Материаловедческие основы прогнозирования структурной эволюции стали при импульсном термосиловом воздействии тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.01, доктор технических наук Варавка, Валерий Николаевич

• Варавка, Валерий Николаевич
• доктор технических наук
• 2008

Оглавление диссертации доктор технических наук Варавка, Валерий Николаевич

Введение.

1. Современные представления о фазовых переходах и структурообразовании стали при различных видах импульсного термосилового воздействия. Проблематика, направления и задачи исследования.

1.1. Современное состояние теории аустенитизации.

1.2. Диффузионные процессы в стали при импульсном термосиловом воздействии.

1.3. Современное состояние теории мартенситных превращений.

1.4. Неравновесные вакансионно-дислокационные взаимодействия: условия проявления, механизм и влияние на структурообразование.

1.5. Динамический анализ и возможности его использования для прогнозирования структурной эволюции стали при импульсном термосиловом воздействии.

1.6. Резюме: проблематика, направления и задачи исследования.

2. Методическое обеспечение исследований.

2.1. Образцы.

2.2. Оборудование.

2.3. Методика металлографических исследований.

2.4. Методика рентгеноструктурных исследований.

2.5. Методика трансмиссионной (просвечивающей) электронной микроскопии.

2.6. Методика сканирующей электронной микроскопии высокого разрешения.

2.7. Методика атомно-силовой микроскопии.

2.8. Специальные методики исследований.

2.8.1. Методика определения величины пластической деформации при зернограничном проскальзывании (ЗГП).

2.8.2. Методика проведения испытаний на динамическое истирание . 74 2.9. Метрологическое обеспечение экспериментов.

3. Структурные особенности сталей при обработке концентрированными потоками энергии.

3.1. Многофазные структуры.

3.2. Высокоугловые границы. Наследственность.

3.3. Влияние исходной структуры.

3.4. Тонкое строение металлической матрицы.

3.5. Резюме к главе 3.

4. Процессы структурной эволюции в армко-железе при импульсном баро-термическом воздействии.

4.1. Предпосылки, методика и направления дальнейших экспериментальных исследований.

4.2. Структурная картина армко-железа после импульсной лазерной обработки.

4.3. Кинетика растворения цементита в неравновесных условиях . г.

4.4. Деформация по механизму зернограничного проскальзывания (ЗГП) при лазерной обработке армко-железа.

4.5. Структурное многообразие зоны лазерной закалки армко-железа.

4.6. Выводы по результатам исследований главы 4.

5. Процессы структурной эволюции в углеродистой стали при импульсном баро-термическом воздействии.

5.1. Стереологический анализ структуры стали У10 после лазерной обработки.

5.2. Причины различной морфологии мартенсита в переходной зоне лазерной обработки.

5.3. Кинетика перераспределения углерода в переходной зоне лазерного пятна.

5.4. Структурные эффекты деформационного характера в зоне лазерной обработки стали У10.

5.4.1. «Белые» зоны в области трещин.

5.4.2. Оценка величины деформации.

5.5. Выводы по результатам исследований главы 5.

6. Процессы неравновесного структурообразования в модельной легированной стали типа XI2.

6.1. Зона с нерастворенными карбидами.

6.2. Зона оплавленного металла.

6.3. Выводы по результатам исследований главы 6.

7. Неравновесные условия формирования структуры стали: физический смысл и моделирование.

7.1. Управляющие параметры динамической системы структурообразования.

7.1.1. Тепловые потери при лазерной обработке и термические напряжения.

7.1.2. Условия одно- и двухпараметрического описания неравновесности.

7.2. Термический управляющий параметр.

7.3. Экспериментальное определение деформационного управляющего параметра.

7.3.1. Определение величины локальной пластической деформации и напряжений при JIO интерференционным способом.

7.3.2. Определение величины локальной пластической деформации и напряжений при JIO методом атомно-силовой микроскопии (АСМ).

