blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2016-4-261-263blackmet-838Research ArticleМАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕMATERIAL SCIENCEУВЕЛИЧЕНИЕ УСТАЛОСТНОЙ ДОЛГОВЕЧНОСТИ СТАЛЕЙ РАЗЛИЧНЫХ СТРУКТУРНЫХ КЛАССОВ ЭЛЕКТРОННО-ПУЧКОВОЙ ОБРАБОТКОЙINCREASE OF FATIGUE LIFE OF STEELS OF DIFFERENT STRUCTURE CLASSES BY ELECTRON BEAM TREATMENTВоробьевС. В.Vorob’evS. V.

к.т.н., доцент, соискатель ученой степени доктора наук кафедры физики им. В.М. Финкеля

Cand. Sci. (Eng.), Assist. Professor, Candidates for a degree of Dr. Sci. (Eng.) of the Chair of Physics named after V.M. Finkel

gromov@physics.sibsiu.ruСибирский государственный индустриальный университет (654007, Россия, Новокузнецк, Кемеровская обл., ул. Кирова, 42)РоссияSiberian State Industrial University, Novokuznetsk, RussiaRussian Federation201627042016594261263Copyright © Воробьев С.В., 20162016Воробьев С.В.Vorob’ev S.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/838

Методами современного физического материаловедения установлены количественные изменения структурно-фазовых состояний и дислокационной субструктуры сталей различных структурных классов (08Х18Н10Т, 20Х13, 20Х23Н18, Э76Ф), подвергнутых электронно-пучковой обработке с плотностью энергии 10 – 40 Дж/см2. Выявлен градиентный характер изменения структурно-фазовых состояний сталей после электронно-пучковой обработки, разрушенных при многоцикловой усталости. Выявлены и проанализированы основные факторы и механизмы, определяющие повышение до 3,5 раз усталостной долговечности сталей после электронно-пучковой обработки. Показано, что изменение структурно-фазовых состояний и дефектной субструктуры сталей обусловлено измельчением зеренной и субзеренной структуры (стали 20Х13 и 20Х23Н18), подавлением процессов, приводящих к формированию областей, являющихся потенциальным местом формирования микротрещин (сталь 20Х13), формированием игольчатого профиля границы раздела, приводящего к более однородному пластическому течению в подложке (сталь Э76Ф).

The methods of modern materials science to quantitative changes in structural and phase states and dislocation substructure of steels of different structural classes (08Cr18Ni10Ti, 20Cr13, 20Cr23Ni18, E76F), under graver-electron-beam processing, the energy density 10 – 40 J/cm2 have been established. The gradient type has revealed the nature of changes in structural and phase states in steels after electronbeam processing, destroyed during high-cycle fatigue. The authors have identified and analyzed the main factors and mechanisms that determine the fatigue life of steels after electron-beam processing up to 3.5 times. The article presents the results of the change in the structural-phase states and faulty substructure of the steel due to grinding grain and subgrain structure (for 20Cr13 and 20Cr23Ni18 steels), suppression of the processes leading to the formation of zones, potential for microcracks formation (for 20Cr13 steel), the formation of needle-profile interface leading to a more homogeneous plastic flow in the substrate (for E76F steel).

