Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 4
1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР 7
1.1. Преобразования текстуры на этапах промышленного производства
электротехнической анизотропной стали (технического сплава Fe-3%Si) 7
Вторичная рекристаллизация в сплаве Fe-3%Si как основной процесс, ответственный за формирование текстуры {110}<001> 14
Механизмы переориентации кристаллической решетки при холодной деформации металлов с ОЦК структурой 19
Деформационные полосы, переходные полосы, полосы сдвига и полосы сброса і 19
Деформация двойникованием в металлах с ОЦК-решеткой 26
1.3.2.1. Кристаллография и геометрия двойникования.
Дислокационный механизм 26
1.3.2.2. Роль двойникования в процессе пластического течения. Влияние
различных факторов 33
1.4. Границы зерен в металлах. Структура специальных границ 39
Границы зерен. Описание разориентировок 39
Специальные границы 43
1.5. Постановка задач исследования 47
2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ 49
Материал для исследований 49
Методики исследований 49
3. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ГРАНИЦЫ ЗЕРЕН ВО ВТОРИЧНОЙ РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИИ.. 51
Кристаллография специальных разориентировок 51
Распределение зерен готовой ЭАС по углам 57
Механизмы перестройки решетки при миграции специальных границ зерен типа L9 в кристаллах с ОЦК-решеткой 64
Выводы 75
4. ДЕФОРМАЦИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СПЛАВА Fe-3%Si 77
4.1. Текстура сплава после горячей прокатки 77
4.2. Теоретическая модель деформации монокристаллов различных
ориентировок 83
4.3. Деформационное двойникование в техническом сплаве Fe-3%Si 95
4.3.1. Влияние двойникования на текстуру деформации и отжига
технического сплава Fe-3%Si 96
4.3.2. Кристаллографическая связь двойников в «октаэдрической» матрице с
Госсовской ориентацией 106
Модель образования областей с ориентацией {110}<001> в полосах сдвига при холодной прокатке технического сплава Fe-3%Si. 118
Выводы 124
5. УПРАВЛЕНИЕ СТРУКТУРОЙ И ТЕКСТУРОЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ
АНИЗОТРОПНОЙ СТАЛИ 126
5.1. Проблема хрупкости электротехнической анизотропной стали 126
5.2. Влияние двойникования на формирование текстуры сверхтонкой
электротехнической анизотропной производимой по технологии через первичную
рекристаллизацию 128
5.3. Формирование текстуры по переделам при производстве
электротехнической анизотропной стали 129
5.4. Выводы 133
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 134
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 135
Введение к работе
Актуальность темы. Технический сплав Fe-3%Si (электротехническая анизотропная сталь - ЭАС) остается в настоящее время одним из основных практически важных магнитно-мягких материалов. Сплав должен характеризоваться высокой магнитной проницаемостью, малой коэрцитивной силой и низкими потерями в сердечниках трансформаторов [1]. Получение электротехнических сталей с высокими значениями индукции и малыми удельными потерями энергии при перемагничивании позволяет снизить габариты и массу устройств и обеспечить значительную экономию энергоресурсов.
Высокие магнитные свойства ЭАС обеспечиваются созданием в ней на последних стадиях обработки, текстуры (110)[001] (далее ребровой текстуры или текстуры Госса), формирующейся в процессе вторичной рекристаллизации (ВР) [2]. Несмотря на то, что процесс аномального роста зерен интересует исследователей уже более 50 лет, общая теория, объясняющая его, до сих пор не разработана. Высокотемпературной обработке, при которой реализуется ВР, предшествует сложная технологическая цепочка операций, включающая горячую прокатку, две или одну холодные прокатки и несколько промежуточных отжигов. Без этих переделов формирование конечной ребровой текстуры невозможно. Однако назначение некоторых технологических операций в различных вариантах производства ЭАС остается не вполне ясным.
Очевидно, что для ответа на вопрос о механизме формирования ребровой текстуры нельзя ограничиться только изучением природы аномального роста зерен, необходимо изучение всех этапов преобразования текстуры предшествующих ему. В этой связи важным результатом стало бы описание эволюции ребровой ориентировки на этапах обработки технического сплава Fe-3%Si.
