Многомасштабные структурные изменения монокристаллов стали Гадфильда при сухом трении скольжения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Новицкая Ольга Сергеевна

• Новицкая Ольга Сергеевна
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Новицкая Ольга Сергеевна

ВВЕДЕНИЕ

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Основные научные результаты изучения физической природы деформации и упрочнения стали Гадфильда

1.2 Изучение деформационных процессов при активной деформации и трении на ГЦК монокристаллах

1.3 Особенности деформации при трении

1.4 Изнашивание при трении

1.5 Постановка задачи

2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Материал для исследования и подготовка образцов

2.2 Методика испытаний на трение

2.3 Структурные методы исследования

2.4 Испытания на микротвердость и скретч-тестирование

2.5 Методика количественной обработки результатов исследования

3. РАЗВИТИЕ ДЕФОРМАЦИИ В ПРИТОРЦЕВОЙ ЗОНЕ

3.1 Анализ деформации и напряжений для образцов с кристаллографической ориентацией оси нормальной нагрузки [001] и силы трения [110]

3.2 Анализ деформации и напряжений для образцов с кристаллографической ориентацией оси нормальной нагрузки [111] и силы трения [21 1]

3.3 Анализ деформации и напряжений для образцов с кристаллографической ориентацией оси нормальной нагрузки [110]

и силы трения [001] и [110]

3.4 Эволюция деформационного рельефа в процессе трения

3.5 Анализ деформации и напряжений при микроиндентировании монокристаллов стали Гадфильда

Заключение к главе

4. СТРУКТУРНЫЕ И КРИСТАЛЛОГРАФИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ В ПРОЦЕССЕ ТРЕНИЯ

4.1 Переориентация образцов с кристаллографической ориентацией оси нормальной нагрузки [001] и трения [110]

4.2 Переориентация образцов с кристаллографической ориентацией оси нормального давления [111] и трения [211]

4.3 Переориентация образцов с кристаллографической ориентацией оси нормальной нагрузки [110] и силы трения [001] и [110]

4.4 Структурные изменения вблизи поверхности трения

4.5 Оценка уровня напряжения градиентных структур при трении

Заключение к главе

5. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ТРЕНИЯ И ИЗНОСА

5.1 Анализ поверхности трения и морфологии частиц износа

5.2 Характеристики процесса трения и изнашивания монокристаллов

5.3 Эмпирическая схема процесса износа монокристаллов стали Гадфильда при сухом трении скольжения

5.4 Формирование деформационного рельефа стали Гадфильда в опытах на скретч-тестирование

Заключение к главе

ВЫВОДЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Многомасштабные структурные изменения монокристаллов стали Гадфильда при сухом трении скольжения»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Среди направлений физики конденсированных сред особое место принадлежит материалам с оптимальными механофизическими свойствами. В настоящее время одним из привлекательных материалов являются высокомарганцевые стали. Ярким представителем таких сталей является сталь Гадфильда, объединяющая в себе комплекс уникальных свойств: износостойкость, прочность, способность к деформационному упрочнению. Это делает ее незаменимым материалом для деталей, работающих на износ и удар одновременно. Управление процессами структурных превращений, повышающих износостойкость пар трения, одна из ключевых задач повышения эффективности работы трибосопряжений.

Исследование закономерностей развития пластической деформации при трении осложнено многогранной природой процесса трения, которая определяется неоднозначным влиянием множества явлений, происходящих в зоне трения (интенсивное тепловыделение в пятнах контакта, образование и отделение частиц износа, «stick-slip» эффект, фрагментация поверхностного и приповерхностного слоев и др.). Эти явления изменяют условия протекания процесса трения и величину коэффициента трения, что в свою очередь изменяет условия нагружения в зоне трибоконтакта, порождая неоднородность деформации.

Для фундаментального понимания природы развивающихся при трении деформационных процессов экспериментальные исследования лучше проводить на монокристаллах. Причиной тому является возможность управления действующим механизмом деформации и количеством систем скольжения за счет выбора определенной кристаллографической ориентации и направления приложенной нагрузки.

Степень разработанности. Изучению механизмов, ответственных за высокие прочностные характеристики стали Гадфильда, посвящен ряд исследований под руководством ученых из России: М.А. Штремель, Л.Г.

