Развитие рентгеновского дифракционного метода исследования специальных границ в ОЦК-металлах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.07, кандидат физико-математических наук Яковлева, Татьяна Петровна

• Яковлева, Татьяна Петровна
• кандидат физико-математических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Яковлева, Татьяна Петровна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 Литературный обзор

ГЛАВА

Материалы для исследования: динамная сталь, сталь для глубокой вытяжки, свойства, текстура.

ГЛАВА

Текстура ромбических РСУ на зернах (112) листовой стали

ГЛАВА

Рентгеноструктурные исследования ромбоэдрических РСУ <111> листовой стали

ГЛАВА

Текстура моноклинных специальных границ холоднокатаного стального листа

ГЛАВА

РСУ с осями разориентировок, не совпадающими с нормалями к плоскости листа

ГЛАВА

Исследование специальных разориентировок в листовой стали для глубокой вытяжки в холоднокатаном и отожженном состоянии.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Развитие рентгеновского дифракционного метода исследования специальных границ в ОЦК-металлах»

Один из основных видов продукции металлургических предприятий металлопрокат является сложной поликристаллической системой, в состав которой входят как сами зерна, так и межзеренные границы. Анизотропия кристаллического строения поликристаллических материалов определяет их физико-механические свойства. Формирование кристаллографической текстуры металлопроката происходит непрерывно на всех технологических переделах производства. Заключительные стадии производства листового проката - рекриеталлизационный отжиг и дрессировка - задают окончательную текстуру, определяющую высокие физико-механические свойства. Многочисленные исследования микроструктуры позволили получить технологические решения по управлению анизотропными свойствами проката в условиях производства. Дальнейшее изменение технологии в сторону выпуска продукции с заданными повышенными свойствами требует контроля тонкой структуры, в том числе граничных ансамблей, создающихся в процессе формирования текстуры. Большое число работ по исследованию межзеренных границ, в том числе специальных, обладающих особыми физическими свойствами, не нашло своего практического применения в решении производственных задач.

Существующие методы исследования границ неприемлемы в условиях непрерывного производства из-за трудоемкости и больших временных затрат. В частности, метод локальной рентгеновской дифрактометрии накладывает условия на размер зерна >0,2 мм, в то время как размер зерна динамной стали порядка 100-125 мкм, а сталь для глубокой вытяжки имеет размер зерна 15-30 мкм. Для набора статистических данных в этом случае требуется огромное количество времени. В методах электронной микроскопии кроме длительности набора данных накладываются трудоемкость изготовления образцов и их дефектность при длительном использовании. Вследствие локальности эти методы не дают общей взаимосвязанной картины строения границ данного материала, что делает невозможным применение их в развитии технологии изготовления высококачественной продукции металлургического производства.

Основные трудности в исследовании граничных ансамблей связаны с методикой проведения эксперимента. Поэтому разработка нового рентгеновского интегрального метода исследования специальных границ явилась результатом необходимости решения проблем, возникших на данном этапе развития производства и современного металловедения. Рентгеновский дифракционный метод исследования специальных границ поликристаллов, в том числе и с мелким зерном, позволяет анализировать специальные разориентировки и их относительные доли, то есть проводить аттестацию тетрагональных, гексагональных и ромбических РСУ в текстурованных листовых материалах [74, 144].

В диссертационной работе изложено развитие нового рентгеновского дифракционного метода исследования специальных границ ОЦК - металлов. Метод заключается в съемке одного кольца (ßhki - профиля) прямой полюсной фигуры (ППФ) в системе внешних осей образца накоплением импульсов за 20 секунд с шагом сканирования по ß 1°. Угол дифракции G для характеристического излучения и угол а рассчитываются для (hkl) решеток совпадающих узлов (РСУ) в основных компонентах текстуры. Последующий анализ интенсивности и положения текстурных максимумов ßh)d- профиля позволяет выполнить качественную и количественную оценку специальных разориентировок.