7.3.3. Значения скорости локальной пластической деформации при импульсной упрочняющей обработке.

8. Математические принципы моделирования субструктурных процессов в металлах.

8.1. Применение методологии динамического анализа для исследования неравновесных ВДВ.

8.2. Диссипативность отображений динамической системы и диссипация энергии при ВДВ.

8.3. Аналитическое определение деформационного управляющего параметра.

8.4. Коэффициенты динамической системы (а, ß, у).

8.5. Значения компонент (.х,у) для моделируемой системы отображений.

9. Компьютерное моделирование процессов неравновесного структурообразования.

9.1. Итерационная система и ее возможности.

9.2. Интерфейс и работа моделирующей компьютерной программы «DynSys».

9.3. Количественный динамический анализ неравновесных ВДВ.

9.4. Резюме к главе 9.

10. Прикладные аспекты исследований.

10.1. Дифференциальные диаграммы (карты) механизмов мартенситного превращения в Fe-C-сплавах.

10.1.1. Неравновесные дислокационные конфигурации.

10.1.2. Оценка степени неравновесности процесса.

10.1.3. Расчет критических параметров неравновесной дислокационной структуры.

10.1.4. Расчет температурного начала феноменологического мартенситного превращения.

10.1.5. Построение дифференциальных карт (диаграмм) механизмов мартенситного превращения в стали.

10.1.6. Резюме к разделу 10.

10.2. Лазерное термоциклирование (эксперимент по результатам динамического анализа).

10.3. Поведение различных типов неравновесных структур стали в условиях динамического изнашивания.

10.3.1. Испытания образцов из стали Х12М.

10.3.2. Испытания образцов из стали У10.

10.3.3. Выводы по разделу 10.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Материаловедческие основы прогнозирования структурной эволюции стали при импульсном термосиловом воздействии»

Фурное развитие науки о материалах и технологиях их обработки последнего времени связано в основном с двумя поворотными моментами:

1) проникновением технической мысли на новый, более тонкий, уровень изучения - наноразмерньш, и разворачиванием на этом уровне исследовательской и технологической приборной базы (в частности, массовый выпуск относительно недорогих силовых, туннельных и сканирующих электронных микроскопов);

2) успешные попытки теоретического освоения физических и химических явлений, ранее казавшихся совершенно хаотическими и спонтанными: методологии синергетики, теорий диссипативных систем или детерминированного хаоса, фрактального мировоззрения всё глубже и шире проникают во все области науки.

Наибольшие успехи по этим направлениям в последние десятилетия достигнуты учеными разных стран в электронике, медицине, биологии, химии. Радикальный успех здесь связан с новым структурным уровнем исследований и новым методическим подходом. Опираясь на эти принципы, в настоящей диссертационной работе сделана попытка реализовать новый методологический подход и в материаловедении — путем применения динамического анализа для прогнозирования структуры металлического сплава в существенно неравновесных условиях обработки. Для реализации нового подхода была сформирована база экспериментальных данных с использованием новейшего исследовательского оборудования, в частности, атомно-силового микроскопа Solver НУ компании NT-MDT, электронного микроскопа Quanta 200 компании FEI, рентгеновского энергодисперсионного микроанализатора ED АХ.

Динамический анализ позволяет описать существенную неравновесность процесса структурообразования в параметрическом виде, например, через воздействие сверхвысоких скоростей нагрева/охлаждения и деформации на динамику взаимодействия структурообразующих элементов сплава. Исследование структурной эволюции стали с помощью методологии динамического анализа обеспечивает актуальность работы в таком направлении материаловедения как теория гипернеравновесных фазовых превращений в металлических сплавах и образование метастабильных структур сплавов с особыми свойствами, а также в разработке и оптимизации на этой базе перспективных технологий упрочняющей обработки.

