Введение к работе
Шїшіьцоеть.еабдїа,. Аустениткыэ нержавеющие стани являются широко используемыми конструкционными материалами в атоыноя энергетика, криогенной технике, химической промышленности, ыедицинэ благодаря высокой пластичности и коррозионной стойкости. Применение этих сталей как высокопрочных материалов для уыеньшекия штериаллоешсости конструкций затруднено га-за недостаточно высоких проч!{остных свойств. Поэтому представляет шгтерес для практики разработка новых высокопрочных аустенитных нержавеющих сталей, в которых прочностные свойства повыпаотся за счет твер-дорастворного упрочнения атомами внедрения, в частности азотом. Однако несмотря на многочисленные работы, посвяценные исследсва-гаю упрочнения аустенитных сталей азотом, выполненных на поликристаллах, многие гфинцгашальныэ вопросы природы твердораствор-ного и деформационного упрочнения," механизма деформации, разрушения ГЦК аустенитных сталей с высока! содержанием атомов внедрения до сих пор до конца оказываются не выясненными. С нашей точки зрения в высокопрочных аустекитніЗх кергавеющих сталях с азотаї магію ожидать появления целого ряда новых особенностей деформацій, связанных с воздействием поля внепшіх напряжений та тонкую структуру (расщепленность) полных а/2 <П0> дислокаций: I) сильную ориентационнув зависимость критических скалыващих напряжешій т ; 2) асимметрия т при смене знака прилогенкых напряяешій и. как предельный случай расщешівшга дислокаций а/2 <П0> на-частичные Шокли. смену механизма , деформации от скольжения'к двойниковашго. К настоящее времени эти вопросы в "литературе практически не разработаны. Во всех теоретических и экспериментальных исследованиях при подходе к анализу механического поведения аустенитных нержавеющих сталей с азотом не учитываются особенности тонкого строєній ГЦК твердых растворов с высокой .концентрацией атомов внедрешя - полозения атомов в октаэдричес-ких междоузлиях и их юыенения при движении двойншсующих дисло-каций и расщепленных на частичные Шокли полных дислокаций. Фактически не рассмотрены особенности деформации и разрушенш сталей, связанные с достизением высокопрочного состояния при леги-ровакии азотом." В работе показано, что при критических концентрациях атомов азота в аустенитных нержавеющих сталях пластическая деформація может быть реализована только путем механического двойникования с предела текучести.что определяет появление свер-
хэластичности. ранее не наблюдавшейся в сталях данного класса. Выяснены физические причины, приводящие к деформации двойникова-киеы и сверхэластичности. Найдена совокупность новых закономерностей твердорастворного упрочнения, его ориектационной и температурной зависимости, особенностей дислокационной структуры, деформационного упрочнения и разрушения, связанных с достижением высокопрочного состояния высокоазотистых сталей. BSBfe-EiSSia*. Исследовать природу сильного твердорастворного упрочнения атомами внедрения, роль энергии дефекта упаковки в тве-рдорастворноы упрочнении, сиене механизма деформации и разрушении, особенности деформационного упрочнения и vдислокационной структуры, условия перехода от скольжения к двойниковакип в зависимости от ориентации, условий испытания ыонокристаллов аусте-шгглых нержавеющих сталей ( растяхениэ/сгатиэ. температура) с разной концентрацией атоыов азота. Показать, что вся совокупность экспериментально наблюдаемых закономерностей Формирования критического скалывающего напрязекия. деформационного упрочнения, ііеханизиов деформации и разрушения в высокоазотистых аусте-нигных нераавещш: сталей теоретически обосновывается с позиция развиваемой в СФТИ физической-концепции высокопрочного состояния.
ШИИЗЗ-иОВЙЗВЗ-ЕабсдН!. I. В монокристаллах аустенитных нэрхавещих сталей с низкой энергией дефекта упаковки г при коїщєнтрацдях азота CN равных критическим CNKp спервыо обнаруЕв-но развитие механического двойпжованш с продела текучести и пвлсісіа сверхэластичности. Теорет чески и экспериментально установлены параметры структуры штернзла — величина энергии дефекта упаковки, концентрация атомов внедрения (азота).- ориентация кристалла, при которых происходит сиена." шхакизцз деформации ' от скольаения к двойниковашпо. 2. В высокопрочных состолшях в аус-тещгхкых нергавещих сталях с низкой энергией дефекта упаковки Гду с СМЭД.З взс.% обнаружена ориенташюшіая "зависимость и асимметрия ыеханкзыа деформации и деформирухдих капрякеккй при сцоно знака напряжений от растяжения к сжатию. Показано, что эффекты асиглхзтрш и ерлентационной зависимости напряжений возрастам с увеличением, концентрацій атомов внедрешя (азота) и погашением температуры испытания. 3. Достгаениэ высокопрочного состояния в результате легирования азотом до См*0.4 вес.% приводит к появлению эффектов вырохдениа множественности сдвига кристаллов ориен-
таций <001>. <Ш> на ранних стадии (е<10-20<) дрфориации с
развигиеи локализованного скольжения в одной систенэ и. соответ
ственно, стадии с низкий коэффициентоы дефориационного упрочне
ния в на кривых б(с) нонокристаллов. При CN-0.5-0.7 вес.% разви
тие множественного двойнгосования в <Ш> кристаллах приводит к
резкоыу увеличению коэффициента дефориационного упрочнения в. А.