усталостьструктурафазовый составдислокационная субструктураэлектронно-пучковая обработкасталиfatiguestructurephasecompositiondislocation substructureelectron beam treatmentsteelReferencesПеретятько В.Н., Темлянцев М.В., Филиппова М.В. Развитие теории и практики металлургических технологий. В 3-х т. / Под ред. В.Н. Перетятько, Е.В. Протопопова, И.Ф. Селянина. Т. 2. Пластичность и разрушение стали в процессах нагрева и обработки давлением. – М.: Теплотехник, 2010. – 352 с.Peretyat’ko V.N., Temlyantsev M.V., Filippova M.V. Razvitie teorii i praktiki metallurgicheskikh tekhnologii: monografiya: v 3-kh t. T. 2. Plastichnost’ i razrushenie stali v protsessakh nagreva i obrabotki davleniem [Theory and practice development of metallurgical technologies: monograph: in three volumes. Vol. 2. Plasticity and steel destruction in heat processes and forming operations]. Peretyat’ko V.N., Protopopov E.V., Selyanin I.F. eds. Moscow: Teplotekhnik, 2010, 352 p. (In Russ.).Козырев Н.А., Протопопов Е.В., Айзатулов Р.С., Бойков Д.В. Новая технология производства рельсовой стали // Изв. вуз. Черная металлургия. 2012. № 2. С. 25 – 29.Kozyrev N.A., Protopopov E.V., Aizatulov R.S., Boikov D.V. New production technology for rail steel. Steel in Translation. 2012, vol. 42, no. 2, pp. 110–113.Sosnin O.V., Gromova A.V., Ivanov Y.F., Konovalov S.V., Gromov V.E., Kozlov E.V. Control of austenite steel fatigue strength // International journal of fatigue. 2005. Vol. 27. №. 10-12. P. 1186 – 1191.Sosnin O.V., Gromov A.V., Ivanov Y.F., Konovalov S.V., Gromov V.E., Kozlov E.V. Control of austenite steel fatigue strength. International journal of fatigue. 2005, vol. 27, no. 10–12, pp. 1186– 1191.Konovalov S.V., Atroshkina A.A., Ivanov Yu.F., Gromov V.E. Evolution of dislocation substructures in fatigue loaded and failed stainless steel with the intermediate electropulsing treatment // Materials Science and Engineering: A. 2010. Vol. 527. № 12. P. 3040 – 3043.Konovalov S.V., Atroshkina A.A., Ivanov Yu.F., Gromov V.E. Evolution of dislocation substructures in fatigue loaded and failed stainless steel with the intermediate electropulsing treatment. Materials Science and Engineering: A. 2010, vol. 527, no. 12, pp. 3040–3043.Fang Y., Chen X, Madigan B., Cao H., Konovalov S. Effects of strain rate on the hot deformation behavior and dynamic recrystallization in China low activation martensitic steel // Fusion Engineering and Design. 2016. Vol. 103. P. 21 – 30.Fang Y., Chen X, Madigan B., Cao H., Konovalov S. Effects of strain rate on the hot deformation behavior and dynamic recrystallization in China low activation martensitic steel. Fusion Engineering and Design. 2016, vol. 103, pp. 21–30.Итин В.И., Коваль B.A., Коваль Н.Н. и др. Поверхностное упрочнение сплавов на основе железа при воздействии интенсивного импульсного электронного пучка // Изв. вуз. Физика. 1985. № 6. С. 38 – 43.Itin V.I., Koval’ B.A., Koval’ N.N., Lykov S.V., Mesyats G.A., Proskurovskii D.I., Rotshtein V.P., Chukhlantseva I.S. Surface strain-hardening of iron alloys with an intense pulsed electron beam. Soviet Physics Journal. 1985, vol. 28, Is. 6, pp. 470–475.Ivanov Yu., Rotshtein V., ProskurovskyD., Orlov P., Polestchenko K., Ozur G., Goncharenko I. Pulsed electron-beam treatment of WC – TiC – Co hard-alloy cutting tools: wear resistance and microstructural evolution // Surface and coating technology Surface and Coating. 2000. Vol. 125. P. 251 – 256.Ivanov Yu., Rotshtein V., Proskurovsky D., Orlov P., Polestchenko K., Ozur G., Goncharenko I. Pulsed electron-beam treatment of WC-TiC-Co hard-alloy cutting tools: wear resistance and microstructural evolution. Surface and coating technology Surface and Coating. 2000, vol. 125, pp. 251–256.Ivanov Yu.F., Gromov V.E., Konovalov S.V. Electron-beam modification of the pearlite steel // Arabian journal for science and engineering. 2009. Vol. 34. № 2A. P. 219 – 229.Ivanov Yu.F., Gromov V.E., Konovalov S.V. Electron-beam modification of the pearlite steel. Arabian journal for science and engineering. 