Аннотация
С использованием методов просвечивающей электронной микроскопии проведен анализ количественной оценки дефектной и карбидной подсистем среднеуглеродистой стали с бейнитной структурой при деформации сжатием до 36%. Проведен количественный анализ перераспределения углерода, а также установлена зависимость концентрации атомов углерода в кристаллической решетке а- и y-железа, в структурных дефектах, в частицах цементита, расположенных в объеме бейнитных пластин и на межфазных границах, от степени деформации.
Показано, что по мере увеличения степени деформации скалярная плотность дислокаций, объем материала с деформационными двойниками, количество концентраторов напряжений, амплитуда кривизны-кручения кристаллической решетки, степень разориентировки фрагментов увеличиваются, а средние продольные размеры фрагментов уменьшаются. Выполнена оценка дальнодействующих полей напряжений. Обсуждены возможные причины стадийности изменения параметров карбидной фазы и дислокационной субструктуры при деформации.
Проведена оценка механизмов упрочнения с учетом границ пластин и фрагментов, скалярной плотности дислокаций, дальнодействующих полей напряжений, цементитных частиц, атомов внедрения. Показано, что наибольший вклад в деформационное упрочнение исследуемой стали вносит субструктурное упрочнение (упрочнение, обусловленное внутренними дальнодействующими полями напряжений и фрагментацией структуры) и твердорастворное упрочнение вследствие внедрения атомов углерода в кристаллическую решетку феррита.
Сделано предположение, что причиной разупрочнения стали с бейнитной структурой при высокой степени деформации (более 15%) является развитие деформационного микродвойникования.
Ключевые слова
Упрочнение, бейнит, деформация, цементит, дислокационная субструктура, механизмы упрочнения, сталь.
1. Ohmori Y., Jung Y.-C., Nakai K., Shiori H. Bainite transfor-mation and the diffusional migration of bainite/austenite broad interfaces in Fe-9%Ni-C alloys // Acta Materialia. 2001. Vol. 49. Iss. 6. P. 3149–3162.
2. Quidort D., Brechet Y.J.M. Isothermal growth kinetics of bain-ite in 0.5% C steels // Acta Materialia. 2001. Vol. 49. Iss. 20. P. 4161–4170.
3. Sourmail T., Smanio V. Low temperature kinetics of bainite formation in high carbon steels // Acta Materialia. 2013. Vol. 61. Iss. 7. P. 2639–2648.
4. Clarke A.J., Speer J.G., Miller M.K. et al. Carbon partitioning to austenite from martensite or bainite during the quench and partition process: A critical assessment // Acta Materialia. 2008. Vol. 56. Iss. 1. P. 16–22.
5. Borgenstam A., Hillert M., Agren J. Metallographic evidence of carbon diffusion in the growth of bainite // Acta Materialia. 2009. Vol. 57. Iss. 11. P. 3242–3252.
6. Gudremon E. Special steels. Moscow: Metallurgiya, 1966. 1274 p.
7. Matrosov Yu.I., Litvinenko D.A. and Golovanenko S.A. Steel for gas pipelines. Moscow: Metallurgiya, 1989. 288 p.
8. Pavlov V.V., Godik L.A., Korneva L.V., Kozyrev N.A., Kuz-netsov E.P. Railway rails from bainite steel // Metallurg. 2007. Iss. 4. P. 51–53.
9. Novikov I.I. Theory of thermal treatment of metals. Moscow: Metallurgiya, 1978. 392 p.
10. Pikering F.B. Physical metallurgy and development of steels. Moscow: Metallurgiya, 1982. 184 p.
11. Kurdjumov V.G., Utevskii L.M. and Entin R.I. Transformations in iron and steel. Moscow: Nauka, 1977. 236 p.
12. Bhadeshia H.K.D.H. Bainite in Steels. 2nd ed. The Institute of Materials London, 2001. 460 p.
13. Lee S.-J., Park J.-S., Lee Y.-K. Effect of austenite grain size on the transformation kinetics of upper and lower bainite in a low-alloy steel // Scripta Materialia. 2008. Vol. 59. Iss. 1. P. 87–90.
