ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ГРАДИЕНТНОЙ СТРУКТУРЫ В МЕТАСТАБИЛЬНЫХ СПЛАВАХ НА АУСТЕНИТНОЙ ОСНОВЕ ПРИ ДЕФОРМАЦИОННО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОЧНОСТИ И ХЛАДОСТОЙКОСТИ (промежуточный, этап 1)

Объект исследования – метастабильные сплавы на аустенитной основе- легкие аустенитные стали Fe-21Mn-6Al-1C и Fe-28Mn-10Al-1C-5Ni (вес.%). Цель работы – определение закономерностей формирования градиентной структуры метастабильных сплавов на аустенитной основе с высокой ЭДУ в ходе деформационно-термической обработки для получения высоких характеристик прочности и хладостойкости. Проведено комплексное исследование механизмов и закономерностей формирования градиентных структур и текстур при деформационной обработке методом холодной радиальной ковки (ХРК) легких аустенитных сталей Fe-21Mn-6Al-1C и Fe-28Mn-10Al-1C-5Ni (вес.%), а также их механического поведения при деформации и разрушении. Показано, в процессе ХРК образуется спектр структурных состояний вдоль радиуса прутка за счет развития процессов формирования деформационных микрополос, механического двойникования и образования полос сдвига с различной интенсивностью из-за накопления большей пластической деформации на краю прутка по сравнению с центром. Дополнительно в прутках исследуемых сталей при ХРК развиваются выраженные текстурные градиенты. Так, в центре прутков наблюдается острая двухкомпонентная аксиальная текстура <111> и <100>, которая размывается к краю. Следует отметить, что на краю прутков после ХРК со степенью 40% и выше формируется сдвиговая текстура аустенита B/-B. По результатам анализа распределения микротвердости в поперечном сечении прутков из исследуемых сталей установлено, что ХРК со степенью 20% сопровождается повышением микротвердости края прутка в большей степени по сравнению с центром, что вызывает формирование градиента микротвердости. Последующая ХРК со степенями 60-85% вызывает появление пика микротвердости в сердцевине прутка, что приводит к смене направления градиента микротвердости. Испытания на одноосное растяжение образцов, вырезанных из центра и края прутков обеих сталей после ХРК со степенью 20%, показали, что прочность материала края прутков была значительно выше (для стали Fe-21Mn-6Al-1C: σВ=1133 МПа; σ0,2=1028 МПа; для стали Fe-28Mn-10Al-1C-5Ni: σВ=1255 МПа; σ0,2=1141 МПа), чем у материала центра (для стали Fe-21Mn-6Al-1C: σВ=1009 МПа; σ0,2=705 МПа; для стали Fe-28Mn-10Al-1C-5Ni: σВ=1172 МПа; σ0,2=1089 МПа). При этом снижение пластичности на краю (для стали Fe-21Mn-6Al-1C: δ=32,7%; δР=10%; для стали Fe-28Mn-10Al-1C-5Ni: δ=28,9%; δР=5,2%) более выражено по сравнению с центром прутка (для стали Fe-21Mn-6Al-1C: δ=51,4%; δР=37,9%; для стали Fe-28Mn-10Al-1C-5Ni: δ=34,4%; δР=17,4%). После ХРК до 40-85% деформации наибольшая прочность обнаружена в центре прутка (для стали Fe-21Mn-6Al-1C: σВ=2062 МПа; σ0,2=2062 МПа; для стали Fe-28Mn-10Al-1C-5Ni: σВ=2200 МПа; σ0,2=2199 МПа) по сравнению с краем (для стали Fe-21Mn-6Al-1C: σВ=1741 МПа; σ0,2=1626 МПа; для стали Fe-28Mn-10Al-1C-5Ni: σВ=1839 МПа; σ0,2=1604 МПа). В то же время, после ХРК со степенью 60% и более наблюдалось снижение равномерного удлинения до 0,2-0,3% и относительного удлинения ниже 10% в центре. Материал края прутка при этом продемонстрировал равномерное удлинение на уровне 1,2-1,7%, а относительное удлинение порядка 14-17%. Испытания образцов с градиентной структурой деформационного происхождения после ХРК со степенью 80-85% показали, что данные образцы обладают высокими прочностными характеристиками и пониженной пластичностью (для стали Fe-21Mn-6Al-1C: σВ=1903 МПа; σ0,2=1816 МПа; δР=1%; для стали Fe-28Mn-10Al-1C-5Ni: σВ=1850 МПа; σ0,2=1620 МПа; δР=0,6%), что является промежуточными значениями между свойствами материала центра и края соответствующих прутков. Образцы стали Fe-21Mn-6Al-1C, вырезанные из центра прутка после ХРК со степенью 20%, демонстрируют большую ударную вязкость (KCV=1,29 МДж/м2), чем образцы, вырезанные из края прутка (KCV=1,00 МДж/м2). Хотя у стали Fe-28Mn-10Al-1C-5Ni значения ударной вязкости центра и края прутка после ХРК со степенью 20% близки (KCV=0,54 МДж/м2). С увеличением степени ХРК понижается общий уровень ударной вязкости. Однако после ХРК со степенью 80-85% вязкость материала края прутка (для стали Fe-21Mn-6Al-1C: KCV=0,53 МДж/м2; для стали Fe-28Mn-10Al-1C-5Ni: KCV=0,23 МДж/м2) становится выше относительно материала центра прутка (для стали Fe-21Mn-6Al-1C: KCV=0,42 МДж/м2; для стали Fe-28Mn-10Al-1C-5Ni: KCV=0,09 МДж/м2). Испытания на ударный изгиб образцов с градиентной структурой деформационного происхождения из прутков после ХРК со степенью 80-85% продемонстрировали, что образцы стали Fe-28Mn-10Al-1C-5Ni обладают ударной вязкостью (KCV=0,51 МДж/м2) существенно превышающую значения образцов, вырезанных из сердцевины (KCV=0,09 МДж/м2) или края (KCV=0,23 МДж/м2). Это обусловлено увеличением пути распространения трещины в результате отклонения трещины в направлении оси прутка при переходе между слоями градиентной структуры.