF6 и мониторинга HF в атмосфере на основе полупроводниковых приборов Специальности: 05.27.01 – “Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и нано- электроника, приборы на квантовых эффектах” 01.04.17– “Химическая физика, горение и взрыв, физика экстремальных состояний вещества” АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук МОСКВА – 2014 Работа выполнена на...»

«Толстихина Алла Леонидовна АТОМНО-СИЛОВАЯ МИКРОСКОПИЯ КРИСТАЛЛОВ И ПЛЕНОК СО СЛОЖНОЙ МОРФОЛОГИЕЙ ПОВЕРХНОСТИ 01.04.18 - кристаллография, физика кристаллов АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук Москва - 2013 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте кристаллографии им. А.В. Шубникова Российской академии наук (ИК РАН) Официальные оппоненты : доктор физико-математических наук Палто Сергей...»

«Фатеева Наталья Леонидовна ДИСТАНЦИОННАЯ ДИАГНОСТИКА СОСТОЯНИЯ РАСТЕНИЙ НА ОСНОВЕ МЕТОДА ЛАЗЕРНО-ИНДУЦИРОВАННОЙ ФЛУОРЕСЦЕНЦИИ Специальность 01.04.05 – Оптика Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Новосибирск – 2007 Работа выполнена в Институте оптики атмосферы имени академика В.Е. Зуева Сибирского отделения РАН Научный руководитель : доктор физико-математических наук Матвиенко Геннадий Григорьевич Научный консультант : доктор...»

«АНТАКОВ Максим Александрович РЕКОНСТРУКЦИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ РАСПРЕДЕЛЕНИЙ ИСТОЧНИКОВ ЛЮМИНЕСЦЕНТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В РАССЕИВАЮЩИХ КОНДЕНСИРОВАННЫХ СРЕДАХ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ИНТЕГРАЛЬНО-КОДОВЫХ СИСТЕМ ИЗМЕРЕНИЙ 01.04.07 – физика конденсированного состояния Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук Москва – 2013 2 Работа выполнена на кафедре биомедицинских систем Национального исследовательского университета МИЭТ Научный руководитель :...»

«Салганская Марина Вячеславовна ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО-ПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ФИЛЬТРАЦИОННОМ ГОРЕНИИ 01.04.17 – Химическая физика, в том числе физика горения и взрыва Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Черноголовка 2008 2 Работа выполнена в Институте проблем химической физики РАН Научный руководитель : д.х.н., член-корреспондент РАН профессор Манелис Георгий Борисович, Официальные оппоненты : д.ф.-м.н., профессор Ассовский...»

«ШКАЛИКОВ Николай Викторович ИССЛЕДОВАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ НЕФТЕЙ И ИХ КОМПОНЕНТ МЕТОДОМ ЯМР Специальность 01.04.07 – физика конденсированного состояния Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Казань 2010 2 Работа выполнена на кафедре физики молекулярных систем Казанского государственного...»

«Брянцева Наталья Геннадьевна ФОТОПРОЦЕССЫ В СЕНСИБИЛИЗАТОРАХ НА ОСНОВЕ ЗАМЕЩЕННЫХ КУМАРИНА 01.04.05 - оптика АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Томск – 2011 Работа выполнена на кафедре оптики и спектроскопии, в лаборатории фотофизики и фотохимии молекул физического факультета и в отделении Фотоника молекул Сибирского физико-технического института Томского государственного университета. Научный руководитель : доктор...»

«Видьма Константин Викторович Исследование механизма УФ фотофрагментации Ван-дер-Ваальсовых димеров (CH3I)2 и (HI)2, а также Ван-дер-Ваальсовых комплексов O2-Х (Х=CH3I, С3H6, C6H12, Хе) 01.04.17 – химическая физика, в том числе физика горения и взрыва АВТОРЕФЕРАТ Диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Новосибирск, 2006 Работа выполнена в Институте...»

«Чазов Андрей Игоревич Исследование функциональных свойств ИК-световодов на основе кристаллов твердых растворов галогенидов серебра и одновалентного таллия 01.04.07 – физика конденсированного состояния Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Екатеринбург – 2014 2 Работа выполнена на кафедре Физической и коллоидной химии химикотехнологического института ФГАОУ ВПО Уральский федеральный университет имени первого президента России...»