Процессы гипернеравновесных фазовых переходов и существенно неравновесного структурообразования в массивных образцах компактного металла не поддаются прямому инструментальному исследованию в силу их скоротечности. Изучение же результатов этих процессов в виде особой морфологии таких структур как фрагментированные, ультрадисперсные, нанокристаллические, «белый слой» и др. дают основания говорить о нетривиальных механизмах превращений, протекающих в металле при поверхностной обработке концентрированными потоками энергии (КПЭ). В частности, структурные и морфологические особенности Ре-С-сплавов после лазерной обработки, наблюдавшиеся нами экспериментально [1-3], требуют новых теоретических подходов к их объяснению. Попытки таких подходов делались разными исследователями, однако, успехи в этом направлении носят эпизодический характер [4-8], что, по-видимому, характеризует стадию накопления теоретического и эмпирического материала. Среди существующих источников по изучаемой проблеме практически отсутствуют исследования динамики структурных элементов (в том числе и дефектов кристаллического строения) в процессе эволюции на этапе самоорганизации, предваряющем существенно неравновесный фазовый переход и последующее формирование метастабильной структуры сплава при воздействии КПЭ. Характеристика этого этапа важна для конкретизации механизмов превращений.

Одним из наиболее многообещающих методов теоретического исследования явлений самоорганизации как раз и является динамический анализ. Его эффективность особенно наглядна при изучении существенно нелинейного состояния систем с преимущественно диссипативным характером процессов, например: трибосопряжений, магнетизма, пластической деформации и других. Применение методов динамического анализа для исследования процессов неравновесных фазовых переходов и процессов формирования метастабильных структур металлических сплавов на основе эволюции элементов их дефектной среды составляет предмет настоящей работы.

На защиту выносится научно-обоснованное техническое и методологическое решение проблемы управления неравновесным структурообразованием в стали при импульсном термосиловом воздействии, внедрение которого вносит значительный вклад в совершенствование существующих упрочняющих технологий и стимулирует разработку новых технологий поверхностной обработки с использованием концентрированных потоков энергии (КПЭ) и заключающееся:

1) в комплексном теоретическом и металлофизическом исследовании фундаментальных закономерностей влияния существенно неравновесных вакансионно-дислокационных взаимодействий (ВДВ) на процесс структурной эволюции железо-углеродистых сплавов при их обработке КПЭ;

2) в разработке физических основ процессов формирования различных типов структуры стали в поверхностном слое, обладающих уникальным сочетанием свойств за счет специфической организации субструктуры;

3) в разработке и компьютерной реализации математической модели неравновесных метал л о физических, тепловых и деформационных процессов в стали при импульсном термосиловом воздействии;

4) в разработке на этой основе технологических принципов оптимизации упрочнения деталей машин и инструмента.

Результаты аналитических и экспериментальных исследований, представленных в диссертационной работе:

1) раскрывают физическую природу и механизмы существенно неравновесного взаимодействия дефектов кристаллического строения сплава;

2) дают параметрическое математическое описание неравновесных условий существования дефектной среды металлического сплава;

3) устанавливают особенности поведения точечных, трансляционных и ротационных дефектов в условиях, которые обеспечивают протекание фазового превращения (например, мартенситного) по механизму, отличающемуся от классического; по результатам этих исследований:

4) построены карты механизмов существенно неравновесных превращений в стали;

5) разработан программный продукт для описания поведения элементов дефектной структуры металла на стадии, предшествующей фазовому переходу в существенно неравновесных условиях внешнего воздействия;

6) продемонстрированы возможности разработанной компьютерной модели по прогнозированию тонкого строения и структуры сталей различного состава в процессе обработки КПЭ, и по применению компьютерного моделирования для описания поведения таких структур в условиях износа.

Работа выполнена на кафедре "Физическое и прикладное материаловедение" Донского государственного технического университета.

Основные научные положения работы неоднократно представлялись на международных, всесоюзных, общероссийских, зональных и региональных конференциях и семинарах [9-15,17,24,79,125,164,214-249].

