Эволюция структуры пластинчатого перлита рельсовой стали при деформации сжатием
https://doi.org/10.17073/0368-0797-2022-9-654-661
Аннотация
Приведены результаты анализа эволюции дефектной субструктуры перлита пластинчатой морфологии рельсовой стали Э76ХФ в условиях деформации одноосным сжатием. Показано, что деформационное упрочнение исследуемой стали при пластической деформации одноосным сжатием носит многостадийный характер. Деформация стали сопровождается фрагментацией перлитных зерен, которая усиливается по мере увеличения степени деформации и достигает при ε = 50 % примерно 0,4 объема исследуемой фольги. Фрагменты, формирующиеся в пластинах феррита, разделены малоугловыми границами. Средние размеры фрагментов пластин феррита при увеличении степени деформации уменьшаются от 240 нм (ε = 15 %) до 200 нм (ε = 50 %). Выявлена фрагментация пластин цементита. Установлено, что размер фрагментов изменяется в пределах 15 – 20 нм и слабо зависит от степени деформации стали. Разрушение пластин цементита протекает путем их растворения и разрезания подвижными дислокациями. Атомы углерода, перешедшие из кристаллической решетки цементита на дислокации, выносятся в межпластинчатое пространство и формируют частицы третичного цементита, размеры которых составляют 2 – 4 нм. В процессе деформации стали формируется неоднородная дислокационная субструктура, что обусловлено торможением дислокаций частицами цементита. Увеличение степени деформирования сопровождается снижением скалярной и избыточной плотности дислокаций, что может быть обусловлено их уходом в малоугловые границы, а также их аннигиляцией. Установлено, что источниками внутренних полей напряжений являются границы раздела зерен и колоний перлита, пластин цементита в зернах перлита, расположенные в объеме пластин феррита частицы второй фазы.
Ключевые слова
Об авторах
К. В. АксеноваРоссия
Крестина Владимировна Аксенова, к.т.н., доцент кафедры естественнонаучных дисциплин им. профессора В.М. Финкеля
Россия, 654007, Кемеровская обл. – Кузбасс, Новокузнецк, ул. Кирова, 42
В. Е. Громов
Россия
Виктор Евгеньевич Громов, д.ф.-м.н., профессор, заведующий кафедрой естественнонаучных дисциплин им. профессора В.М. Финкеля
Россия, 654007, Кемеровская обл. – Кузбасс, Новокузнецк, ул. Кирова, 42
Ю. Ф. Иванов
Россия
Юрий Федорович Иванов, д.ф.-м.н., профессор, главный научный сотрудник лаборатории плазменной эмиссионной электроники
Россия, 634055, Томск, пр. Академический, 2/3
Е. С. Ващук
Россия
Екатерина Степановна Ващук, к.т.н., доцент кафедры естественнонаучных дисциплин
Россия, 653039, Кемеровская обл. – Кузбасс, Прокопьевск, ул. Ноградская, 32
О. А. Перегудов
Россия
Олег Александрович Перегудов, к.т.н., помощник ректора по молодежной политике
Россия, 644050, Омск, пр. Мира, 11
Список литературы
1. Корнева JI.B., Юнин Г.Н., Козырев Н.А., Атконова О.П., Полевой Е.В. Сравнительный анализ показателей качества рельсов ОАО «Новокузнецкий металлургический комбинат» и зарубежных производителей // Известия вузов. Черная металлургия. 2010. № 12. С. 38–42.
2. Zhao Y., Tan Y., Ji X., Xiang Z., He Y., Xiang S. In situ study of cementite deformation and its fracture mechanism in pearlitic steels // Materials Science and Engineering: A. 2018. Vol. 731. P. 93–101. https://doi.org/10.1016/j.msea.2018.05.114
3. Song R., Ponge D., Raabe D. Mechanical properties of an ultrafine grained C-Mn steel processed by warm deformation and annealing // Acta Materialia. 2005. Vol. 53. No. 18. P. 4881–4792. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2005.07.009
4. Терещенко Н.А., Яковлева И.Л., Зубкова Т.А., Чукин М.В., Копцева Н.В. Структурные уровни деформации перлита в углеродистой стали эвтектоидного состава // Физика металлов и металловедение. 2013. Т. 114. № 5. С. 468–478.