Развитие рентгеновского дифракционного метода исследования специальных границ ОЦК - металлов направлено на исследование РСУ ромбической сингонии на компоненте текстуры (112), ромбоэдрической РСУ на компоненте (111) и моноклинной РСУ на компонентах (113) и (115). В текстурованном листовом металлопрокате компоненты текстуры: (113)<UVW>, (115)<UVW> в плоскости листа играют важную роль в текстурах деформации и отжига. Особый интерес представляет рассмотрение РСУ с осями разориентирок, отклоняющимися от нормали к плоскости листа. Явная методическая простота нового метода и существующие возможности автоматизации обработки результатов делают возможным его широкое применение в условиях заводских лабораторий.

В связи с этим представляется актуальным дальнейшее развитие нового интегрального дифракционного метода определения ансамблей специальных границ зерен поликристаллического материала, не ограниченного размером зерна, способного выявлять характерные особенности разориентаций в текстурованном металлопрокате. Необходимость дальнейшего развития предлагаемого метода обусловлена не только экспериментальной доступностью и возможностью исследовать зернограничные ансамбли, что особенно важно для промышленных материалов, но также и тем, что интегральный рентгеновский метод реперной дифракции позволяет сформировать полную картину разориентировок зерен.

Научная новизна диссертационной работы заключается в развитии нового рентгеновского дифракционного метода исследования специальных границ в ОЦК -металлах:

• качественная и количественная оценки текстуры низкосимметричных РСУ как на основных, так и на второстепенных компонентах текстуры,

• исследование разориентировок, оси которых отклоняются от главных внешних направлений прокатки,

• расширение возможностей метода обратных полюсных фигур в получении информации о разориентировках зерен в металлопрокате.

• анализ специальных разориентировок в поверхностных и центральных слоях стали для глубокой вытяжки в холоднокатаном состоянии и в состоянии после отжига и дрессировки.

Практическая значимость работы состоит в применении нового рентгеновского дифракционного метода в исследованиях специальных разориентировок в производстве холоднокатаного листа и оценке формирования их текстуры в сталях для глубокой вытяжки после отжига и дрессировки. Работа расширяет представления о влиянии текстуры зерен и границ на физико-механические свойства листового металлопроката, что позволяет совершенствовать технологию листовых сталей разного назначения.

На защиту выносятся следующие основные положения и результаты:

1. Рентгеновский дифракционный метод исследования специальных границ с осями разориентировок <111>, <112>, <113>, <115> в направлении нормали к плоскости листа и с осями разориентировок, отклоняющихся от главных внешних направлений. В основе данного метода лежит понятие репера - параллельных плоскостей в соседних зернах с кратными межплоскостными расстояниями, выходящих в отражающее положение при установке параметров съемки ППФ РСУ.

2. Ориентационные соотношения ромбических, ромбоэдрических и моноклинных РСУ и образующих их зерен. Расчет межплоскостных расстояний ё и параметров съемки (© и а).

3. Формулы преобразования индексов плоскостей РСУ 2 1 рассматриваемых сингоний в систему кубического кристалла, способы определения местоположения полюса (Ш) РСУ Е-уаг на стандартных проекциях кубической системы и азимутального расхождения между (Ш) РСУ и соответствующим репером (НКЬ), находящихся на кольце радиуса а.

4. Расчет ориентаций РСУ по максимумам экспериментальных [3-профштей. 6

5. Определение методами обратных и прямых полюсных фигур специальных границ с отклоненными от нормали к плоскости листа осями разориентировок <1ту>, образующих в плоскости листа когерентные разориентации <рцг>.

6. Результаты исследований методом реперной дифракции индивидуальных ориентировок и спектров разориентаций РСУ на разных компонентах текстуры холоднокатаной и отожженной стали с различными параметрами технологии, анализ влияния этих характеристик на штампуемость стали.

7. Результаты дифракционных исследований текстуры и специальных разориентировок стального листа, полученного из слитка и непрерывнолитого сляба.