Часть экспериментальных и теоретических результатов диссертации была получена автором при финансовой поддержке из средств федерального бюджета по научно-исследовательским программам и грантам как фундаментального, так и прикладного характера:

- фундаментальных и поисковых работ, финансирование которых осуществлялось Министерством общего и профессионального образования РФ по единому заказ-наряду ДГТУ (1994-2007гг.), в том числе в качестве руководителя работ по программам: шифр 1.014.02Д (2002 г.), гос. per. №01200214179 (2003-04 гг.), гос. per. №01200502879 (2005 г.), гос. per. №01200604244 (2006-07 гг.);

- тематического плана научно-исследовательских работ, проводимых по заданию Федерального агентства по образованию РФ (2005-2007гг.);

- гранта Минобразования РФ по направлению «Технологические проблемы производства авиакосмической техники» (1999-2000гг.);

- грантов Минобразования РФ №Т00-06.2-1055 (2001-2002гг.) и №Т02-06.2-862 (2003-2004гг.)

- гранта №04-03-96806 Российского фонда фундаментальных исследований (2005-2006гг.);

- межотраслевой программы сотрудничества Минобразования России и АО «Автоваз» - код 02.07.005 (2002г.);

- программы Минобразования России «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» (подпрограмма «Производственные технологии», раздел 02 - Лазерные технологии и оборудование, шифр 201.01 код 02.01.030; 2001-2004 гг.);

- гранта Президента для государственной поддержки ведущих научных школ Российской Федерации 2006-2007гг. (Гос. контракт №02.445.11.7449 от 9.06.2006г.)

Разработанные технологические процессы упрочняющей обработки деталей машиностроения и инструментального производства с использованием результатов диссертационной работы апробированы и внедрены со значительным экономическим эффектом на предприятиях металлургического, машиностроительного и оборонного комплексов России: ГПЗ-23 (г. Вологда, 1978-1980 г.г.), ПО "Ростсельмаш" (г. Ростов-на-Дону, 1981 г.), завод

Пирометр" (г. Ленинград, 1983-1986 г.г.), Азовский завод пластмасс (г. Азов, 1996 г.), НИИ "Градиент" (г. Ростов-на-Дону, 1996 г.), АОМЗ (г. Азов, 1998 г.), ОАО «Калужский турбинный завод» (г. Калуга, 2004-2006 г.), Ассоциация «Высокие технологии» (отраслевое внедрение, 2006-2007 г.), ОАО «Тагмет» (г. Таганрог, 2007 г.), Ассоциация «Станкоинструмент» (отраслевое внедрение, 2006-2008 г.).

По теме диссертации опубликована 131 научная работа. Из них в реферируемых центральных изданиях, соответствующих перечню ВАК для докторских диссертаций, - 24 публикации, а также две монографии:

Феноменология мартенситного превращения и структуры стали (в соавторстве с Кудряковым О.В.; Ростов-на-Дону, 2004 г. [2]);

Динамика неравновесных субструктурных процессов в металлах (Ростов-на-Дону, 2007 г. [22]).

Заключение диссертации по теме «Материаловедение (по отраслям)», Варавка, Валерий Николаевич

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

Основная идея выполненной диссертационной работы заключалась в исследовании прикладного аспекта использования методологии динамического анализа для прогнозирования структурных состояний металлических сплавов при их импульсной поверхностной обработке с использованием концентрированных потоков энергии. Главные результаты, полученные по реализации этой идеи направлены на то, чтобы наполнить физическим смыслом и саму методологию и те понятия и результаты, которые её сопровождают. Неравновесность, самоорганизация, фрактальность, аттракторы, диссипативность - терминология, привычная для математика, не всегда имеет адекватное выражение в технических науках и часто остается лишь модной абстракцией. Если в материаловедении при изучении относительно медленного (квазиравновесного) формирования структуры сплавов без этого можно было обойтись, то процессы структурообразования с масштабами порядка 10 си 10~бм уже требуют привлечения более изобретательного исследовательского аппарата из других наук. Система «черного ящика», когда известны только входные параметры и конечные результаты, которая повсеместно царит в традиционном материаловедении при изучении существенно неравновесного структурообразования, малоэффективна, поскольку не позволяет вмешиваться в процесс и управлять им. Поэтому в работе сделана попытка соединения традиционных методов исследования структуры металлических сплавов с математическим аппаратом динамического анализа и возможностями компьютерного моделирования для исследования явлений структурной самоорганизации стали в гипернеравновесных условиях обработки.

