Полигонизованной структуры

Для повышения жаропрочных свойств применяется так называемая механико-термическая обработка (МТО), которая, в отличие от ТМО, не связана с полиморфным превращением наклепанного материала. МТО заключается в создании в материале полигональной структуры путем деформирования и последующей стабилизации полученного структурного состояния при температурах, не превышающих температуру начала рекристаллизации.

Важным преимуществом указанной обработки является устойчивость эффекта упрочнения, достигаемого в результате "предварительной деформации на небольшую степень деформации и последующей выдержки три повышенной температуре. Опыты показали, что упрочняющий эффект сохраняется (фиг. 6) даже при .испытании в течение 5000 час. Стабильность упрочнения объясняется устойчивостью полигональной структуры металла, возникающей в процессе предварительной деформации и последующего отжига'.

ползучести после МТО объясняется созданием полигональной структуры и упрочнением полученных субграниц [59, 68].

Исследование дислокационной структуры хромомолибдено-ванадиевых сталей показало, что в структурно-свободном феррите после холодной пластической деформации со степенью 10—15% повышается плотность дислокаций и наблюдается образование ячеистой субструктуры. Длительная работа в условиях ползучести приводит к перераспределению дислокаций с образованием плоских сетчатых субграниц. На прямых участках гибов к этому моменту происходит лишь некоторое накопление хаотически расположенных дислокаций. Таким образом, исходная повышенная плотность дислокаций в металле гибов обуславливает полную" фрагментацию ферритной матрицы при ползучести. Наличие такой полигональной структуры сохраняется в течение длительного времени, например в течение 105 ч при 540 °С. Полигональная структура наблюдается и в металле разрушенных гибов. Вместе с тем отличительной особенностью гибов, разрушенных в процессе эксплуатации, является присутствие в структуре рекристаллизованных объемов, свидетельствующих о протекании в металле к моменту разрушения разупрочняющих процессов.

Одним из эффективных способов использования ресурса жаропрочности сталей перлитного класса может явиться предварительное упрочнение металла труб методом механико-термической обработки (ММТО), основанной на создании стабильной полигональной структуры и упрочнении ферритной составляющей.

Различают два вида обработки: высокотемпературную термомеханическую (ВМ.ТО), связанную с наклепом в области высокотемпературной фазы и с полиморфным или фазовым превращением при охлаждении, и механико-термическую (МТО), заключающуюся в создании полигональной структуры путем деформирования материала и последующей стабилизации при температурах, не превышающих температуру начала рекристаллизации. Упрочнение в последнем случае связано с увеличением плотности дислокаций, более равномерным распределением их по объему металлов, созданием дополнительных дислокационных границ, уменьшением рельефа зерна и образованием субструктуры с заблокированными дислокационными границами [70, 71].

Из анализа приведенных топограмм следует, что в результате отжига при 2350° С в течение 5 ч в поверхностных слоях кристаллов вольфрама, деформированных изгибом без электрополировки, происходит только первая стадия полигонизации — образование коротких полигональных стенок. Удаление искаженного поверхностного слоя в процессе деформации либо после нее облегчает протекание полигонизации, и в результате отжига наблюдается образование четких, прямолинейных полигональных границ. Следует, однако, отметить, что наблюдается некоторая разница в характере полигональной структуры кристаллов, у которых искаженный поверхностный слой удалялся непрерывно в процессе деформации, и кристаллов, у которых этот слой был удален после изгиба. В первом случае наблюдается более полное протекание полигонизации, приводящее к образованию укрупненных полигональных блоков с большими углами разворота между ними.

Микроструктурные исследования композиций: Ni — 2,5 об. % ТЮ2 и Ni — 2,5 об.% НЮ2 показали, что их экструдированное состояние характеризуется мелким зерном (1—2 мкм), ориентированным в направлении экструзии. При дальнейшей холодной или тепловой деформации образуется типичная волокнистая структура с размером волокон в поперечном сечении менее 1 мкм. Отжиг при температурах 1300—1400° С приводит к возникновению структурной неоднородности, характеризующейся, с одной стороны, образованием крупных зерен с характерными двойниками отжига и, с другой стороны, сохранением участков волокнистой структуры. Внутри мелких зерен наблюдаются плотные сплетения дислокаций и дислокационные субграницы различного типа, стыкующиеся с высокоугловыми границами зерен. В рассматриваемых материалах увеличивается температурный интервал существования полигональной структуры, и в этом состоит особенность их рекристаллизации [55].

