РАЗДЕЛ 2
НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ И ПРИНЦИПЫ СОЗДАНИЯ МЕТАСТАБИЛЬНЫХ СПЛАВОВ, СОСТОЯНИЙ И
УПРОЧНЯЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ
Теоретической основой в разработке новых метастабильных сплавов и способов
упрочнения явилась идея использования принципа метастабильности аустенита,
основоположником которой был И.Н. Богачёв. Значительное расширение применимости
этого принципа потребовало дальнейшего развития научных основ и разработки
принципов проектирования новых материалов различного функционального назначения
и упрочняющих технологий, основанных на создании метастабильных состояний.
Проектирование метастабильных сплавов и способов управления их
физико-механическими свойствами, строится на следующих принципах:
а) создания и использования фазово-структурной метастабильности;
б) управляемости кинетикой ДФП при испытаниях и эксплуатации;
в) обратимости взаимосвязи кинетики ДФПИ и формирования свойств;
г) повышения энергоемкости за счет реализации ДФПИ;
д) самоорганизации (синергизма) сплава;
е) гетерогенизации аустенита (перед мартенситными превращениями);
д) комплексности;
е) экономного легирования;
В следующих разделах подробно рассмотрим обоснование и использование этих
принципов.
2.1. Принципы фазово-структурной метастабильности и управляемости
кинетикой деформационных фазовых превращений
Принцип деформационной фазово-структурной метастабильности сплавов заключается
в целенаправленном оптимальном использовании ДФП при испытаниях и эксплуатации
с целью повышения их физико-механических и служебных свойств. Согласно этому
принципу необходимо получение метастабильного аустенита в сплавах, сталях и
чугунах различных структурных классов и функционального назначения аналогично
тому, как это было предложено Л.С. Малиновым для экономнолегированных
высокопрочных сталей [39]. Метастабильный аустенит должен присутствовать как
самостоятельная фаза, так и сопутствующая в самых разнообразных
структурно-морфологических модификациях совместно с другими составляющими –
мартенситом, бейнитом, карбидами, нитридами, ферритом, перлитом и их
сочетаниями.
Проявления метастабильности сплавов могут быть весьма многообразны в
зависимости от условий их реализации. Условно их можно подразделить на две
группы: фазво-деформационная и структурно-деформационная;
Фазово-деформационная метастабильность включает сдвиговые и нормальные,
диффузуионные и бездиффузионные фазовые превращения [252]: деформационные g «
a`; g « e`; ДМП, динамическое деформационное (ДДС) и динамическое
термо-деформационное старение (ДТДС), связанные с выделением из пересыщенных
твердых растворов избыточных фаз (карбидов, карбонитридов, интерметаллидов и
др.) соответственно под действием пластической деформации, деформации и
температуры. Деформация в сочетании с разогревом может вызывать
деформационно-диффузионные фазовые превращения (ДДФП), (например эвтектоидное
или промежуточное), трансформацию состава и строения избыточных фаз (например,
карбидов, карбонитридов, интерметаллидов) и другие фазовые превращения. Следует
заметить, что наибольшее значение в формировании механических и служебных
свойств сплавов имеют мартенситные превращения, поэтому им в работе уделяется
первостепенное внимание.
Структурно-деформационная метастабильность проявляется в виде образования
деформационных двойников (ДД) и дефектов упаковки (Д.У.), формирования
дислокационых субструктур (ячеистой, сетчатой или какой-либо другой),
динамической рекристаллизации. В определенных температурно-структурно-временных
условиях возможно зернограничное (межзеренное) скольжение, вызывающее эффект
сверхпластической деформации. Те или иные виды реализации метастабильности
необходимо использовать, исходя из условий эксплуатации, требуемых свойств и
решаемых задач.
При создании функциональных метастабильных сплавов необходимо создавать
метастабильность комплексно или раздельно на следующих возможных стадиях:
а) производства сплава или изделия (выплавка, отливка, наплавка, нанесения
покрытия и т.д.), что достигается природно-металлургическими факторами, такими
как состав, легирование, способ получения, последующие металлургические
переделы;
б) разнообразных способов и технологий обработок: термической,
химико-термической, ТЦО, термо-деформационной, поверхностного пластического
деформирования, с использованием ИКЭ (плазменная струя, электронный и лазерный
лучи и др.) и т.д.
в) эксплуатации, когда сплав в исходном состоянии может быть фазово-структурно
стабильным, а метастабильность приобретается в процессе функционирования
(например, дестабилизация аустенита или повышение его стабильности в условиях
сильного разогрева).
Использовать метастабильность сплавов можно также в различных условиях в
зависимости от решаемых технических и технологических задач на стадиях
изготовления, обработок (деформации, ТМО, обработки взрывом и т.д.), испытаний
механических и служебных свойств и эксплуатации изделий;
На основе анализа физико-химических факторов и механизмов, ответственных за
формирование метастабильных состояний в различных сплавах можно выделить
следующие фазово-морфологические типы метастабильного аустенита и,
соответственно, условия их получения:
аустенит, сохраняющийся полностью в непревращенном виде в сталях аустенитного
класса под влиянием главным образом аустенитообразующих элементов (C, N, Ni,
Mn, Cu), в том числе в сочетании с другими (Cr, Si, Mo и др.), понижающих т. Мн
ниже нормальной температуры. Степень метастабильности таких сталей изменяется в
довольно широких пределах и зависит в основном от расположения температурного
интервала т.
- Київ+380960830922