Коршунов, И.Н. Богачев, С.Д. Каракишев, Ю.И. Чумляков, Ю.Ф. Иванов, А.В. Колубаев, Е.А. Колубаев и др. и из-за рубежа: B. Hutchinson, N. Ridley, I. Karaman, D. Canadinc, Y.N. Dastur, P. Chowdhuru, H. Sehitoglu, M. Abbasi и др.

Были проведены обширные исследования микроструктуры, чтобы установить картину механизма деформации, лежащего в основе эффекта упрочнения этого материала [1-5]. Эти открытия были подкреплены современными методами, такими как цифровая корреляция изображений, дифракция обратно отраженных электронов (EBSD - electron backscatter diffraction - дифракция обратно отраженных электронов).

Изначально механизм упрочнения стали Гадфильда связывали исключительно с мартенситным превращением [6]. Другой причиной считается взаимодействие движения дислокаций с дефектами упаковки [2-3, 7-8]. Кроме того, в работах [9-10] быстрое деформационное упрочнение связывают с динамическим старением (переориентация углеродных членов пары Mn-C в ядрах дислокаций).

Для исследования фундаментальной природы деформационного поведения материалов при различных условиях физико-механического воздействия часто используют монокристаллы. В работах [2, 4, 11-12] показано, что, изменяя кристаллографическую ориентацию монокристаллов стали Гадфильда можно управлять механизмами деформации при одноосном нагружении. Однако, при трении скольжения на образец действуют две силы - нормального давления и трения, которые направлены вдоль вертикальной и горизонтальной осей образца, соответственно. Такая схема нагружения осложняет оценку действующих на образец нагрузок и анализ его деформационного поведения.

Таким образом, одновременный учет роли кристаллографической ориентации и влияния схемы сложного нагружения при трении является актуальным методом исследования состояния трибосопряжения, который будет применим для получения новых научных сведений о механизмах деформации и разрушения материалов в условиях сухого трения скольжения.

Целью работы является установление закономерностей многомасштабных структурных изменений в стали Гадфильда при учете кристаллографической ориентации и схемы напряженного состояния в условиях сухого трения скольжения. Для решения намеченной цели и с учетом комплексного подхода для ее достижения были поставлены следующие задачи:

1. Изучить активацию систем сдвига в условиях сложного нагружения для монокристаллов выбранных кристаллографических ориентаций.

2. Исследовать закономерности развития поверхностного рельефа и приповерхностной переориентации монокристаллов стали Гадфильда с различной кристаллографической ориентацией.

3. Проанализировать характер процесса сухого трения скольжения монокристаллов стали Гадфильда с различной кристаллографической ориентацией.

4. Установить влияние кристаллографической ориентации и схемы напряженного состояния на процессы трения и износа.

Научная новизна. Апробирован методологический подход к многоуровневому анализу структурных изменений при сухом трении скольжения ГЦК монокристаллов с учетом неоднородности схемы напряженного состояния у поверхности трения.

Показано, что сложная схема напряженного состояния нивелирует предпочтительный вклад одного из двух механизмов деформации стали Гадфильда (скольжения и двойникования), выявленных при одноосных испытаниях. При испытаниях на трение оба механизма деформации работают без явного предпочтения.

Установлен циклический характер изменения трения и износа для большинства исследованных ориентаций монокристаллов. Процесс трения заключается в последовательных стадиях упрочнения и разрушения материала повторяющихся неоднократно. Величины износа хотя и зависят от кристаллографической ориентации, но не определяют предпочтительное действие одного из двух рассмотренных механизмов.

Переориентация монокристаллов в процессе трения приводит к перераспределению напряжений в действующей системе сдвига и способствует активизации новых систем скольжения и двойникования.

Отдельными исследованиями показаны эволюция субструктуры в приторцевой зоне и развитие разориентаций на поверхности трения и по мере удаления от нее.

Теоретическая и практическая значимость работы. В работе развиты представления в области исследований монокристаллов (с различной кристаллографической ориентацией) в условиях сложнонапряженного состояния. Получены теоретические и экспериментальные данные, которые позволили выявить новые закономерности деформации и разрушения стали Гадфильда в условиях сухого трения скольжения. Установленные закономерности позволяют использовать данные, полученные на монокристаллах для анализа поведения поликристаллической стали Гадфильда с известной текстурой.

