ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ

В работе представлены результаты исследования дислокационной структуры, величины кривизны-кручения кристаллической решетки, амплитуд полей внутренних напряжений, а также перераспределения атомов углерода в зонах устойчивой локализации деформаций в зависимости от состояния образцов из конструкционной стали 20. Исследовались образцы без эксплуатации, после эксплуатации без разрушения и с разрушением. Образцы растягивали с одинаковой скоростью до появления устойчивой зоны локализации деформации, после чего нагружение останавливали. Для исследования дислокационной структуры в работе использовали метод просвечивающей электронной микроскопии на тонких фольгах. Показано, что деформация образцов из конструкционной стали 20 в направлении «исходный» ® «не разрушенный» ® «разрушенный» во всех морфологических составляющих структуры, а также в целом по материалу постепенно приводит к измельчению структуры вплоть в отдельных участках материала до нанокристаллической. Дислокации перемещаются на границы фрагментов, скалярная плотность дислокаций r уменьшается. Одновременно уменьшаются и внутренние напряжения сдвига sЛ. Изменение локальных напряжений sд носит иной характер, а именно, пластическая составляющая локальных напряжений уменьшается, а упругая резко возрастает. Установлено, что деформация стали 20 приводит к разрушению частиц цементита, расположенных на границах дислокационных фрагментов (объемная доля уменьшается), и образованию карбидов внутри фрагментов (объемная доля их увеличивается). Углерод из разрушенных частиц цементита на границах фрагментов идет на образование частиц цементита внутри фрагментов, на дефекты кристаллической решетки и образование карбидов в новых морфологических структурах (микро- и нанозернах).

Методами, просвечивающие электронный микроскопии выполнен анализ субструктуры цемента в головке длинномерных рельсов специального назначения категории ДТ400ИК из заэвтектоидной стали после длительной эксплуатации на экспериментально на кольце РЖД (пропущенный тоннаж 187 млн. тонн). Показано, что после эксплуатации пластины цементита искривляются и разделяются ферритными мостиками. В пластинах феррита и цементита формируется дислокационная субструктура: хаотически распределенного и сеченого типа в феррите и упорядоченная в цементе. Отмечена повышенная плотность дислокаций на межфазных границах феррит-цементит по сравнению с объемом ферритных пластин. Указаны два возможных механизма деформационного преобразования зерен пластинчатого перлита: разрушение пластин цементита и вытягивание углерода из решетки карбидной фазы. Указано, что вынос углерода из цементитных пластин происходит наиболее интенсивно вблизи дефектов феррите и цементите. Образованные наноразмерные частицы третичного цементита распределены в ферритных пластинах неравномерно, большая их часть наблюдается в местах расположения ферритных субзерен и межфазных границ. Это приводит к неоднородному дифракционному контрасту на темнопольных изображениях цементных пластин. Выявлена фрагментация пластин феррита и цементита и оценены азимутальные составляющие углов полной разориентации. По всем установленным закономерностям преобразования субструктуры цементита осуществлено сравнение с результатами для рельсов из доэвтектоидной стали.