В монокристаллах сталей с разной г легирование азотоы до
CN-0.5-0.7 и Т-77 К приводит независимо от ориентации кристалла
и энергии дефекта упаковки к хрупкому разрушению кристаллов. В
<Ш> кристаллах сталей с низкой r„v обнаружен вязко-хрупкий
переход. v
ШктшскаЯ-Цбщссхь_ваботы заключается, во-первых, в экспериментальном установлении влияния энергии дефекта упаковки, ориентации кристалла, концентрации атомов внедрения и теылерату-ры испытаний приводящих :< смене механизма деформации от скольае-ния к двойникованию с развигиеи сверхэластичкости. Во-вторых, полученные на монокристаллах аустенитных нержавеющих сталей с азотом закономерности ориентационной зависимости механизма де-формащш и разрушения могут быть применены для анализа деформационного упрочнения текстурировакных поликристаллов аустенитных нержавеющих сталей данного класса. В-третьих, из результатов проведенных исследований на монокристаллах сталей с разной энергией дефекта упаковки г и различным содержанием азота можно сформулировать критерии подбора структурных состояний, обеспечивающих оптимальное значение прочностных и пластических,свойств.
0аучны9_пдло:кенш^_выносгсшэ_на_защиту:
-
Экспериментально найденные закономерности ориентационной зависимости ( отклонение от закона Боаса-Ешща) и асимметрии, критических скалывающих напряжений в монокристаллах аустенитных нержавеющих сталей взависимости от содержания азота, температуры испытания и величины энергии дефекта упаковки матрицы.' Дислокационная модель сриэнтационной зависиысоти и асимметрии т„_. основанная на учете, во-первых, измененія расщепления дислокаций а/2<110> на частичные Шокли а/6 <2ІІ> в поле внешних напряжений; во-вторых, смещения атомов внедрения из октаэдрических положегагй в тетрзэдрическиэ при движении частичных дислокаций Шокли.
-
Экспериментально установленная для нонокристаллов аустешггных нержавеющих сталей зависимость механизма пластической деформации скольжения и двоиниксвания or содержания азота С . величины эне-
- б -
ргии дефекта упаковки уду. ориентации кристалла и знака приложенных -напряжений (растяжения/сжатия). В кристаллах <00І> прі растяжении, <Ш> при сжатии независимо от CN. г^у пластическш деформация происходит скольжением из-за снижения расщеплете дислокаций за счет внешних напряхеий. В <Ш> кристаллах прі растяжении сиена механизма от скольжения к двойкиковашш наблюдается при CN>0.3 вес* и с деформацией двсязщковавдец. в нескольких системах скольжения связаны высокие значения в.
3. Хар лерные особенности двойникования в высокоазешеш
(с,М).6 вес.*) монокристаллах аустенитных нержавеющих сталей
широкий теыпературный интервал (Т-77-673 К) двойникования; близ
кая к температурной зависимости модуля сдвига зависимость крити
ческого напряжения двойникования: явление упругого двойкиковани:
при Т<123 К. сопровождающееся высокой (є*6-9*) обратимой дефор
нацией; высокий коэффициент упрочнения при множественной двойни
ковании.
4. Установленные на основе экспериментальных исследований осо
бенкости механизма разрушения от ориентации кристалла, величин:
Гду, уровня приложенных напряжений; хрупкий характер разрушения
каблидаемый независимо от г„у и ориентации кристалла в высокоп
рочных кристаллах при CN>0.6 вес.% и Т<123 К; взаимосвязь двои
никования с механизмом разрушения при CN>0.3 вес.% в кристалла
С НИЗКОЙ Кду
Дп2обащд_р.ад1ы^ Материалы диссертации доложены и обсуждэ ш ш следующих конференциях.
-
I Всесоюзная конференция "Высокоазотистые сталії" - Киев. 18 го апреля 1990. /
-
V Всесоюзное совещание "Структура и свойства немагнитных ста лей"..- Свердловск. II-15 марта 19.91.
-
Республиканская научно-техническая конференція "Совершенстве ваниз существуюаих и создание новых ресурсосберегающих технолс гай и оборудования в машиностроении, сварочном производстве строительстве" - Могилев. 23-24 октября 1991.
-
II Всесоюзная конференция "Высокоазотистые стали". - Києе 21-23 апреля 1992.
-
I Международный семинар "Эволюция дефектных структур в катаг лах н сплавах". - Барнаул. 8-12 сентября 1992..
-
III Международная конференция "High nitrogen steels HNS-93* - Kiev. Ukralna. September 14-16. 1993.
Публикации,. По теые диссертации опубликовано И работ, из шх 5 статей и 6 тезисов конференций. Список основных опублико-занных работ приведен в конце автореферата.
ЙВУЖгеа_и_объеу_работы.. Диссертация состоит га. введения, ютырех глав, общих выводов и списка литературы. Работа содержит 190 страниц машинописного текста. 76 рисунков и 12 таблиц. Спи-;ок цитируемой литературы включает 131 наименование.