14. Sourmal T., Smanio V. Low temperature kinetics of bainite formation in high carbon steels // Acta Materialia. 2013. Vol. 61. Iss. 7. P. 2639–2648.
15. Fucheng X. and Luyut Ch. Bainite steels with ultra-low con-tent of carbon and prospects of their application // Problems of Materials Science. 2008. Vol. 53. Iss. 1. P. 52–61.
16. Fang H.-S., Yang J.-B., Yang Z.-G., Bai B.-Z. The mechanism of bainite transformation in steel // Scripta Materialia. 2012. Vol. 47. Iss. 3. P. 157–162.
17. Speich G. and Swann Р.R. Regularities of steel work harden-ing // J. Iron and Steel Inst. 1965. Vol. 203. Iss. 4. P. 480–485.
18. Belous M.V., Cherepin V.T. and Vasiliev M.A. Transformations on tempering of steel. Moscow: Metallurgiya, 1973. 290 p.
19. Ivanov Yu.F., Kornet E.V., Kozlov Ye.V. and Gromov V.E. Hardened structural steel: structure and mechanisms of hardening. Novokuznetsk: Izd-vo SibGIU, 2010. 174 p.
20. Utevskii L.M. Diffraction electron microscopy in physical metallurgy. Moscow: Metallurgiya, 1973. 584 p.
21. Hirsh P., Khovi A., Nikolson R., Pjeshli D. and Uelan M. Elec-tron microscopy of thin crystals. Moscow: Mir, 1968. 574 p.
22. Pridantsev M. V., Davydova L. N. and Tamarina A. M. Struc-tural Steel Handbook. Moscow: Metallurgiya, 1980. 288 p.
23. Koneva N.A. and Kozlov Ye.V. Nature of substructural hardening // Russian Physics journal. 1982. Iss. 8. P. 3–14.
24. Koneva N.A., Kozlov Ye.V., Trishkina L.I. and Lychagin D.V. The long-range stress fields, curvature-torsion of the crystal lattice and the stage of plastic deformation. Measurement methods and results // Proceedings of the international conference "New methods in physics and mechanics of deformed solid body". Tomsk: TGU, 1990. P. 83–93.
25. Naulor I.R. The influence of the lath morphology on the yield strength and transition temperature on martensite-bainite steel // Met. Trans. 1979. Vol. 10A. Iss. 7. Р. 873–891.
26. Belen'kiy B.Z., Farber B.M. and Goldshtein M.I. Hardness estimates of low-carbon low-alloy steels according to structural data // The Physics of Metals and Metallography. 1975. Vol. 39. Iss. 3. P. 403–409.
27. Trefilov V.I., Moiseev V.I., Pechkovskiy Ye.P. et al. Defor-mation hardening and failure of polycrystalline metals. Kiev: Naukova dumka, 1987. 248 p.
28. Mac Leen D. Mechanical properties of metals. Moscow: Metal-lurgiya, 1965. 431 p.
29. Goldshteyn M.I. and Farber B.M. Dispersion hardening of steel. Moscow: Metallurgiya, 1979. 208 p.
30. Shtremel M.A. Strength of alloys. Part II: Deformation. Mos-cow: MISIS, 1997. 527 p.
31. Predvoditelev A.A. The present state of the art of dislocation ensembles study // Problems of Modern Crystallography. Mos-cow: Nauka, 1975. P. 262–275.
32. Embyri I.D. Strengthening by dislocations structure // Strengthening Method in Crystals. Applied Science Publishes. 1971. P. 331–402.
33. Static strength and mechanics of failure of steels: Collected articles, translated from German / Edited by V. Dal’, V. Anton. Moscow: Metallurgiya, 1986. 566 p.