Методология и методы диссертационного исследования. В основу научной гипотезы и методологии диссертационной работы положены физические процессы (деформация, нагрев, износ и др.), протекающие при сухом трении скольжения в износостойких ГЦК материалах, представителем которых является сталь Гадфильда.

Для деформации монокристаллических образцов стали Гадфильда выбран метод сухого трения скольжения. Для исследований полученных образцов использованы современные методы изучения свойств и структуры, такие как электронная растровая микроскопия, с использованием приставки для дифракции отраженных электронов (EBSD) для определения ориентации микрообластей, и просвечивающая микроскопия, конфокальная лазерная сканирующая микроскопия, измерение микротвердости, механические испытания (скретч-тестирование).

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Совокупность расчетных и экспериментальных данных, указывающих на то, что в условиях одновременного действия сил нормальной нагрузки и трения

отсутствует ориентационная зависимость предпочтительной реализации деформации механизмом скольжения или двойникования.

2. Экспериментальные доказательства цикличности развития деформации в приторцевой области и разрушения монокристаллов стали Гадфильда при сухом трении скольжения.

3. Закономерности изменения структуры монокристаллов стали Гадфильда при сухом трении скольжения, которые заключаются в переориентации макро-, мезо- и микрообластей и активизации новых систем сдвига.

Степень достоверности результатов исследования обеспечена использованием современных стандартизированных методов и применением высокоточных сертифицированных приборов, комплексного многоуровневого подхода к исследованиям, применением калибровки на эталонных объектах, а также повторяемостью выявленных закономерностей.

Личный вклад автора состоит в получении и анализе результатов, представляемой к защите работы, в совместной с научным руководителем постановке цели и задач исследования, формулировке выводов и положений, выносимых на защиту, написании статей по теме диссертации.

Апробация работы. Основные положения и результаты работ, составляющих содержание диссертации, обсуждались на конференциях всероссийского и международного уровня, таких как международная конференция "Перспективные материалы с иерархической структурой для новых технологий и надежных конструкций" (Томск, 2016, 2017, 2018, 2019), Всероссийской конференции с международным участием «Актуальные проблемы метода акустической эмиссии» (Тольятти, 2018),УШ Международная конференция «Деформация и разрушение материалов и наноматериалов» (Москва, 2019), XVI международная школа-семинар «Эволюция дефектных структур в конденсированных средах» (Барнаул, 2020), международная конференция «Физическая мезомеханика. Материалы с многоуровневой иерархически организованной структурой и интеллектуальные производственные технологии» (Томск, 2020, 2021), международная конференция «Актуальные

проблемы прочности» (Тольятти, 2021), международная конференция «Физическая мезомеханика материалов. Физические принципы формирования многоуровневой структуры и механизмы нелинейного поведения» (Томск, 2022).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 статей, из которых 4 [13-16] опубликованы в изданиях первого квартиля (Q1), индексируемых в базах данных Scopus и WoS, 1 публикация в журнале, рекомендованном ВАК [17] и 2 в прочих научных изданиях [18-19].

Соответствие диссертации паспорту специальности. Диссертационная работа по своим целям, задачам, содержанию, методам исследования и научной новизне соответствует п. 1 паспорта специальности (п. 1. «Теоретическое и экспериментальное изучение физической природы свойств металлов и их сплавов, неорганических и органических соединений, диэлектриков и в том числе материалов световодов, как в твердом, так и в аморфном состоянии в зависимости от их химического, изотопного состава, температуры и давления») 1.3.8. - физика конденсированного состояния.

Работа выполнена в рамках государственного задания ИФПМ СО РАН, проект III.23.2.4, а также при финансовой поддержке гранта РФФИ № 16-08-00377_а, НШ-1174.2022.4 и гранта Президента Российской Федерации (Грант № НШ-1174.2022.4, соглашение 075-15-20220-797).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных выводов по работе, списка литературы из 219 наименований. Работа изложена на 169 страницах текста, содержит 94 рисунка и 14 таблиц, 2 приложения.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

В данной главе рассмотрена история исследования стали Гадфильда, показана актуальность ее дальнейшего изучения при трении и новизна планируемых результатов и выводов диссертационного исследования. Основное внимание уделено литературным источникам в ключе проводимых автором исследований.