«Костенко Светлана Сергеевна МОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЛЬТРАЦИОННЫХ РЕЖИМОВ ОКИСЛЕНИЯ СМЕСЕЙ МЕТАНА В ПРИСУТСТВИИ ПАРОВ ВОДЫ 01.04.17 – Химическая физика, в том числе физика горения и взрыва АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Черноголовка – 2010 Работа выполнена в Институте проблем химической физики РАН Научный руководитель : доктор физико-математических наук Иванова Авигея Николаевна Научный консультант : кандидат...»

«ЛЫСОВА ОЛЬГА АЛЕКСАНДРОВНА Атомно-силовая микроскопия сегнетоэлектрических микро- и нанодоменных структур 01.04.18 – Кристаллография, физика кристаллов АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук МОСКВА 2011 2 Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте кристаллографии им. А.В. Шубникова РАН. Научный руководитель : Кандидат физико-математических наук Гайнутдинов Радмир Вильевич Официальные оппоненты : Доктор...»

«ЛАВРОВ ИГОРЬ ВИКТОРОВИЧ ВЫЧИСЛЕНИЕ ЭФФЕКТИВНЫХ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И ПРОВОДЯЩИХ ХАРАКТЕРИСТИК СЛУЧАЙНО-НЕОДНОРОДНЫХ ТЕКСТУРИРОВАННЫХ СРЕД 01.04.07 – Физика конденсированного состояния АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учной степени кандидата физико-математических наук Москва – 2010 Работа выполнена на кафедре Высшая математика №2 МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ) Научный руководитель : доктор физико-математических наук, профессор...»

«ЖУКОВСКАЯ ИНГА АНАТОЛЬЕВНА КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ ИЗОБРАЖЕНИЙ ВЕЩЕСТВ РАЗЛИЧНОЙ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЙ ПРИРОДЫ Специальность 01.04.01 – Приборы и методы экспериментальной физики АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Ижевск 2014 Работа выполнена в Совместной с ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН научно-учебной лаборатории Компьютерные технологии в дифракционной диагностике материалов Санкт-Петербургского...»

«МОРЧЕНКО АЛЕКСАНДР ТИМОФЕЕВИЧ РАДИОПОГЛОЩАЮЩИЕ СВОЙСТВА ФЕРРИТОВ И МАГНИТОДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОМПОЗИТОВ НА ИХ ОСНОВЕ Специальность 01.04.10: физика полупроводников АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Москва – 2014 Работа выполнена в Федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего профессионального образования Национальный исследовательский технологический университет МИСиС Кафедра технологии...»

«ПОНОМАРЁВ Александр Николаевич РОЛЬ СТРУКТУРНЫХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ В НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОМ ПОВЕДЕНИИ ЭЛЕКТРОННЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СВОЙСТВ МЕТАЛЛИЗИРОВАННЫХ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК Специальность: 01.04.07 – физика конденсированного состояния АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Томск – 2011 Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте физики прочности и материаловедения Сибирского отделения РАН и ГОУ ВПО Томский...»

«Ханбеков Никита Дмитриевич ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ МОНОКРИСТАЛЛОВ 40Ca100MoO4 И ИЗГОТОВЛЕННЫХ НА ИХ ОСНОВЕ СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ КРИОГЕННОГО ДЕТЕКТОРА ДЛЯ ПОИСКА БЕЗНЕЙТРИННОГО ДВОЙНОГО БЕТА-РАСПАДА ИЗОТОПА 100Mo (01.04.01 – Приборы и методы экспериментальной физики) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Москва 2014 год Работа выполнена в НИЦ Курчатовский институт ФГБУ Государственный Научный Центр Российской Федерации Институт...»

«САВИНКОВ Андрей Владимирович ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОМ ЯМР/ЯКР НЕОДНОРОДНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАРЯДОВ И СПИНОВ В ПЛОСКОСТИ CuO2 КУПРАТНЫХ ОКСИДОВ ТИПА 123 Специальность 01.04.07 – физика конденсированного состояния Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Казань Работа выполнена на кафедре...»






 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.