CC BY
38
УДК 539.3
ВЛИЯНИЕ ТОКОВОЙ ОБРАБОТКИ НА ФОРМИРОВАНИЕ ГРАДИЕНТНЫХ СТРУКТУРНО-ФАЗОВЫХ СОСТОЯНИЙ В АУСТЕНИТНОЙ СТАЛИ ПРИ УСТАЛОСТИ
© С.В. Коновалов1*, Ю.Ф. Иванов2*, С.В. Воробьев1*, С.В. Горбунов1*, В.Е. Громов1*
'* Сибирский государственный индустриальный университет, г. Новокузнецк, Россия,
e-mail: [email protected] 2) Институт сильноточной электроники СО РАН, г. Томск, Россия, e-mail: [email protected]
Ключевые слова: аустенитная сталь; многоцикловая усталость; структурно-фазовые состояния.
Методами просвечивающей электронной микроскопии проведены исследования градиентной структуры, формирующейся в стали 45Г17Ю3 на стадии разрушения в условиях усталостных испытаний.
В последние годы сформировалось и продолжает бурно развиваться новое научное направление - фундаментальные исследования структуры и свойств градиентных структурно-фазовых состояний в твердых телах [1]. Это обусловлено, с одной стороны, ужесточением требований в современных условиях к свойствам конструкционных материалов и, с другой стороны, практически полным исчерпанием резерва повышения эксплуатационных характеристик материалов традиционно используемыми в промышленности способами. Параметры структуры, концентрация дефектов и фазовый состав в градиентных структурах являются переменной величиной. Соответственно этому должны меняться эксплуатационные характеристики материала, как поверхностно чувствительные, так и объемные (твердость и прочность, пластичность и коррозионная стойкость, износо- и трещиностойкость и т. д.). Изменение их с расстоянием от поверхности может подчиняться различным законам, которые являются, как правило, следствием нелинейного поведения системы.
Целью настоящей работы являлся анализ, выполненный на качественном и количественном уровне, градиентных структурно-фазовых состояний, формирующихся в аустенитной стали 45Г17Ю3 в условиях многоцикловых усталостных испытаний по обычной схеме и в условиях промежуточной электроимпульсной обработки, выявление закономерностей их образования.
Для токовой обработки усталостно-нагруженных образцов использовали генератор мощных токовых импульсов низких частот со следующими параметрами [2]: максимальная амплитуда тока 10 кА, длительность импульса - 100 мкс, форма импульса - полусинусои-дальная, частота токовых импульсов 20 Гц. В результате усталостных испытаний образец был разрушен после 10,2-104 циклов нагружения. Электростимулирование (обработка импульсным электрическим током) образцов на промежуточной стадии усталостного нагружения (М = 70000 циклов) и последующие усталостные испытания привели к разрушению стали после 179000 циклов.
В результате выполнения исследований стали 45Г17Ю3, разрушенной в результате циклических усталостных испытаний, выявлено формирование ярко выраженной градиентной структуры, характеризующейся закономерным изменением с увеличением расстояния от поверхности разрушения относительного содержания типов дислокационных субструктур, скалярной плотности дислокаций, амплитуды кривизны-кручения кристаллической решетки. Показано, что одной из причин разрушения стали является образование кристаллов е-мартенсита, на межфазных границах которых зарождаются микротрещины, развивающиеся в магистральную трещину. Причиной мартенситного у ^ е превращения являются внутренние поля напряжений, локализованные в сетчатой дислокационной субструктуре.
Обработка образцов на промежуточной стадии нагружения мощными импульсами электрического тока, приводящая к увеличению усталостной долговечности стали в 1,75 раза, сопровождается формированием в зоне разрушения структуры, характеризующейся повышенной склонностью к деформационному упрочнению, повышенной стабильностью кристаллической решетки по отношению к у ^ е мартенситному превращению, повышенной способностью к релаксации внутренних полей напряжений. Очевидно, что одной из причин этого является изменение состояния внутри-фазных границ раздела (границ раздела зерен, субзерен, микродвойников) и твердого раствора на основе железа в результате электростимулирования стали.
ЛИТЕРАТУРА
1. Козлов Э.В., Глезер А.М., Громов В.Е. Градиентные структурно фазовые состояния в твердых телах // Изв. РАН. Сер. Физическая. 2003. Т. 67. № 10. С. 1374.
2. Коновалов С.В. [и др.] Установка для исследования электростиму-лированной усталости // Вестник горно-металлургической секции Российской академии естественных наук. Отделение металлургии. 2000. Вып. 10. С. 97-100.
БЛАГОДАРНОСТИ: Работа выполнена при финансовой поддержке Федеральной целевой программы
«Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 гг.», гос. контракт № П411.
Поступила в редакцию 15 апреля 2010 г.
Konovalov S.V., Ivanov Yu.F., Vorobyov S.V., Gorbunov S.V., Gromov V.Y. Influence of current treatment on the
formation of gradient structure-phase states in austenitic steel with the fatigue.
The studies of the gradient structure, which is formed in 45G17Yu3 steel at the stage of failure under the conditions for fatigue tests, are carried out by the methods of the transmission electron microscopy.
Key words: austenitic steel; multicycle fatigue; the structure-phase states.
