ФРАГМЕНТАЦИЯ КАК МЕХАНИЗМ СТРУКТУРНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ В АУСТЕНИТНЫХ СТАЛЯХ

АННОТАЦИЯ

В работе проводится анализ имеющихся литературных данных, касающихся фрагментации, протекающей при пластической деформации аустенитных сталей. Исследуются имеющиеся данные о механизме фрагментации, как процессе, влияющем на структурные изменения в ГЦК-металле.

Ключевые слова: аустенитная сталь, фрагментация, ХПД аустенитных сталей, структурно-фазовые превращения в аустените.

ВВЕДЕНИЕ

Аустенитные коррозионностойкие стали получили широкое распространение в современной промышленности. Технология производства различных изделий из аустенитных сталей часто включает в себя операции холодной пластической деформации (ХПД): прокатка, штамповка и т.д.

Как известно, данный класс сталей отличается нестабильным аустенитом и в ходе проведения операций ХПД могут изменяться его структурно-фазовый состав и физико-механические свойства.

Одним из механизмов деформации ГЦК-металлов является фрагментация.

АНАЛИЗ

Фрагментация – это процесс разбиения кристалла на микрообласти (фрагменты), разориентированные на углы порядка нескольких градусов [1]. Впервые процесс фрагментации как определяющий механизм формирования структуры материала при больших пластических деформациях был рассмотрен в работах Рыбина В.В. и его соавторов. Возникновение разориентированных фрагментов здесь объяснялось направленным непрерывным движением частичных дисклинаций в процессе ХПД, таким образом могла появляться ротационная мода пластической деформации.

На основе полученных экспериментальных данных в работе [2] были предложены два механизма фрагментации:

1. При деформации возникают тензоры напряжений, которые способствуют образованию стыковых дисклинаций, являющихся, в свою очередь, источниками дальнодействующих напряжений. Их релаксация приводит к образованию оборванных субграниц с углом разориентировки около 1°.  При дальнейшей деформации дисклинации на межзеренных границах обновляются, что способствует их проникновению вглубь зерна. Дисклинации одного знака отталкиваются, способствуя ветвлению оборванной границы (рис. 1). Благодаря этому энергия системы уменьшается. Постепенно при деформации все зерно фрагментируется таким образом, разориентировки на границах фрагментов возрастают, в результате чего появляются большеугловые границы деформационного происхождения [3].

Рисунок 1. Образование ветвящихся оборванных границ на начальной стадии фрагментации

2. При деформации образуются регулярные ячеистые структуры, предшествующей фрагментаци [4-5]. Изначально стенки дислокационных ячеек состоят в основном из не разориентированных диполей. Но при дальнейшей деформации эти диполи служат барьерами для скольжения дислокаций. В результате происходит отклонение от однородной пластической деформации и поворот. Пластические повороты соседних полос постепенно увеличивают угол разориентировки между ними в ходе деформации, что, опять же, способствует фрагментации.

Не смотря на то, что рассмотренные выше механизмы не являются независимыми, их разделение обосновано получением различных картин распределения ориентаций в зерне. При преобладании фрагментации первого типа разбиение ориентации фрагментов может приводить к образованию градиента ориентаций в масштабе зерна. При движении от одной границы зерна к другой, уровень разориентировки будет расти. Если фрагментация протекает по второму механизму, избыточные сдвиги в чередующихся полосах взаимно компенсируются, в результате чего не происходит неограниченного роста дальнодействующего поля напряжений. Результатом данного распределения энергии деформации является равенство модуля угла поворота решетки и чередование знаков этих углов. В таком случае не происходит накопления поворота при смещении поперек полос и не образуется значительный градиент ориентации [2].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе данной работы были рассмотрены современные представления о процессе, происходящем при ХПД аустенитных сталей – фрагментации.

Были выявлены два механизма фрагментации, которые могут приводить к формированию различной картины распределения зеренной ориентации, что может в дальнейшем оказывать влияние на физико-механические свойства стали.

Список литературы:

1. Рыбин В.В. Большие пластические деформации и разрушение металлов / Рыбин В.В. – М.: Металлургия, 1986. – 224 с.
2. Золоторевский Н.Ю. Фрагментация и текстурообразование при деформации металлических материалов/Золоторевский Н.Ю., Рыбин В.В. – СПб: Издательство Политехнического университета, 2014.–207 c.
3. Вергазов А.Н. Большеугловые границы деформационного происхождения / Вергазов А.Н., Рыбин В.В., Золоторевский Н.Ю., Рубцов А.С. // Поверхность. – 1985. – №2. – С. 5-31.
4. Jackson P. Low-energy dislocation cell structures produced by cross-slip / Jackson P., Kuhlmann-Wilsdorf D. // ScriptaMetallurgica. – 1982. – V. 16. – № 1. – P.105–107.
5. Jackson P. Cross-slip and the stresses of prismatic dislocations / Jackson P., De Lange O., Young C. // ActaMetallurgica. – 1982. – V. 30. – № 2. – P.483–490.