1.1 Основные научные результаты изучения физической природы деформации и упрочнения стали Гадфильда

Сплавы на основе железа и марганца выделяются благодаря своему необычному сочетанию механических свойств: прочности и пластичности. Их объединяют схожие механизмы деформации. Появление и изучение сплавов Fe с Mn началась более 100 лет назад. В течение последних десятилетий ученые материаловеды и металлофизики подробно изучили микроструктурные характеристики, их взаимосвязь со свойствами, влияние легирования и перспективные направления улучшения свойств этих сплавов. Сплавы Fe с Mn представляют собой несколько важных классов материалов с уникальными механическими характеристиками, что делает их привлекательными для различных применений в промышленности [7, 20-21]. Обращает на себя внимание группа сталей, в которой альтернативным механизмом скольжению является двойникование - это высокомарганцевые TWIP-стали (TWIP - twinning-induced plasticity - пластичность, обусловленная двойникованием). Они находят широкое применение в основном в автомобильной промышленности при изготовлении шасси, благодаря сочетанию высокой прочности и пластичности [22].

В 1882 году в Англии появилась высокоуглеродистая сталь с 13 -14% марганца, получившая название стали Гадфильда по имени своего разработчика Роберта Гадфильда [23]. Сталь Гадфильда - аустенитная сталь, демонстрирующая чрезвычайно высокую износостойкость при сравнительно небольшой твердости,

используется в горнодобывающей промышленности в оборудовании, работающем на износ в условиях трения, при изготовлении гусеничных треков и ковшей экскаваторов, железнодорожных крестовин [1, 24-28]. Такие привлекательные эксплуатационные свойства стали Гадфильда обусловлены ее механическими свойствами (таблица 1).

Таблица 1.1 - Механические свойства стали Гадфильда (1,0-1,4% мас. С, 10-14% мас. Мп) [9]

Условный предел текучести 0,2% 380 МПа

Предел прочности 960 МПа

Относительное удлинение 50%

Относительное сужение 40%

Начальная твердость в исходном 190 НВ

состоянии

Твердость после воздействия 500 НВ

холодной деформации

Плотность 7820 кг/м3

Допускается состав стали Гадфильда в диапазоне 1,0-1,4 мас. % углерода и 10,0-14,0 мас. % марганца. Изменение содержания углерода в диапазоне состава стали Гадфильда не обеспечивает существенного изменения относительного удлинения [29]. Однако передел прочности и пластичность увеличиваются с увеличение содержания марганца, несмотря на то что увеличение содержание марганца в пределах 10,0-14,0 мас. % не приводят к увеличению предела текучести [30].

Самые ранние исследования структуры поликристаллов аустенитных сталей, относящиеся к 1969 году, показали, что при одинаковой степени деформации блоки мозаики стали Гадфильда дробятся в большей степени, чем в других аустенитных сталях [31]. Уникальные свойства стали Гадфильда, обусловливающие ее высокие эксплуатационные характеристики, а также природа ее упрочнения вызвали большой интерес научной общественности. В дальнейшем исследованием этой стали были посвящены многочисленные работы

российских ученых металловедов и металлофизиков [2,8, 32-59] и зарубежных [3, 5, 9, 11-12, 24, 60-76]. Эти работы рассматривают поведение стали Гадфильда как при активной пластической деформации, так и при испытаниях на усталость и трение; объектами исследований выступают как монокристаллы, так и сталь в поликристаллическом состоянии. Работы имеют разную степень детализации и акценты на разных моментах.

Первой теорией упрочнения стали Гадфильда явилась мартенситная теория. По ней главной причиной упрочнения считалось образование а-мартенсита по линиям скольжения [70]. Авторы работы [77] предполагали, что а-фаза образуется путем сдвига решетки аустенита по плоскостям (111) и (311). В тоже время в работе [78] было установлено, что максимальный прирост количества а-фазы не соизмерим с максимальным приростом твердости, и главная роль при упрочнения связана с изменениями в тонкой кристаллической структуре. Распад аустенита при определенных температурных и деформационных условиях предполагает образование а-фазы, но в условиях износа не является основополагающим. Также существует ряд исследований [9, 79-80], в которых есть подтверждение того, что аустенитная структура сохраняется в стали Гадфильда даже в условиях больших пластических деформаций. В работе [80], где изучались структурные изменения стали Гадфильда в процессе сухого трения скольжения, показано, что сталь сохранила свою аустенитную структуру без каких-либо обнаруживаемых признаков мартенситного превращения, вызванного деформацией.