В бейнитных и мартенситных объемах, созданных различными способами термической обработки, игольчатая субструктура фер-ритной матрицы сохраняет свою форму и размеры. Следует отметить, что .в ферритных иглах наблюдается образование собственной ячеистой полигональной структуры, что сопровождается не-

Посредством пластической деформации и термической обработки (на полигонизацию) можно в широких пределах изменять тонкую структуру монокристаллов, одновременно получая протяженные монокристалльные пластины. Влияние полигональной структуры на механические свойства монокристаллов при растяжении при комнатной температуре было изучено на кристаллах молибдена ориентации {001} <110> и {НО} <001> (табл. 4.10) [24]. Ось растяжения .совпадала с направлением

Увеличение выдержки монокристалльных пластин {001} <100> при Г < 2500°С не изменяет характер сформировавшейся полигональной структуры и размер блоков. Полигональная структура изогнутых монокристаллов молибдена {110} <110> после отжига при различных температурах состоит из столбчатых блоков, размер которых в поперечном напряжении •составляет 70—140 мкм, взаимная разориентация находится в пределах 20—50'. Рентгенографические исследования показывают, что ориентация, полученная при изгибе кристалла, сохраняется. Случаев рекристаллизации не было отмечено для деформаций до 23%.

У кривых типа Б (рис. 2) сопротивление деформации постепенно достигает установившейся стадии, в металле интенсивно проходит динамический возврат с формированием полигонизованной субструктуры. В области значительных деформаций происходит формирование полностью полигонизованной структуры, т. е. в металле проходят процессы реполигонизации.

ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ — совокупность операций деформации, нагрева и охлаждения, в результате к-рых формирование структуры металлич. сплава происходит в условиях повышенной плотности и соответствующего распределения несовершенств строения, обусловленных наклепом. Несовершенства строения кристаллов влияют на механизм и кинетику фазовых и структурных превращений при термич. обработке. Одним из осн. методов создания несовершенств строения является наклеп. Поэтому целесообразно соединение в единую технологич. схему пластич. деформации и фазовых (структурных) превращений. Т.о.м. может быть применена во всех случаях, когда возможны: полиморфные превращения; превращения в твердом растворе, связанные либо с изменением растворимости одного компонента в др., либо с изменением корреляции; изменения структуры при пластич. деформации (создание полигонизованной структуры).

Механические свойства сплавов твердых растворов в сильной степени зависят от величины зерна, полигонизованной структуры (субструктуры) и других структурных изменений.

Общие соображения 183 Классификация процессов, протекающих при нагреве деформированного металла • 184 Образование полигонизованной структуры 186 Влияние различных факторов на полигонизацию 190 Полигонизация в различных металлах • 192 Полигонизация при полиморфно/* превращении 19$ Стабильность полигонизованной структуры и влияние ее на свойства 197' Рекристаллизация и диффузия 201 Эффект «наследственности» 205

Общие соображения • Классификация процессов, протекающих при нагреве деформированного металла • Образование полигонизованной структуры • Влияние различных факторов на полигонизацию • Полигонизация в различных металлах • Полигонизация при полиморфном превращении • Стабильность полигонизованной структуры и влияние ее на свойства • Рекристаллизация и диффузия • Эффект «наследственности»

которых случаях одновременно наблюдаются зародыши рекристаллизации, выросшие за счет полигонизованной структуры, и области полигонизованной структуры с субзернами больших размеров.

Образование полигонизованной структуры

Кинетика образования полигонизованной структуры и ее устойчивость зависят от ряда факторов и прежде всего от исходной дислокационной структуры, возникающей в результате пластической деформации [152] или после термической обработки и других процессов. Скольжение по разным системам во время сильной пластической деформации приводит к неравномерному распределению дислокаций, что затрудняет перераспределение их при нагреве и образование малоугловых границ. Существенное влияние на формирование полигонизованной структуры оказывает величина энергии дефектов упаковки -у- Предполагалось, что полигонизация невозможна в металлах с низким значением энергии дефектов упаковки, например в чистой меди. Однако показано, что полигонизация происходит даже в меди зонной плавки и в электролитической меди (99,999%).

Последующий нагрев полигонизованной структуры к рекристаллизации не приводит; смещения границ субзерен невелики.

Значительный интерес представляет возможность создания полигонизованной структуры в результате полиморфного превращения. Напряжения и деформации, возникающие при фазовом превращении в условиях повышенных температур, способствуют образованию равновесной дислокационной структуры, что, по-видимому, и наблюдалось в железе [55], а также в титане и его сплавах [156]. В последнем случае дислокации сосредоточиваются, как показали рентгеноструктурные и злектрошюми-кроскопические исследования, на границах,пластинок а-фазы. Эффект полигонизации, очевидно, должен зависеть от скорости охлаждения. Оптимальной представляется некоторая средняя скорость: с увеличением скорости охлаждения возрастают напряжения и плотность дислокаций, однако ухудшаются условия для диффузионного подвода вакансий, необходимого для переползания. В то же время при очень медленном охлаждении обеспечиваются условия диффузии, но плотность дислокаций недостаточна. Указанная закономерность подтверждена экспериментально при исследовании титанового сплава (Мирский, Рыбакова) .

Стабильность полигонизованной структуры и влияние ее на свойства