ВОЗМОЖНОСТИ АТОМНО-СИЛОВОЙ МИКРОСКОПИИ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ МИКРОСТРУКТУРЫ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ВИДАХ ТЕРМООБРАБОТКИ

.Представлены результаты комплексных исследований нержавеющей стали 40Х13. С использованием методов оптической, растро­вой и атомно-силовой микроскопии получены изображения микро- и наноструктур. Проведено сопоставление полученных изображений структур и фазового состава стали в трех различных состояниях (после отжига, закалки и высокотемпературного отпуска) с результатами электронной и оптической микроскопии. Полученные оптические изображения феррито-перлитной структуры со значительным содер­жанием глобулярных карбидов состава (Сr, Fe)₂₃C₆ , которая получается после отжига, приводится в сравнении с результатами исследова­ния растровым и атомно-силовым микроскопами. Показано, что использование атомно-силовой и растровой электронной микроскопии в работе позволяет сделать качественные выводы о микроструктуре стали, не только совпадающие с данными оптической металлогра­фии, но и превосходящие последние по детализации структурных характеристик. Использование в исследованиях растрового электрон­ного микроскопа позволило установить, что крупные карбиды расположены по границам ферритных зерен; также имеется некоторое количество карбидов внутри мелких зерен феррита; определены размеры включений. После закалки образуется структура, состоящая из грубоигольчатого мартенсита. Использование АСМ-изображений позволило получить структуру с явно выраженным по сравнению с РЭМ-изображением игольчатым строением с возможностью построения наглядных трехмерных изображений. Форма нерастворенных карбидов также оказалась глобулярной. Определены размеры мартенситных пластин. Структура стали после высокотемпературного от­пуска (сорбит отпуска) образуется в результате распада мартенсита на феррито-карбидную смесь с выделением карбидов правильной округлой формы. Образовавшиеся одиночные и строчные карбиды (Сr, Fe)₂₃C₆ содержат сильный карбидообразователь – хром, что под­тверждается результатами спектрального анализа. Такая структура отличается более высокой, по сравнению с мартенситом, прочностью. Для всех состояний приводятся результаты механических испытаний по схеме одноосного растяжения, определена твердость HB.

нержавеющая сталь, микроструктура, наноструктура, граница зерна, мартенсит, карбиды

1. Экснер Г.Е. Качественная и количественная микроскопия по¬верхности. – В кн.: Физическое металловедение. В 3 томах. Т. 1. / Под ред. Р.У. Кана, П.Т. Хаазена. – М.: Металлургия, 1987. С. 50 – 111.

2. Кнехтель Х.Э. Металлографические методы исследования. – В кн.: Приборы и методы физического металловедения / Под ред. Ф. Вейнберга. – М.: Мир, 1973. С. 203 – 276.

3. Binnig G., Quate C.F., Gerber Ch. Atomic force microscope // Physical Review Letters. 1986. Vol. 56. No. 9. P. 930 – 933.

4. Миронов В.Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии. – М.: Техносфера, 2004. – 143 с.

5. Lapshin R.V. Feature-oriented scanning methodology for probe microscopy and nanotechnology // Nanotechnology. 2004. Vol. 15. No. 9. P. 1135 – 1151.

6. Зуев Л.Б., Шляхова Г.В. О возможностях атомно-силовой ми¬кроскопии в металлографии углеродистых сталей // Материаловедение. 2014. № 7. С. 7 – 12.

7. Dobrotvorskii A.M., Maslikova E.I., Shevyakova E.P. etc. Metallographic study of construction materials with atomic force microscopy method // Inorganic Materials. 2014. Vol. 50. No. 15. P. 1487 – 1494.

8. Ulyanov P.G., Usachov D.Yu., Fedorov A.V. etc. Microscopy of carbon steels: Combined AFM and EBSD study // Applied Surface Science. 2013. Vol. 267. P. 216 – 218.

9. Быков И.В. Методика поточечных измерений рельефа, сил взаимодействия и локальных свойств: новый подход для ком¬плексного анализа в атомно-силовой микроскопии // Научное приборостроение. 2009. № 4 (19). С. 38 – 43.

10. Danilov V.I., Shlyakhova G.V., Semukhin B.S. Plastic deformation macrolocalization. Local stress and fracture in ultrafine grain titanium // Applied Mechanics and Materials. 2014. Vol. 682. P. 351 – 356.

11. Shlyakhova G.V., Barannikova S.A., Zuev L.B. Nanostructure of superconducting Nb-Ti cable // Steel in Translation. 2013. Vol. 43. No. 10. P. 640 – 643.

12. Zuev L.B., Shlyakhova G.V., Barannikova S.A., Kolosov S.V. Microstructure of the elements of a superconducting alloy Nb- Ti cable // Russian metallurgy (Metally). 2013. Vol. 2013. No. 3. P. 229 – 234.

13. Металлы и сплавы: Справочник / В.К. Афонин, Б.С. Ермаков, Е.Л. Лебедев и др.; под ред. Ю.П. Солнцева. – СПб.: Профессионал, 2007. – 1092 с.

14. Pelleg J. Mechanical Properties of Materials. – Dordrecht, Heidelberg, New York, London: Springer, 2013.

15. Wiesendanger R. Scanning Probe Microscopy and Spectroscopy. Methods and Applications. – Cambridge: University Press, 1994. – 637 p.

16. Беккерт М., Клемм Х. Способы металлографического травления. Справочник. – М.: Металлургия, 1988. – 400 с.

17. Barannikova S.A., Bochkareva A.V., Lunev A.G. etc. Changes in ultrasound velocity in the plastic deformation of high-chromium steel // Steel in Translation. 2016. Vol. 46. No. 8. P. 552 – 557.

18. Трефилов В.И., Моисеев В.Ф., Печковский Э.П. Деформационное упрочнение и разрушение поликристаллических металлов. – Киев: Наукова думка, 1989. – 256 с.

19. Металлография железа. Атлас сталей в 3 томах. / Под ред. Ф.Н. Тавадзе. – М.: Металлургия, 1972. – 760 с.

20. ГОСТ 8233 – 56. Сталь. Эталоны микроструктуры. – М.: Изд-во стандартов, 2004.