В качестве ядра исследуемой динамической системы неравновесного структурообразования рассматриваются вакансионно-дислокационные взаимодействия, роль которых в существенно неравновесных фазовых переходах и структурных превращениях подробно исследована автором в предшествующих опубликованных работах.

Для целей прогнозирования субструктурной эволюции металлического сплава специально создана оригинальная компьютерная программа «ОупБуэ». С ее помощью проведено моделирование и количественный анализ структурообразования в некоторых конструкционных и инструментальных сталях при лазерной, детонационной, индукционной и других видах упрочняющей обработки. На этой основе определены области применимости разработанной прогностической модели. Динамический анализ и моделирование проведены на базе широкого комплекса экспериментальных микроструктурных исследований.

Полученные в рамках динамического анализа результаты, как показано в работе, имеют корреляции с реальным структурообразованием. Это свидетельствует о жизнеспособности предлагаемого аналитического подхода и его перспективности. Вместе с тем он требует совершенствования в описании динамики структурообразующих элементов сплава и расширения динамической системы структурообразования путем учета всего многообразия факторов, которые влияют на фазовые и структурные превращения в сплавах: динамики междислокационных взаимодействий, легирования, рекристаллизационных явлений и т.д.

Важнейшей чертой предлагаемой динамической модели структурообразования является её универсальность. Так, например, физическая природа механизма неравновесных ВДВ, который лежит в её основе, позволяет расширить математическую модель без изменения самого физического механизма. То есть расширение модели и введение в нее, например, дополнительных параметров или компонент представляется как не слишком сложная техническая операция прикладного (преимущественно математического) характера.

Для того, чтобы избежать излишней громоздкости системы и сложности вычислений целесообразно рассматривать отдельные стадии или доминирующие механизмы структурообразования в виде отдельных взаимовлияющих динамических систем. Каждая из них может анализироваться отдельно, как это сделано в настоящей работе для неравновесных ВДВ.

В более общем плане, ВДВ являются тем звеном и аналитическим примером, которые открывают путь к единой теории гипернеравновесных фазовых превращений, обосновывая их физическую природу и связывая вместе различные метастабильные структурные модификации сплава, полученные при разных типах внешнего воздействия на металл. Благодаря этому грандиозная задача материаловедения - прогнозирование и моделирование структуры и свойств метастабильных сплавов обретает реальные перспективы и в ближайшем будущем может перейти уже на стадию прикладных решений: компьютерных моделей, технологических режимов и т.п. На уровне таких субструктурных процессов, как неравновесные ВДВ, под действием различных управляющих параметров реализуются однотипные неустойчивости и бифуркации динамического процесса неравновесного структурообразования, приводящие к самоорганизации металлического сплава в виде, например, структуры «белого слоя», фрагментированных структур или различных типов мартенсита в стали.

Как представляется автору, разрабатываемое направление имеет хорошие перспективы в тех исследовательских вопросах материаловедения, где прямое наблюдение происходящих процессов невозможно. На данный момент времени существует апробированный инструмент для исследования в виде адаптированной методологии динамического анализа и разработанной программы «ОупЗуБ», а главное, есть понимание природы физических процессов, к изучению которых этот инструмент применим.