В работе [81] показано, что возникновение мартенсита деформации создает благоприятные условия для протекания преимущественно усталостного механизма изнашивания. Сам процесс образования микротрещин малохарактерен для стали Гадфильда. В работе [82], на примере железнодорожной крестовины из марганцовистой стали Гадфильда, бывшей в эксплуатации в течении 5 лет показано, что сеть трещин преимущественно распространяется через области, свободные от двойникования, поскольку они относительно мягче по сравнению с двойниковыми областями. Разрушение стали Гадфильда ускоряется, по-видимому,

благодаря адгезионному взаимодействию данной стали с контртелом, вследствие чего происходит отделение микрообъемов с поверхности трения.

В работе [77] по исследованию упрочнения и характера разрушения поверхности стали Гадфильда авторами отмечен факт, что мартенсит полностью отпускается при 200°С, что является важным фактором для измерения структурных изменений при трении.

До конца не изучена роль карбидов в упрочнении стали Гадфильда при деформации. Существуют исследования в которых утверждается, что карбиды играют едва ли не основную роль в упрочнении [83-84]. В работе [85] изучено влияние термообработки на снижение образования карбидов в процессе литья стали Гадфильда. Образцы, обработанные при 1050°С в течение 2,5 часов, обладают высокой пластичностью и прочностью на растяжение, а также хорошей ударопрочностью. Также при этой температурной обработке было достигнуто улучшение коррозионной стойкости отливок из-за растворения карбидов. Однозначного мнения о природе образования карбидов на данный момент нет: образуются ли эти карбиды при отпуске мартенсита или являются продуктами распада аустенита - неизвестно.

Первыми, кто связал деформационное упрочнение стали Гадфильда с динамическим деформационным старением были Дастур и Лесли [9]. В своем исследовании поликристаллов стали Гадфильда на растяжение при низких температурах (25°С) они наблюдали низкие скорости упрочнения при активном двойниковании, при повышении температуры (до 300°С) - высокие скорости деформационного упрочнения без образования двойников. Исходя из экспериментальных наблюдений, они предложили теоретическое объяснение деформационного упрочнения: атомы С в С-Мп кластерах взаимодействуя с дислокациями вызывают высокую плотность их сплетения, что усиливает поле напряжений ближнего порядка. В работе [86] объясняется модель механизма динамического деформационного старения и его контролирующие факторы с точки зрения взаимодействия Мп-С и разделения дислокаций, а также объясняется

влияние динамического деформационного старения на механические свойства стали Гадфильда.

Концентрация напряжений формируется из-за скопления дислокаций в первичной плоскости скольжения вблизи барьеров типа барьера Ьотег-СоШ"е11 [2]. Формирование дефектов упаковки внедрения приводит к прерыванию пути движения дислокаций и увеличению скорости деформационного упрочнения [87].

Результаты сравнительно недавних исследований [64, 88] показали, что при высокоскоростном сжатии стали Гадфильда формирование вторичных и третичных наноразмерных двойников способствует дополнительному деформационному упрочнению за счет диссипации большей энергии, которую невозможно рассеять только за счет первичного двойникования или скольжения дислокаций [89]. Авторы [88] также отмечают изменение средней дистанции между дислокациями скольжения в параллельных системах, также проявляющееся как изменение ширины линий скольжения, в местах пересечения дислокациями границ двойников. В результате формирования вторичных двойников уменьшается средняя длина свободного пробега дислокаций и увеличивается энергетический барьер препятствующих движению дислокаций. Однако множественное двойникование также позволяет реализовать дислокациям достижения более высоких энергетических уровней [90-91], которые при перерезании дислокацией границы двойников способствуют её разделению на частичные Шокли. Аналогичные наблюдения были отмечены в работах [69, 89].