34. Hall E.O. The deformation and ageing of mild steel: III dis-cussion of results // Proc. Phys. Soc. 1951. Vol. 64B. P. 747–753.
35. Lukke K. and Gottshtejn G. Atomic mechanisms of plasticity of metals // Static strength and mechanics of failure of steels: Collected articles, translated from German / Edited by V. Dal’, V. Anton. Moscow: Metallurgiya, 1986. P. 14–36.
36. Dal’ V. Increase in strength at the expense of grain refine-ment // Static strength and mechanics of failure of steels: Collected articles, translated from German / Edited by V. Dal’, V. Anton. Moscow: Metallurgiya, 1986. P. 133–146.
37. Gromov V.E., Kozlov Ye.V., Bazaikin V.I., Cellermaer V.Ya. and Ivanov Yu.F. Physics and mechanics of drawing and forging. Moscow: Nedra, 1997. 293 p.
38. Strunin B.N. On distribution of internal stresses at random arrangement of dislocations // Solid State Physics. 1967. Vol. 9. Iss. 3. P. 805–812.
39. Ashby M.F. Physics of Strength and Plasticity. MIT press Cam-bridge. Mass. 1969. P. 113.
40. Tekin E., Kelly P.M. Tempering of steel precipitation from iron base alloys. Gordon: Breach, 1965. 283 p.
41. Barnard S.J., Smith G.D.W., Saricaya M., Thomas G. Carbon atom distribution in a dual phase steels: on atom probe study // Scripta met. 1981. Vol. 15. Iss. 4. P. 387–392.
42. Fleischer R.L. Dislocation structure in solution hardened alloys // Electron microscopy and strength of crystals. New York; Wiley: Interscience, 1963. P. 973–989.
43. Vohringer O., Macherauch E. Structure and Mechanische eigen-schaft von martensite // H.T.M. 1977. Vol. 32. Iss. 4. P. 153–202.
44. Ridley N., Stuart H. and Zwell L. Lattice parameters of Fe-C austenite of room temperature // Trans. Met. Soc. AIME. 1969. Vol. 246. Iss. 8. P. 1834–1836.
45. Norstrom L.A. On the yield strength of quenched low-alloy lath martensite // Scandinavian J. of Met. 1976. Vol. 5. Iss. 4. P. 159–165.
46. Prnka T. Quantitative relationships between parameters of dispersion precipitations and mechanical properties of steels // Physical metallurgy and heat treatment of steel. 1979. Iss. 7. P. 3–8.
47. Koneva N.A., Kiseleva S.F., Popova N.A. and Kozlov Ye.V. Evolution of internal stresses and density of stored energy under deformation austenite steel 110Mg13 // Deformation and failure of materials. 2013. Iss. 9. P. 38–
42.
48. Kiseleva S.F., Popova N.A., Koneva N.A. and Kozlov Ye.V. Effect of transformation twins on excessive density of dislocations and internal stresses of deformed fcc crystal lattice of material // Bulletin of the Russian academy of sciences. Physics. 2012. Vol. 76. Iss. 13. P. 70–74.
49. Likhachev V.A., Panin V.E., Zasimchuk E.E. et al. Coopera-tive deformation process and localization of deformation. Kiev: Naukova dumka, 1989. 320 p.
50. Gromov V.E., Panin V.E., Kozlov Ye. V. et al. Channels of deformation in conditions of electrostimulated drawing // Metallphysics. 1991. Vol. 13. Iss. 11. P. 27–34.
51. Gromov V.E., Petrunin V.A. Localization of plastic deformation under conditions of electrostimulated drawing // Physica stalus Solidi (a). 1993. Vol. 139. Р. 77–81.
52. Ivanov Yu.F., Gromov V.E., Kozlov Ye. V., Sosnin O.V. Evo-lution of channels of localized deformation in the process of electrostimulated drawing of low carbon steel // Izvestiya Vuzov. Ferrous metallurgy. 1997. Iss. 6. P. 42–45.