Итог научных разработок диссертации, соответствующих цели и задачам исследования, можно сформулировать в виде следующих научных результатов и общих выводов (в порядке логики и представления материала в диссертационной работе):

1. На основании комплексных металлофизических исследований показана роль механизма ВДВ в гипернеравновесном структурообразовании и в структурной эволюции стали при импульсном баро-термическом воздействии.

2. На примере импульсной лазерной обработки углеродистых сталей и армко-железа экспериментально показано, что в неравновесных условиях происходит ускорение диффузии углерода в металлическую матрицу за счет потока избыточных вакансий от межфазной границы феррит-цементит.

3. РЭМ-исследованиями деформационных явлений в зоне термического влияния армко-железа установлено, что при импульсном баро-термическом воздействии деформация ферритной матрицы происходит по механизму ЗГП. Об этом свидетельствуют выявленные характерные признаки ЗГП: зернограничные ступеньки, приграничные зоны аккомодации и разворот ферритных зерен.

4. Экпериментально-аналитическим путем найдено, что механизм ЗГП в армко-железе проявляется при сверхскоростном прогреве ферритной матрицы до температур выше 700°С. При этом ЗГП происходит с активным участием вакансий в зернограничных процессах, а степень деформации по механизму ЗГП не превышает 5-6 %.

5. По результатам сканирующей электронной микроскопии проведена аттестация неравновесных структур армко-железа, в формировании каждой из которых при импульсном баро-термическом воздействии доминирующую структурообразующую роль выполняют разные механизмы превращений:

- для фрагментированной структуры - неравновесные ВДВ;

- для игольчатой структуры - сдвиговый механизм классического мартенситного превращения;

- для ультрамелкозернистой структуры - механизм неравновесной жидкофазной кристаллизации.

6. Методом статистического стереологического анализа структуры углеродистой стали в зоне импульсной лазерной обработки выявлено наличие двух четко выраженных размерных групп мартенситных кристаллов - относительно крупных и ультрамелких, что также может рассматриваться как косвенное свидетельство протекания мартенситного превращения по двум различным механизмам - феноменологическому (на базе неравновесных ВДВ) и классическому.

7. Из результатов исследований следует, что углерод препятствует протеканию деформационных процессов в стали по механизму ЗГП, что, в частности, способствует повышению склонности стали к трещинообразованию при импульсном баро-термическом воздействии.

8. Микроструктурными и электронно-оптическими исследованиями углеродистой стали показано, что в областях с мощными температурными п градиентами (>10 град/м), например, на границе зоны лазерного пятна, или в областях с большими градиентами напряжений, например, у берегов трещин, диффузия углерода благодаря сопутствующему вакансионному потоку может ускоряться настолько, что за время порядка Ю-2. 10"'с создаются зоны с заметно отличающейся морфологией мартенсита, в частности, «белые зоны».

9. Анализ явлений пластической деформации в зоне лазерного пятна высокоуглеродистой стали, измеренной по сдвиговым смещениям на пересечении трещин с границей лазерного пятна, дает основания считать величину относительной локальной деформации, предшествующей образованию трещин, не превышающей 2,5 %.

10. Методами сканирующей электронной микроскопии и микрорентгеноспектрального анализа показано, что легирование стали элементами, сильно понижающими ЭДУ (Сг, Мп, N1, Со), подавляет неравновесные ВДВ и исключает тем самым образование квазидиполей, деформацию по механизму ЗГП или образование «белых зон». При этом накопление избыточных вакансий на высокоугловых границах становится разупрочняющим фактором, а упрочнение в таких сталях происходит с участием других механизмов (например, в исследованной стали XI2М - по дисперсионному механизму - за счет формирования когерентных наноразмерных карбидов в аустенитной матрице).

11. На основе большого массива экспериментальных данных по различным видам импульсной баро-термической обработки стали в диссертации аналитическими методами впервые выполнено параметрическое описание неравновесных условий протекания высокотемпературных фазовых переходов, структурообразования и деформации. Определены значения введенных управляющих параметров к и д, характеризующих степень неравновесности процессов при упрочняющей КПЭ-обработке стали. Регулируя вклады термических и деформационных вакансий в механизме неравновесных ВДВ, управляющие параметры Ни ц позволили связать условия обработки стали с его реальным структурообразованием через механизм ВДВ и открыли возможность моделирования структурообразующих процессов.

