Введение 15
1 Методы получения ультрамелкозернистых металлических материалов,
особенности их структуры и свойства 18
1.1 Структура и свойства материалов после интенсивной пластической
деформации 22
1.2 Термическая стабильность материалов с ультрамелкозернистой структурой 25
2 Постановка задач, материалы и методика исследования 34
2.1 Постановка задач исследования 34
2.2 Материалы и методика исследования 35
3 Влияние кручения под высоким давлением на структуру и
микротвердость стали 06МБФ 39
4 Термическая стабильность ультрамелкозернистой структуры и
микротвердости, сформированных при кручении под высоким давлением в стали 06МБФ
5 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение.. 59
6 Социальная ответственность 78
Заключение 106
Список публикаций 108
Список использованных источников 113
Приложение А 118
Развитие современных отраслей машиностроения предъявляет все более высокие требования к качеству конструкционных материалов. В связи с этим одной из главных задач современного материаловедения стало создание новых высокопрочных металлических сплавов и разработка новых методов упрочняющей обработки промышленных сталей и сплавов [1-3]. Но при любом способе упрочнения возникает острая дилемма - взаимоисключаемость высокой прочности и конструкционной надежности материала, то есть повышение прочностных свойств материала неизбежно влечет за собой снижение его эксплуатационных свойств, в частности, способности сопротивляться хрупкому разрушению. Поэтому предпочтение отдается именно тем методам, которые свободны от указанных недостатков, например, различным методам дислокационного упрочнения [4-5] и упрочнения за счет уменьшения размера зерна [5].
Из всех известных механизмов упрочнения металлов и сплавов, только лишь зерногранично-субструктурный механизм, заключающийся в диспергировании структуры материала, позволяет одновременно повысить как уровень прочности, так и уровень сопротивления хрупкому разрушению [6].
Наиболее высокий уровень характеристик механических свойств конструкционных сталей при изготовлении изделий и конструкций можно достигнуть в случае получения структурного состояния с высокой плотностью таких дефектов кристаллического строения, как дислокации, границы (суб)зерен, но при этом также необходимо получить еще и минимально возможный масштаб структурной неоднородности по размеру и форме структурных составляющих. Чем более неравновесное состояние при обработке механическим или термическим воздействием конструкционной стали для изготовления изделий будет реализовано, тем более широкий спектр механизмов их последующей релаксации при приближении к равновесию будет доступен для реализации - это даст больше возможностей управлять процессом
структурообразования в таких материалах. Такие состояния достигаются в процессе механического и термического воздействий или при совмещении этих операций. Таким образом, большинство методов получения высокопрочного состояния или повышения плотности дефектов кристаллического строения в современных материалах основаны на реализации в них ряда неравновесных состояний [7] - аморфное состояние, высокий уровень напряжений первого, второго или третьего рода, которые образуются при пластическом, фазовом или термическом наклепе [6].
Перспективными и активно развивающимися направлениями получения материалов с ультрамелкозернистой (УМЗ) структурой являются методы интенсивной пластической деформации (ИПД) [1-3, 5, 8]: кручение под высоким давлением (КВД), равноканальное угловое прессование (РКУП), винтовая экструзия, всесторонняя ковка и др. Методы ИПД, еще недавно рассматривающиеся лишь как лабораторные и опытные разработки [1-3, 9], в настоящее время находят достаточно широкое опытно-промышленное применение на производстве машиностроительных и металлургических предприятий [10]. Однако существующие методы ИПД обладают рядом конструктивно-технологических недостатков, ограничивающих возможности их широкого применения, прежде всего - высокая стоимость, малые размеры получаемых образцов, нестабильность структуры при нагреве [9-11]. Таким образом, существует потребность как в совершенствовании схем и оснастки ИПД, так и в развитии традиционных технологий обработки металлов с целью приближения их результатов к методам ИПД [9-11, 12].
Работа посвящена изучению влияние исходной термической обработки на особенности структурного состояния, механические свойства (микротвердость) и термическую стабильность стали 06МБФ, полученной методом кручения под высоким давлением.
На защиту выносятся следующие положения:
- Влияние исходной термической обработки на формирование УМЗ структуры и механические свойства (микротвердость) стали 06МБФ, полученные методом кручения под высоким давлением.
- Экспериментально установленные температурные границы отжига стали 06МБФ в феррито-бейнитном, мартенситном и ферритном состояниях, при которых сталь сохраняет УМЗ структуру и повышенные прочностные свойства.
В работе изучали влияние исходной термической обработки на особенности микроструктуры, микротвердость и термическую стабильность УМЗ состояния в стали 06МБФ, полученного методом кручения под высоким давлением.
Было установлено, что независимо от исходного состояния при кручении под высоким давлением в стали 06МБФ формируются ультрамелкозернистые состояния с близким размером структурных элементов: 91 нм для феррито-бейнитного состояния, 98 нм для мартенситного и 102 нм для ферритного состояний.
Кручение под высоким давлением приводит к повышению средних значений микротвердости по сравнению с исходными состояниями: от 1,6 до 7,0 ГПа для феррито-бейнитного состояния, от 3,2 до 7,7 ГПа для мартенситного и от 2,0 до 6,0 ГПа для ферритного состояний. Степень неоднородности распределения микротвердости по образцу меньше в мартенситном состоянии стали Ц^(край)/Ц^(центр) = 1,2 в сравнении с феррито-бейнитным И^(край)/Ц^(центр) = 1,4 и ферритным состояниями И (край)/И (центр) = 1,7. Это является следствием исходной термической обработки стали до КВД и различием в приложенном давлении при деформации (6 ГПа для феррито-бейнитного и мартенситного состояний, 4 ГПа для ферритного состояния).
Сформированные при кручении под высоким давлением стали 06МБФ высокопрочные состояния обладают высокой термической стабильностью до 400°C для феррито-бейнитного и мартенситного состояний, и до 500°C для ферритного состояния. Высокая термическая стабильность сформированной при КВД структуры в стали 06МБФ обусловлена, в первую очередь, дисперсионным твердением. Исследуемые УМЗ состояния обладают разным уровнем прочностных свойств и термической стабильностью, что обусловлено различиями в исходных микроструктурах, фазовом составе и приложенных давлениях при ИПД.