2009, vol. 34, no 2A, pp. 219 – 229.Громов В.Е., Иванов Ю.Ф., Глезер А.М. и др. Эволюция структуры силумина, подвергнутого обработке высокоинтенсивным импульсным электронным пучком и последующему усталостному нагружению до разрушения // Известия РАН. Серия физическая. 2015. Т. 79. № 9. С. 1318 – 1321.Gromov V.E., Ivanov Yu.F., Glezer A.M., Konovalov S.V., Alsaraeva K.V. Structural evolution of silumin treated with a high-intensity pulse electron beam and subsequent fatigue loading up to failure. Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. 2015, vol. 79, Issue 9, pp. 1169–1172.Ivanov Y., Alsaraeva K., Gromov V., Konovalov S., Semina O. Evolution of Al-19.4 Si alloy surface structure after electron beam treatment and high cycle fatigue // Materials science and technology. 2015. Vol. 31. № 13A. P. 1523 – 1529.Ivanov Yu., Alsaraeva K., Gromov V., Konovalov S., Semina O. Evolution of Al-19.4 Si alloy surface structure after electron beam treatment and high cycle fatigue. Materials science and technology. 2015, vol. 31, no 13A, pp. 1523–1529.Громов В.Е., Иванов Ю.Ф., Коновалов С.В. и др. Явление увеличения усталостной долговечности сталей под воздействием низкоэнергетических сильноточных электронных пучков (диплом №460). – В кн.: Сборник «Научные открытия – 2014».Gromov V.E., Ivanov Yu.F., Konovalov S.V., Vorob’ev S.V., Sizov V.V. Phenomenon of steel fatigue life increase under low-energy electron beams (Certificate no. 460). In: Nauchnye otkrytiya – 2014. Sbornik kratkikh opisanii nauchnykh otkrytii, nauchnykh idei, nauchnykh gipotez. [Collected papers “Scientific discoveries – 2014”. Collected short descriptions of scientific discoveries, scientific ideas, scientific hypothesis]. Moscow: Izd-vo RAEN, 2015, pp. 5–7. (In Russ.).Сборник кратких описаний научных открытий, научных идей, научных гипотез. – М.: Изд-во РАЕН, 2015. С. 5 – 7.Ivanov Yu. F., Koval N.N., Gorbunov S.V., Vorobyov S.V., Konovalov S.V., Gromov V.E. Multicyclic fatigue of stainless steel treated by a high-intensity electron beam: surface layer structure. Russian physics journal. 2011, vol. 54, no. 5, pp. 575 – 583.Ivanov Yu. F., Koval N.N., Gorbunov S.V., Vorobyov S.V., Konovalov S.V., Gromov V.E. Multicyclic fatigue of stainless steel treated by a high-intensity electron beam: surface layer structure // Russian physics journal. 2011. Vol. 54. № 5. P. 575 – 583.Gromov V.E., Ivanov Yu.F., Vorobiev S.V., Konovalov S.V. Fatigue of steels modified by high intensity electron beams. Cambridge: Cambridge International Science Publishing Ltd, 2015, 272 p.Gromov V.E., Ivanov Yu.F., Vorobiev S.V., Konovalov S.V. Fatigue of steels modified by high intensity electron beams. – Cambridge: Cambridge International Science Publishing Ltd, 2015. – 272 p.Grishunin V.A., Gromov V.E., Konovalov S.V., Ivanov Y.F., Teresov A.D. Evolution of the phase composition and defect substructure of rail steel subjected to high-intensity electron-beam treatment. Journal of Surface Investigation: X-Ray, Synchrotron and Neutron Techniques. 2013, vol. 7, no. 5, pp. 990–995.Гришунин В.А., Громов В.Е., Иванов Ю.Ф. и др. Эволюция фазового состава и дефектной субструктуры рельсовой стали, подвергнутой обработке высокоинтенсивным электронным пучком // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2013. № 10. С. 82 – 88.Gromov V.E., Ivanov Yu.F., Grishunin V.A., Raikov S.V., Konovalov S.V. Scale levels of structural phase states and fatigue life of rail steel after electron-beam treatment. Uspekhi fiziki metallov. 2013, vol. 14, no. 1, pp. 67–83. (In Russ.).Громов В.Е., Иванов Ю.Ф., Гришунин В.А. и др. Масштабные уровни структурно-фазовых состояний и усталостная долговечность рельсовой стали после электронно-пучковой обработки // Успехи физики металлов. 2013. Т. 14. № 1. С. 67 – 83.Громов В.Е., Иванов Ю.Ф., Гришунин В.А. и др. Масштабные уровни структурно-фазовых состояний и усталостная долговечность рельсовой стали после электронно-пучковой обработки // Успехи физики металлов. 2013. Т. 14. № 1. С. 67 – 83.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.