12. При определении значений деформационного управляющего параметра д методами интерференционного и атомно-силового исследования установлено, что в аустенитной стали при импульсной ЛО величина локальной пластической деформации в плоскости скольжения составляет 1,4-3,9%. Это соответствует величине термических напряжений ст„ действующих в упрочненном слое при ЛО, в пределах 260-990 МПа.

13. С целью моделирования процессов неравновесного структурообразования в диссертационной работе выполнена адаптация математической методики динамического анализа для решения материаловедческой задачи. Причем, всем математическим понятиям (система отображений, её компоненты, коэффициенты и параметры, фазовое пространство, диссипативность отображений, сходимость и расходимость траекторий, аттракторы, протяженность итерационного цикла) придан физический смысл в рамках динамики неравновесных ВДВ как одного из структурообразующих механизмов.

14. Для выполнения компьютерного моделирования процессов неравновесного структурообразования разработано зарегистрированное программное обеспечение - программа «ОупЗуэ».

15. Выполненный в работе при помощи программы «БупЗуБ» количественный динамический анализ неравновесных ВДВ в стали при различных видах импульсного баро-термического воздействия (лазерная и детонационная обработка, обработка ТВЧ с КМП) позволил определить три области фазового пространства с различной динамикой ВДВ - турбулентной, ламинарной и хаотичной (неупорядоченной). Каждая из них возможна при определенном наборе значений управляющих параметров к и д, задающих тип и режим обработки, и определенном наборе значений коэффициентов и компонент системы отображений, задающих исходное состояние материала.

16. Одним из наиболее важных итогов исследования является то, что при помощи динамического анализа удается прогнозировать явления структурной самоорганизации металла при обработке КПЗ. В частности, аттракторная область фазового пространства с турбулентным характером ВДВ при импульсной ЛО соответствует структуре «белого слоя» углеродистых сталей или фрагментированной структуре армко-железа. Таким образом, выявленная итерационным путем динамика ВДВ имеет корреляции с реальным процессом неравновесного структурообразования.

17. В прикладной части исследований экспериментами по лазерному термоциклированию продемонстрировано хорошее соответствие микроструктурных данных результатам компьютерного прогнозирования неравновесного структурообразования для углеродистых сталей и необходимость корректировки и уточнения динамической модели для легированных сталей.

18. В заключительной части работы найдено перспективное направление использования разработанной модели динамического анализа ВДВ для прогнозирования износостойкости стали по структурным разупрочняющим факторам. В частности, показано, что для стали XI2М критерием разупрочнения являются оплавление и вакансионная пористость, которые в рамках модели динамического анализа соответствуют нахождению комплексных границ между областями с турбулентной и хаотичной динамикой ВДВ на фазовом пространстве.

19. Исследования стойкости сталей к динамическому истиранию позволили дифференцировать неравновесные структуры по показателю износостойкости и выявить факторы, обеспечивающие его максимальное значение. Для углеродистой стали это совокупность факторов, объединяющих наследование исходной дефектной структуры, феноменологический механизм фазового перехода у->а, структуру «белых зон», повышение температуры Мн. Этому комплексу отвечает, например, зона импульсной лазерной закалки из аустенитного состояния стали У10, параметры формирования которой достаточно точно определяются с помощью разработанной компьютерной модели.

20. По результатам исследований построены дифференциальные диаграммы (карты) механизмов мартенситного превращения в стали, уточняющие известные диаграммы изотермического распада переохлажденного аустенита в области гиперскоростного охлаждения. Из полученных данных следует, что феноменологический механизм, основной стадией которого являются неравновесные ВДВ, будет все больше доминировать над классическим по мере увеличения содержания углерода в стали, ускорения охлаждения, повышения температуры нагрева и роста дефектности стали.

