Влияние химического состава сплавов аустенитного класса на их механические свойства Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 5З9.З

ВЛИЯНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА СПЛАВОВ АУСТЕНИТНОГО КЛАССА НА ИХ МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

© М.А. Баранов, В.М. Щербаков, В.В. Романенко, Е.В. Черных

Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова, г. Барнаул, Россия,

e-mail: [email protected]

Ключевые слова: сплав; атом; механические свойства; химический состав.

Выполнено атомно-дискретное моделирование конфигурационного состояния кристаллических решёток ряда промышленно выпускаемых аустенитных сплавов и их последующее сопоставление с экспериментально измеренными показателями механических свойств (МС). Построены корреляционные функции, связывающие МС с параметрами состояния - искажением решётки и энергией связи. Предложен алгоритм поиска состава сплава сплавов, обеспечивающий требуемый набор МС.

При создании материалов с заданным набором механических свойств (МС) большое значение приобретает их склонность к пластической деформации, которая, в свою очередь, связана с подвижностью дислокаций. Изменить МС можно лишь косвенным образом -посредством ряда факторов: наклёпа, изменения среднего размера зерна, стимулируя образование микро-дисперсных выделений и др. В совокупности влияние всех факторов сводится к нарушению совершенства кристаллических решёток и изменению барьера Пайер-лса. Для поликристаллических материалов сложного химического состава, к которым принадлежит подавляющая масса применяемых в технике сталей и сплавов, характерен специфический фактор упрочнения, связанный с неупорядоченным расположением атомов по узлам кристаллической решётки. Несимметричное окружение каждого из атомов приводит к их смещениям относительно геометрически правильных положений узлов. Незначительные по величине, но распределенные по объёму всего кристалла, эти искажения становятся существенным препятствием для скольжения дислокаций. Искажения решётки, обусловленные химическим беспорядком, являются естественными в том смысле, что от них невозможно избавиться путём искусственного термического или механического воздействия или в процессе эксплуатации деталей. Естественные искажения решётки способны обеспечить устойчивые прочностные свойства деталей машин, испытывающих ударные нагрузки и резкие перепады температур, детали поршневой и клапанной группы ДВС, лопатки паровых и газовых турбин и др. Неслучайно для изготовления таких деталей применяются стали и сплавы сложного химического состава. Существование естественных искажений очевидно, однако в литературе этот факт почти не освещается.

В качестве рабочей гипотезы нами рассматривалось положение: «Механические свойства сплава сложного химического состава определяются главным образом состоянием кристаллической решётки его превалирующей фазы». Для её проверки была построена система количественного описания взаимодействий ато-

мов произвольного сорта в сплавах с произвольным числом компонент и выполнено атомно-дискретное моделирование равновесных конфигураций кристаллических решёток ~30 промышленно выпускаемых сплавов аустенитного класса [1]. Одна из таких конфигураций представлена на рис. 1. Векторы смещений атомов относительно геометрически правильных положений узлов показаны в 20-кратном увеличении.

За меру искажённости решётки принималось значение среднего смещения Бт атомов относительно идеальных положений узлов. Бт вместе с величиной энергии связи ЕСВ выступали в качестве параметров состояния кристалла. Корреляционная функция, связывающая показатели МС с параметрами состояния, представлялась в виде МС = Ро + РіЕСВ8т + Р2ЕСВ + Рз$т . Значения параметров рі определялись из условия минимальности отклонения набора аппроксимированных показателей МС от экспериментального. Для предела

Рис. 1. Естественные искажения решётки сплава ХН62МВКЮ

l0l6

Смещение* А

Рис. 2. Изолинии предела прочности

текучести, предела прочности, относительного удлинения и твердости НВ среднее значение относительного отклонения рассчитанных показателей МС от экспериментальных не превышает 10 %, что фактически подтверждает выдвинутую гипотезу. С использованием полученных функций для каждого МС построены номограммы - линии его постоянных значений (рис. 2).

Отталкиваясь от требуемого набора МС, с помощью данных номограмм можно подобрать соответствующие значения Бт и ЕСв, а затем выполнить поиск

равновесных конфигураций с варьированием и оптимизацией состава сплава. По-видимому, это и есть ключ к созданию материалов с заданным набором МС.

ЛИТЕРАТУРА

1. Баранов М.А. Сферическая симметрия электронных оболочек атомов и стабильность кристаллов // Электронный физикотехнический журнал. Т. 1. Вып. 1. С. 34-48. http://eflj.secna.ru/0501/ 06013r.pdf.

БЛАГОДАРНОСТИ: Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, проект № 08-08-98007 и администрации Алтайского края.

Поступила в редакцию 15 апреля 2010 г.

Baranov M.A., Shcherbakov V.M., Romanenko V.V., Chernykh Ye.V. Influence of chemical composition of austinic alloys on their mechanical characteristics

The atomic-discrete simulation of a configuration state of crystal lattices of industrially released austinic alloys and next comparison with experimentally measured indicators of mechanical properties (MP) have been executed. The correlation functions connecting MP with the state parameters - lattice distortion and bond energy have been constructed. The algorithm of search of alloy composition at required set of MP is offered.

Key words: alloy; atom; mechanical properties; chemical composition.