Детальные исследования деформационного поведения стали Гадфильда показали, что двойникование, скольжение, двойникование внутри первичных двойников, полосы скольжения внутри двойников и пустоты могут образовываться при деформации при различных температурах испытаний. Ранее сообщалось, что две доминирующие системы двойникования и скольжения дислокаций могут быть активны при пластической деформации монокристаллов стали Гадфильда в случаях одноосного растяжения [4] и сжатия [5].

В работах И. Карамана и др. подробно описаны механические характеристики и микроструктура монокристаллов стали Гадфильда в зависимости от кристаллографической

ориентации [12, 62]. На рисунке 1.1 обобщены данные о взаимосвязи механизма деформации и кристаллографической ориентации монокристаллов с направлением нагрузки.

Рисунок 1.1 - Кривые напряжение-деформация, механизмы деформации монокристаллов стали Гадфильда в зависимости от кристаллографической

ориентации и нагрузки [12]

Растяжение (111)- и сжатие (001)- монокристаллов приводит к деформации двойникованием. Скольжение является преобладающим механизмом деформации при растяжении (001)- монокристаллов, а также (111) - монокристаллов при сжатии. Для ориентации (123)- монокристаллов скольжение является управляющим механизмом, как для растяжения, так и для сжатия (рисунок 1.2).

Рисунок 1.2 - ПЭМ - исследования деформационной микроструктуры монокристаллов стали Гадфильда [12]

Кроме того, в работе [38] показано, что интенсивная пластическая деформация монокристаллов стали Гадфильда при кручении под высоким давлением (в случае высоких скоростей деформации) также способствует развитию двух активных систем двойников.

В работе [92] деформация и деформационное упрочнение вследствие скольжения дислокаций и двойникования в сталях Гадфильда исследованы с помощью модели кристаллической пластичности. Также известно, что в стали Гадфильда проявляется зависимость от скорости деформации, которая возникает из-за комбинированного эффекта поведения скольжения и двойникования [93]. Высокие скачки скорости деформации способствуют двойникованию в ориентациях монокристаллов, которые склонны к двойникованию, образуя сильно двойникованные зерна в поликристалле.

В результате взаимодействия этих систем двойников формируются барьеры, препятствующие движению дислокаций на пересекающихся плоскостях, что приводит либо к частичному раздвойникованию за счет продвижения частичных дислокаций вдоль границы двойниковой области, либо к продвижению дислокаций в двойниковую область [94-97].

Особое внимание уделено в последнее время легированию стали Гадфильда, что является общепризнанным методом для повышения прочности при производстве сталей [98-101]. Так, убедившись в положительном влиянии Мп, Ю. И. Чумляков с соавторами в своих исследованиях на монокристаллах аустенитных нержавеющих сталей рассматривает эффекты упрочнения, вызванные добавлением азота [102-103]. Канадинк и др. [104] исследовали монокристаллы стали Гадфильда при сжатии с разной кристаллографической ориентацией, легированные 0,05 мас. % и 1,06 мас. % азота.

В работе [105] исследовали влияние концентрации азота на свойства стали Гадфильда в поликристаллическом состоянии. Легирование алюминием монокристаллов стали Гадфильда исследовали в работах [47-48, 106]. В поликристаллических образцах повышенное содержание А1 приводит к

повышению энергии дефекта упаковки, что в свою очередь приводит к подавлению двойникования [107].

Немалую роль в упрочнении аустенитной марганцовистой стали при деформации играет изменение тонкой кристаллической структуры аустенита. Изучение рельефа скольжения позволило авторам работы [8] выявить следующие особенности: в исследованных образцах в процессе растяжения включение одной системы скольжения прекращало работу первой, в результате упрочнение достигалось такое же, как в ГЦК-сплавах при множественном скольжении (хотя скольжение продолжалось в одной системе). В работе [108] при изучении поверхности изнашивания стали Гадфильда непосредственно после эксплуатации деталей черпающего аппарата золотодобывающей драги наблюдали нарушение сплошности в виде микропор и «рыхлой» поверхности. Деформация в цикле складывалась из перемещений и поворотов отдельных микроучастков, на которые дробилась поверхность. По мнению авторов [108], в слоях металла происходит сложное взаимодействие элементов в поверхностном слое, структурные и фазовые превращения. Кроме того, в приповерхностных слоях возникают сложные поля напряжений. Напряженно деформированное состояние и явление усталости при переменных нагрузках имеют свои особенности, которые влияют на износ.

