Введение к работе
Актуальность работы. Наряду с цветными металлами, композиционными и керамическими материалами, пластмассами сталь продолжает оставаться важнейшим элементом в строительстве, машиностроении, автомобильной, кораблестроительной, нефтедобывающей и др отраслях Проблема прочности стальных изделий тесно связана с проблемами экономного расходования сталей Поэтому металловедение сталей продолжает интенсивно развиваться Усилиями Российской школы и академика Г В Курдюмова и ряда зарубежных коллективов, в том числе украинской школы, в развитии физического материаловедения сталей большую роль стали играть структурные методы исследования, а именно, просвечивающая дифракционная электронная микроскопия и рентгеноструктурный анализ В России необходимо особо отметить вклады Московской и Екатеринбургской научных школ Большую роль в развитии науки о сталях сыграли А П Гуляев, Л М Утевский, Р И Энтин, Петров ЮН, МЛ Берн-штейн, М Н Спасский, М П Усиков, М А Штремель, Ю А Багаряцкий, В М Счастливцев, А М Глезер, В И Изотов, М Е Блантер, В В Рыбин, Л И Тушинский, А А Батаев, М В Белоус, В Н Гриднев, М В Белоус, Ю Я Мешков, В Г Гаврилюк и др
Известно, что механические свойства определяются структурой стали Основными параметрами, влияющими на механические свойства, являются структура твердого раствора, карбидные выделения, дислокационная структура, типы и расположение различного рода границ в стали Хотя механические свойства литых сталей много исследованы, тем не менее, структурные основы прочности этих сталей изучены мало Важно изучить структуру карбидной фазы, типы ее кристаллических решеток, локализацию на дефектах или вне их, размеры карбидных частиц, а также нахождение углерода в твердых растворах и на дефектах кристаллической решетки
Целью работы являлось исследование влияния термической обработки и ее параметров на типы карбидных фаз, карбидные превращения, структуру твердого раствора, распределение углерода в стали, кинетику процессов закалки и отпуска, стационарное состояние углерода после термической обработки Термическая обработка состояла из закалки от 950С и последующего отпуска в интервале температур 600-660С при продолжительности от 1 до 100 часов Задачей исследования являлось количественное измерение параметров, отвечающих за механические свойства стали Такими параметрами являлись
параметры кристаллических решеток а- и у-твердых растворов,
объемные доли различных морфологических составляющих ос-фазы,
объемная доля остаточного аустенита,
тип, размеры, плотность и объемная доля карбидных фаз,
содержание углерода в а- и у-твердьгх растворах, на дефектах кристаллической решетки и в карбидных частицах
Такие количественные характеристики для литой стали до настоящей работы никогда не измерялись Для их измерения необходимо было использовать метод просвечивающей электронной микроскопии на тонких фольгах и метод рентгеноструктурного анализа
Работа планировалась для того, чтобы по ее завершению полученные данные могли лечь в основу исследования природы механических свойств литой стали
Научная новизна. Впервые методами электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа экспериментально изучены на количественном уровне процессы карбидообразования и закономерности перераспределения углерода в ходе термической обработки, выявлено влияние параметров отпуска на поведение карбидной фазы в различных структурных составляющих а-матрицы стали, установлена стадийность карбидных превращений, локализация карбидной фазы в объеме твердого раствора и на дефектах
Практическая значимость. Параметры карбидной структуры и распределение углерода в разных местах важны как для трактовки механических свойств стали, так и для видоизменения их в нужном направлении путем изменения параметров термической обработки Методы, примененные для исследования структуры и свойств литой стали ЗОХНЗМФА, могут быть применены для исследования других сталей
Достоверность результатов работы определяется корректностью поставленных задач, применением апробированных методик исследования, большим объемом экспериментальных данных, их сопоставлением между собой, детальным исследованием временной и температурной зависимостей процессов превращений, протекающих в стали, детальным определением типов кристаллических решеток фаз, параметров элементарных ячеек твердых растворов и постоянным отслеживанием всей совокупности распределения углерода во всех возможных его положениях, четким определением ошибок и погрешностей эксперимента Достоверность полученных результатов обеспечивается обоснованностью применяемых методов современного физического металловедения, необходимым и достаточным количеством экспериментального материала для корректной статистической обработки, сопоставлением полученных результатов с данными других авторов
Положения, выносимые на защиту. На защиту выносятся следующие положения
Параметры распределения углерода и карбидных фаз в закаленной стали Отсутствие связи распределения карбидной фазы с дефектной структурой Данные о максимальной концентрации углерода на дефектах кристаллической решетки после закалки
Влияние скорости закалки на морфологию сс-фазы и локализацию цементита
Закономерности кинетики отпуска стали, параметры карбидных превращений и перераспределения углерода Особенности процессов распада а- и у-твердых растворов Важная роль взаимодействия дефектов и карбидов в формировании отпущенной стали Данные о распределении карбидной фазы в первичных, вторичных и третичных фрагментах
Наличие трех стадий формирования карбидных фаз при отпуске Физические механизмы формирования карбидной структуры на разных стадиях
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах 44 Международной конференции «Актуальные проблемы прочности» (Вологда 2005), Всероссийской научно-практической конференции «Металлургия новые технологии, управление, инновации и качество» (Новокузнецк 2005), Международной научной конференции «Актуальные проблемы физики твердого тела» (Минск 2005), III Российской научно-технической конференции «Физические свойства металлов и сплавов» (Екатеринбург 2005), XVIII Уральской школе металловедов-термистов «Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов» (Тольятти 2006), XVI Международной конференции «Физика прочности и пластичности материалов» (Самара 2006), IV Международной конференции «Фазовые превращения и прочность кристаллов» (Черноголовка 2006), Всероссийской конференции «Деформирование и разрушение структурно-неоднородных сред» (Новосибирск 2006), III Евразийской научно-практической конференции «Прочность неоднородных структур» (Москва 2006), 45-й международной конференции «Актуальные проблемы прочности» (Белгород 2006), III международной научно-технической конференции «Современные проблемы машиностроения» (Томск 2006), XVI и XVII Петербургских чтениях по проблемам прочности, посвященных памяти В А. Лихачева (С -Пб 2006, 2007), XV Республиканской научной конференции аспирантов по физике конденсированного состояния (Гродно 2007)
Публикации. Результаты работы опубликованы в 11 статьях и 14 тезисах докладов Список основных работ приведен в конце автореферата
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и списка цитируемой литературы, включаю-
щего 136 наименования Диссертация содержит 177 страниц, в том числе 77 рисунков и 10 таблиц