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Варавка, Валерий Николаевич, 2008 год

1. Варавка В.Н., Домбровский Ю.М., Шабаринов A.B. О структурных эффектах в зоне обработки материалов концентрированными потоками энергии // Вестник ДГТУ, 2003, Т.З, №4(18). С.445-452.

2. Кудряков О.В., Варавка В.Н. Феноменология мартенситного превращения и структуры стали / Ростов-на-Дону: Издательский центр ДГТУ, 2004. 200 с.

3. Варавка В.Н., Бровер Г.И., Русин А.П. Особенности строения и свойств инструментальных сталей после высококонцентрированного нагрева и отпуска // Физика и химия обработки материалов, 1988, №5. С.44-51.

4. Петров Ю. Н. Дефекты и бездиффузионное превращение в стали . Киев : Наукова думка, 1978. 262 с.

5. Ли Дж.С.М. Микромеханизмы деформации и разрушения // Металлические стекла. М: Металлургия, 1984. С. 173-191.

6. Поляков A.A. Дислокационно-вакансионный механизм избирательного переноса // Эффект безызносности в триботехнологии, 1992, №3-4. С.3-11.

7. Кацнельсон A.A., Князева М.А., Олемской А.И., Ревкевич Г.П. Особенности эволюции дефектной структуры при фазовых превращениях // Физика твердого тела, 1997, Т.39, №7. С.1275-1281.

8. Кудряков О.В., Пустовойт В.Н. Феноменология фазовых переходов при образовании «белого слоя» в металлических сплавах // Известия вузов. Сев.-Кавказ. регион. Технические науки. 2000, № 2. С. 32-34.

9. Варавка В.Н. Структура и свойства штамповых сталей после лазерного поверхностного упрочнения. Дисс. . канд. техн. наук. Ростов-на-Дону: ДГТУ, 1999.-250 с.

10. Варавка В.Н., Кудряков О.В., Пустовойт В.Н. Формирование анормальных структур при закритических условиях термической обработки // Изв.вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2005. Спецвыпуск: Проблемы машиностроения (к 75-летию ДГТУ). С.79-85.

11. Варавка В.Н. Динамический анализ эволюции дефектной среды металлического сплава в условиях сверхбыстрого охлаждения // Физика металлов и металловедение, 2006, т. 182, №1. С.5-13.

12. Варавка В.Н., Кудряков О. В. Дифференциальные карты (диаграммы) механизмов мартенситного превращения в Fe-C-сплавах // Упрочняющие технологии и покрытия, 2007, №2 (26). С.10-17.

13. Варавка В.Н. Динамическое прогнозирование структуры металлического сплава при импульсной поверхностной обработке // Упрочняющие технологии и покрытия, 2007, №3 (27). С.32-39.

14. Варавка В.Н. Динамика неравновесных субструктурных процессов в металлах. Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2007. - 150 с.

15. Варавка В.Н., Баранов И.В., Кудряков О.В. Исследование и визуализация дискретных динамических систем // Св. о per. прогр. для ЭВМ №2007612319 от 01.06.2007; заявка №2007611253.

16. Бровер Г.И., Варавка В.Н., Бровер A.B., Комиссаров A.B. Влияние лазерной обработки на свойства стали и сплавов // Современныематериалы и технологии: тез. докл.У Междунар. науч.-техн. конф. Пенза, 2002.

17. Кудряков О.В. Дислокационные квазидиполи и их роль в мартенситном превращении стали // Физика металлов и металловедение, 2002, Т.94, №5. С.3-10.

18. Кудряков О.В., Русин А.П. К вопросу контроля технологических параметров при концентрированном индукционном нагреве // Автоматизация контроля качества в машиностроении: Межвуз.сб.научн.тр. /Ростов-на-Дону: РИСХМ, 1989. С.79-89.