В работе [66] исследовано деформационное поведение и усталостные характеристики поликристаллической стали Гадфильда в условиях низкой и высокой циклической усталости. Авторы обнаружили, что при низких амплитудах деформации происходит циклическое упрочнение стали Гадфильда, за которым следует разупрочнение при достаточном насыщении напряжений. В то время как при высокой амплитуде деформации область насыщения отсутствует и разупрочнение сопровождается разрушением образца. Основные деформационные субструктуры марганцевой стали Гадфильда были представлены дислокационными ячейками. Причем развивающаяся дислокационная ячеистая структура была получена при самой низкой амплитуде деформации (а, на рисунке 1.3), а хорошо развитая ячеистая структура была получена при средней и высокой амплитуде деформации (б и в, рисунок 1.3).

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Новицкая Ольга Сергеевна, 2023 год

(111) [110] [112] - - - -

[101] [211] 0,58 0,58 1,05 2,02

[011] [121] 0,58 0,58 2,02 1,05

(111) [110] [121] - - 0 0

[011] [112] 1,15 1,15 0 0

[101] [211] 0,58 0,58 0 0

Плоскость сдвига Плотно-упакованное направление Напряжение от силы [4 1 12], (тск, МПа) Напряжение от силы (тск, МПа) Напряжение от силы [1 10 16], (тск, МПа) Напряжение от силы [313], (тск, МПа)

[101] 418 20 165 0

(111) [011] 679 265 286 590

[110] 261 245 121 590

[011] 345 41 236 59

(11!) [101] 502 449 668 177

[110] 157 490 432 118

[110] 178 184 382 413

(111) [101] 474 92 636 0

[011] 652 92 255 413

[110] 73 61 71 59

(111) [011] 317 398 204 118

[101] 390 337 134 177

Таблица Б.11 -Номинальные действующие напряжения сдвига для двойникования

от силы нормальной нагрузки (отпечаток №4)

Плоскость сдвига Вектор Бюргерса частичной дислокации Напряжение от силы [4 1 12], (тдв, МПа) Напряжение от силы (тдв, МПа) Напряжение от силы [1 10 16], (тдв, МПа) Напряжение от силы [313], (тдв, МПа)

[211] 91 130 25 341

(111) [112] 634 165 260 341

[121] 543 294 235 682

[211] 380 542 635 170

(111) [121] 109 306 113 34

[112] 489 236 522 136

Плоскость сдвига Вектор Бюргерса частичной дислокации Напряжение от силы [4 1 12], (тдв, МПа) Напряжение от силы р7^ (тдв, МПа) Напряжение от силы [1 10 16], (тдв, МПа) Напряжение от силы [313], (тдв, МПа)

(111) [112] 650 0 514 239

[211] 171 159 588 239

[121] 479 159 73 477

(111) [121] 141 265 159 34

[112] 408 424 195 170

[211] 268 159 36 136

Таблица Б.12 -Отношение напряжения двойникования к напряжению скольжения

(отпечаток №4)

Плоскость сдвига Плотно-упакованное направление Вектор Бюргерса частичной дислокации тдв / тск для нагрузки [4 1 12] тдв / тск для нагрузки [576] тдв / тск для нагрузки [1 10 16] тдв / тск для нагрузки [313]

[101] [211] 0,22 6,35 0,15 _

(111) [011] [112] 0,93 0,62 0,91 0,58

[110] [121] 2,08 1,20 1,94 1,15

[011] [211] 1,10 13,28 2,69 2,89

(111) [101] [121] 0,22 0,68 0,17 0,19

[110] [112] 3,12 0,48 1,21 1,15

[110] [112] 3,66 _ 1,35 0,58

(111) [101] [211] 0,36 1,73 0,92 _

[011] [121] 0,73 1,73 0,29 1,15

[110] [121] 1,92 4,33 2,25 0,58

(111) [011] [112] 1,29 1,07 0,95 1,44

[101] [211] 0,69 0,47 0,27 0,77