Заключение диссертации по теме «Физика конденсированного состояния», Яковлева, Татьяна Петровна

10. Результаты исследования текстуры зерен и специальных границ использованы при разработке технологий производства листовой стали разного назначения.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Яковлева, Татьяна Петровна, 2000 год

1. Орлов А.Н., Перевезенцев В.Н.,Рыбин В.В. Границы зёрен в металлах,- М.: Металлургия, 1980, 154 с

2. Бокштейн Б.С., Копецкий Ч.В., Швиндлерман JI.C. Термодинамика и кинетика границ зёрен в металлах,- М. Металлургия, 1986, 224 с.

3. Кайбышев О.А., Валиев Р.З. Границы зёрен и свойства металлов.-М.: Металлургия, 1987,213 с.

4. Валиев Р.З., Вергазов А.Н., Герцман В.Ю. Кристаллогеометрический анализ меж-кристаллитных границ в практике электронной микроскопии,- М.: Наука, 1991, 231с.

5. Атомная структура межзёренных границ. Пер.с англ.под ред. А.Н.Орлова. М.: Мир, 1978, 291с.

6. Грабский М.В. Структура границ зёрен в металлах. М.: Изд. Металлургия, 1972, 160с.

7. Глейтер Г., Чалмерс Б. Болылеугловые границы зёрен. Пер. с англ. М.: Мир, 1972, 375 с.

8. Мак Лин Д. Границы зёрен в металлах. Пер.с англ. Под ред. М.А.Берштейна и А.Г.Рахштадта. -М.: Металлургия, 1960, 322 с.

9. В.М.Косевич, В.М.Иевлев, Л.С.Палатник, А.И.Федоренко. Структура межкристал-литных и межфазных границ. М.: Металлургия, 1980,256с.

10. KronbergM.L., Wilson F.H. "Trans AJME", 1949, v. 185, p.501-509.

11. Brandon D.G., Ralpli В., Ranganathan S., Wald M.S. "Acta Metall", 1964, v. 12, p.813-824.

12. Bollman W. "Plul. mag", 1987, v. 16, p.363-381, 383-399.

13. Bollman W. Crystal Defects and Crystalline Interfaces. Berlin, 1970, 368p.

14. The Nature and Behavior of Grain Boundaries, Ed. H. HU, N-Y., L., Plenum Publ. Corp., 1972, p.440.

15. Grain Boundaries and Interface, Eds. Chandharip, Matthens J.W., Amsterdam, North Holland, 1972, p.630.

16. Grain Boundary Structure and Properties, Eds, Chadwick G.A., Smith D.A. N-Y., L., San Fransicko, Academic Press, 1976, p.38.

17. Рыбин В.В., Титовец Ю.Ф,,Теплитский Д.М. Прецизионное определение параметров разориентировки зёрен рентгенодифрактометрическим методом. Заводская лаборатория, 1980, т.46, №7, с.600-604.

18. Титовец Ю.Ф., Теплитский Д.М. Методика определения геометрических параметров и энергий болыпеугловых границ зёрен. Заводская лаборатория, 1980, т.46, № 1, с. 44-46.

19. Зисман A.A., Рыбин В.В. Температурно-геометрические условия существования специальных, физически выделенных границ. Физика металлов и металловедение, 1989, т.68, вып.2, с.264-270.

20. Рыбин В.В., Титовец Ю.Ф., Золотаревский Н.Ю. Теплитский Д.М., Разориентации зёрен в поликристаллах. Физика твёрдого тела, 1981, т.23, вып.7, с.2000-2005.

21. Рыбин В.В., Титовец Ю.Ф., Козлов А.Л. Специальные границы в реальных поликристаллах. Поверхность. Физика, химия, математика, 1984, № 9, с. 107-111.

22. Рыбин В.В., Титовец Ю.Ф., Козлов A.JL Кристаллогеометрические параметры двойниковых границ и их изменения в ходе рекристаллизационного отжига. -Физика металлов и металловедение, 1984, т.58, вып. 1, с. 119-124.