Наиболее сильным направленным воздействием на структуру материала при промышленном производстве ЭАС является холодная прокатка (ХП). Сейчас известны преобразования основных ориентировок текстуры при данном виде обработки: устойчивость ориентировки деформационного куба {001}<110> и переориентация ребровой ориентировки {110}<001> к двум симметричным октаэдрическим ориентировкам {111}<112>. Также известно, что для протекания ВР важно наличие в структуре первичнорекристаллизованного металла малого числа зерен с совершенной ориентировкой {110}<001> и большого числа зерен с хорошо выраженной октаэдрической ориентировкой {111}<112>[1,2].
В настоящее время широкое распространение получила гипотеза о ВР,
основывающаяся на высокой подвижности специальных границ зерен типа Е9. Отмечается,
что ребровая и октаэдрическая ориентировки близки к специальной разориентировке Z9, и
при окончательном отжиге между ними могут образовываться специальные границы. Таким образом, большой интерес представляет вьыснение роли специальных границ зерен в процессе аномального роста и механизм формирования данной специальной разориентации в процессе холодной деформации сплава. Понимание физических процессов ответственных за образование текстуры {110}<001> даст возможность оптимизировать технологию получения высококачественной ЭАС.
Таким образом, дальнейшее экспериментальное и теоретическое исследование текстурообразования в техническом сплаве Fe-3%Si является актуальной задачей физического металловедения.
Целью работы является исследование закономерностей преобразования ориентировки {110}<001> от горячей деформации до стадии заключительного отжига на ВР; выяснение роли специальных границ зерен в процессе аномального роста; разработка модели формирования в процессе холодной деформации сплава областей с ребровой ориентацией, находящихся с окружающей матрицей в специальной разориентации. Научная новизна:
получено распределение ориентации вторичнорекристаллизованных зерен по углу отклонения плоскости прокатки от кристаллографической плоскости {ПО}, которое предпочтительно описывается теоретическим бимодальным распределением;
построена модель, количественно описывающая переориентацию кристаллической решетки при прокатке, которая основана на расположении систем скольжения по отношению к максимальным касательным напряжениям;
- предложена модель образования областей с ориентацией {110}<001> в полосах сдвига
при холодной прокатке, которая предполагает аномальное двойникование по системе
{114}<221> и вторичное двойникование по двум стандартным системам {112}<111>;
экспериментально показана возможность возникновения
первичыорекристаллизованных зерен ориентировки {110}<001>, находящихся в
специальных разориентациях с ближайшим окружением, на двойниковых границах матрицы {111}<112>, как на подложках, в деформированном монокристалле изначальной ребровой ориентации.
Практическая значимость:
на основе экспериментального изучения двойникования монокристаллов Fe-3%Si показаны пути повышения пластичности готовой электротехнической анизотропной стали;
сформулировано направление оптимизации холодной деформации технического сплава Fe-3%Si. Для улучшения свойств готовой ЭАС необходима реализация схемы прокатки, обеспечивающей формирование полос сдвига на определенном этапе.
Апробация работы. Материалы работы были доложены и обсуждены на V региональной школе-семинаре «Фазовые и структурные превращения в сталях», Магнитогорск, 2006; на II Международной школе «Физическое материаловедение», XVIII Уральской школе металловедов-термистов «Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов», Тольятти, 2006; на шестой, Уральской школе-семинаре металловедов-молодых ученых, Екатеринбург, 2004; на IX Международной научно-технической Уральской школе-семинаре металловедов-молодых ученых, Екатеринбург, 2008; на IX, X, XII и XV отчетных научных конференциях молодых ученых ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ», 2005, 2006, 2007, 2008 гг.
Работа выполнена в соответствии с направлениями научной деятельности кафедры «Термообработка и Физика металлов» ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет-УПИ имени первого Президента Б.Н. Ельцина», а также в рамках грантов РФФИ № 04-02-96086 (Урал), Фонда ОАО «ММК», ИТЦ «Аусферр» и ФНиО «Интеле» №13-03-01 и №42-06-02, при научном руководстве профессора, д.т.н. Попова А.А. и доцента, к.ф.-м.н. Русакова Г.М. Выражаю благодарность за помощь в работе научному консультанту к.ф.-м.н. М.Л. Лобанову, а также сотрудникам центральной заводской лаборатории ООО «ВИЗ-Сталь».