5. Calcagnotto M., Adachi Y., Ponge D., Raabe D. Deformation and fracture mechanisms in fine- and ultrafine-grained ferrite/martensite dual-phase steels and the effect of aging // Acta Materialia. 2011. Vol. 59. No. 2. P. 658–670. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2010.10.002
6. Kumar B.R., Raabe D. Tensile deformation characteristics of bulk ultrafine-grained austenitic stainless steel produced by thermal cycling // Scripta Materialia. 2012. Vol. 66. No. 9. P. 634–637. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2012.01.052
7. Skakov М.K., Uazyrkhanova G.K., Popova N.A., Sсheffler M. Influence of heat treatment and deformation on the phase-structural state of steel 30CrMnSiA // Key Engineering Materials. 2013. Vol. 531–532. P. 13–17. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.531-532.13
8. Zrnik J., Dobatkin S., Raab G., Fujda M., Kraus L. Ultrafine grain structure development in steel with different initial structure by severe plastic deformation // Revista Materia. 2010. Vol. 15. No. 2. P. 240–246. https://doi.org/10.1590/S1517-70762010000200022
9. Pan R., Ren R., Chen C., Zhao X. Formation of nanocrystalline structure in pearlitic steels by dry sliding wear // Materials Characterization. 2017. Vol. 132. P. 397–404. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2017.05.031
10. Vinogradov A., Estrin Y. Analytical and numerical approaches to modelling severe plastic deformation // Progress in Materials Science. 2018. Vol. 95. P. 172–242. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2018.02.001
11. Ivanisenko Yu., Lojkowski W., Valiev R.Z., Fecht H.-J. The mechanism of formation of nanostructure and dissolution of cementite in a pearlitic steel during high pressure torsion // Acta Materialia. 2003. Vol. 51. No. 18. P. 5555–5570. https://doi.org/10.1016/S1359-6454(03)00419-1
12. Yahyaoui H., Sidhom H., Braham C., Baczmanski A. Effect of interlamellar spacing on the elastoplastic behavior of C70 pearlitic steel: Experimental results and self-consistent modeling // Materials & Design. 2014. Vol. 55. P. 888–897. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2013.10.062
13. Ветер В.В., Жулейкин С.Г., Игнатенко Л.Н., Коваленко В.В., Громов В.Е., Попова Н.А., Козлов Э.В. Градиентные структуры, возникающие при пластической деформации перлитной стали // Известия Российской академии наук. Серия физическая. 2003. Т. 67. № 10. С. 1375–1379.
14. Wang Y., Tomota Y., Harjo S., Gong W., Ohmuraa T. In-situ neutron diffraction during tension-compression cyclic deformation of a pearlite steel // Materials Science and Engineering: A. 2016. Vol. 676. P. 522–530. https://doi.org/10.1016/j.msea.2016.08.122
15. ГОСТ Р 51685 – 2013. Рельсы железнодорожные. Общие технические условия. Москва: ФГУП «Стандартинформ», 2013.
16. Деформационное упрочнение и разрушение поликристаллических материалов / В.И. Трефилов, В.Ф. Моисеев, Э.П. Печковский, И.Д. Горная, А.Д. Васильев. Киев: Наукова думка, 1989. 256 с.
17. Kocks U.F., Mesking H. Physics and phenomenology of strainhardening: the FCC case // Progress in Materials Science. 2003. Vol. 48. No. 3. P. 171–273. https://doi.org/10.1016/S0079-6425(02)00003-8
18. Подрезов Ю.Н., Фирстов С.А. Два подхода к анализу кривых деформационного упрочнения // Физика и техника высоких давлений. 2006. Т. 16. № 4. C. 37–48.
19. Громов В.Е., Юрьев А.Б., Морозов К.В., Иванов Ю.Ф., Алсараева К.В. Структурно-фазовые состояния и дефектная субструктура дифференцированно закаленных рельсов // Известия вузов. Черная металлургия. 2014. Т. 57. № 12. С. 29–32.
20. Gromov V.E., Ivanov Yu.F., Morozov K.V., Alsaraeva K.V. Formation of fine structure of differentially hardened rails // Applied Mechanics and Materials. 2014. Vol. 682. P. 41–45. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM.682.41
21. Козлов Э.В., Попова Н.А., Конева Н.А. Скалярная плотность дислокаций во фрагментах с разными типами субструктур // Письма о материалах. 2011. Т. 1. № 1. С. 15–18.
22. Конева Н.А., Козлов Э.В., Попова Н.А. Влияние размера зерен и фрагментов на плотность дислокаций в металлических материалах // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2010. Т. 7. № 1. С. 64–70.
23. Gromov V.E., Yuriev A.B., Morozov K.V., Ivanov Y.F. Microstructure of quenched rails. Cambridge, ISP Ltd, 2016. 153 p.
24. Конева Н.А., Козлов Э.В., Тришкина Л.И., Лычагин Д.В. Дальнодействующие поля напряжений, кривизна-кручение кристаллической решетки и стадии пластической деформации. Методы измерений и результаты // Новые методы в физике и механике деформируемого твердого тела. Сб. трудов международной конференции. Томск: ТГУ, 1990. С. 83–93.
Рецензия
Для цитирования:
Аксенова К.В., Громов В.Е., Иванов Ю.Ф., Ващук Е.С., Перегудов О.А. Эволюция структуры пластинчатого перлита рельсовой стали при деформации сжатием. Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия. 2022;65(9):654-661. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2022-9-654-661
For citation:
Aksenova K.V., Gromov V.E., Ivanov Yu.F., Vashchuk E.S., Peregudov O.A. Evolution of structure of rail steel lamellar pearlite under compression deformation. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2022;65(9):654-661. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0368-0797-2022-9-654-661