23. Рыбин В.В., Титовец Ю.Ф., Козлов A.JI. Статистическое исследование эволюции ансамблей границ зёрен в процессе рекристаллизации алюминия. Поверхность. Физика, химия, математика, 1984, №10, с. 107-116.

24. International Tables for X-ray Crystallography, Vol.1, Kynoch Press, Birmingham, 1969.

25. Рыбин В.В., Титовец Ю.Ф., Теплитский Д.М., Золотаревский Н.Ю. Статистика разо-риентировок зёрен в молибдене. Физика металлов и металловедение, 1982, т.53, вып.З, с.544-553.

26. Структура и свойства внутренних поверхностей раздела в металлах. Под ред. Бок-штейна Б.С. М.: Наука, 1988.

27. Структура и свойства границ зёрен. Тезисы 1 Всесоюзной научной конференции, г. Уфа, 1983.

28. Kestens L., Jonas I., Houtte P., Aernoudt E. Met. and Mater. Trans. A. ,1996, 27, № 8, p.2347-2358.

29. Gangli P., Kestens L., Jonas I. Met. and Mater. Trans. A. ,1996, 27, № 8, p.2178-2186/

30. Sass S.L., Balluffi R.W. "Phil.Mag", 1976, v.33, p.703-714.

31. Иевлев B.M., Поверхность, 1982, № 11, c.54-61.

32. Иевлев В.M., Кущев С.Б. Физика металлов и металловедение, 1979, т.49, №5, с. 1102-1104.

33. Иевлев В.М., Бурова C.B. Физика металлов и металловедение, 1983, т.55, №5, с. 1034-1037.

34. Григоров С.Н., Гладких А.Н. Поверхность, 1984, №4, с. 109-115.

35. Mackensie J.K. // Biometrica. 1958. Vol. 45. P. 29.

36. Mackensie J.K. // Acta. Met. 1964. Vol. 12 p. 223 225

37. Warrington D.N., Boon M. // Acta. Met. 1975. Vol. 23. P. 599 607.

38. Герцман В.Ю., Пшеничнкж А.И., Валиев Р.З. // Границы зерен и свойства металлических поликристаллов. М.: Наука, 1990.

39. Garbacz A., Grabski M.W. // Ser. Met. 1989. Vol. 23. P. 1369 1374.

40. LimL.C.,Raj R. //Acta. Met. 1984. Vol. 32, №8. P. 1177-1181.

41. Сухомлин Т.Д., Копецкий Ч.В., Андреева A.B. // ФММ. 1986. T. 62, №2. С. 349 -357.

42. Don J., Majumdar S. // Acta. Met. 1986. Vol. 34, №5. P. 961 967.

43. Герцман В.Ю., Даниленко B.H., Валиев Р.З. // ФММ. 1989. Т. 68, №2.с.348 32.

44. Герцман В.Ю., Даниленко В.Н., Валиев Р.З. // Металлофизика. 1990. №3. С. 120 -122.

45. Герцман В.Ю., Алябьев В.М., Мишин О.В., Пономарева Е.Г. // Металлофизика. 1990. №2. С. 113-115.

46. Вассерман Г., Гревен И. Текстуры металлических материалов. М.: Металлургия, 1969, 654 с.

47. Bunge H.J. Texture Analysis in Material Scince. Butterworths Publ., London. 1982.

48. Кудрявцев И.П. Текстуры в металлах и сплавах. М.: Металлургия, 1976, 373с.

49. Вишняков Я.Д., Бабарэко A.A., Владимиров С.А., Эгиз ИВ. Теория образования текстур в металлах и сплавах. М.: Наука, 1979, 343 с.

50. Вишняков Я.Д. Современные методы исследования структуры деформированных материалов,- М.: Металлургия, 1975, 479 с.

51. Смирнов B.C., Дурнев В.Д. Текстурообразование при прокатке. М.: Металлургия, 1971,254 с.53.56