Методичні основи дослідження зернограничної структури у сталях з α, γ і α + γ фазовим станом

Abstract

UK: Постановка проблеми. Перспективний напрям підвищення комплексу властивостей металопродукції з полікристалічних матеріалів ‑ це застосування у процесі її виготовлення принципу зернограничного конструювання (ЗГК) (grain boundary engineering). Його сутність полягає в сукупності температурно-деформаційних процесів, що сприяють утворенню структури з максимально можливою кількістю спеціальних границь (СГ) зерен типу Σ3n у концепції ґраток співпадаючих вузлів (ГСВ). На цей час досягнуто певних практичних результатів, проте розвиток цього напряму стримується відсутністю наукової методології й надійних методик ідентифікації, кількісної оцінки та визначення енергетичного рівня великокутових гомофазних і гетерофазних границь у сталях з α, γ і γ+α фазовими станами. Мета роботи – створення нових і вдосконалених методик дослідження для визначення комплексу характеристик спеціальних гомофазних і гетерофазних СГ в низьколегованих і високолегованих сталях. Висновки. Розроблено нові та модифіковано існуючі металографічні й електроннодифракційні методи розпізнавання та оцінювання енергетичного рівня спеціальних границь сімейства Σ3n у сталях з α, γ і α+γ фазовими станами. Ідентифіковані СГ зерен у фериті низьколегованих феритно-перлітних сталей і в γ-фазі високолегованих аустенітних і феритно-аустенітних сталей. Вперше знайдено віртуальні міжфазні границі α-γ в феритно-перлітних сталях і оцінено їх питому поверхню й енергетичний рівень, а також знайдено низькоенергетичні міжфазні границі α-γ у високолегованих феритно-аустенітних стлях. Розроблені методики можуть бути застосовані для фундаментальних досліджень зернограничної структури полікристалічних матеріалів, а також при розробленні інноваційних технологій виготовлення різних видів прокату.

RU: Постановка проблемы. Перспективным направлением повышения комплекса свойств металлопродукции из поликристаллических материалов является использование при ее изготовлении принципа зернограничного конструирования (ЗГК) (grain boundary engineering). Его сущность состоит в совокупности температурно-деформационных процессов, способствующих образованию структуры с максимально возможным содержанием специальных границ (СГ) зерен типа 3n в концепции решеток совпадающих узлов (ГСВ). К настоящему времени достигнуты определенные практические результаты, однако развитие этого направления сдерживается отсутствием научной методологии и надежных методик идентификации, количественной оценки и определения энергетического уровня большеугловых гомофазных и гетерофазных границ в сталях с α, γ и α +γ фазовыми состояниями. Цель работы – создание новых и усовершенствованных методик исследования для определения комплекса характеристик специальных гомофазных и гетерофазных специальных границ в низколегированных и высоколегированных сталях. Выводы. Разработаны новые и модифицированы существующие металлографические и электроннодифракционные методы распознавания и оценки энергетического уровня специальных границ семейства Σ3n в сталях с α, γ и α+γ фазовыми состояниями. Идентифицированы СГ зерен в феррите низколегированных феррито-перлитных сталей и в γ-фазе высоколегированных аустенитных и ферритно-аустенитных сталей. Впервые найдены виртуальные межфазные границы α-γ в ферритно-перлитных сталях и оценены их удельная поверхность и энергетический уровень, а также межфазные низкоэнергетические границы α-γ в высоколегированных ферритно-аустенитных сталях. Разработанные методики могут быть использованы при фундаментальных исследованиях зернограничной структуры поликристаллических материалов и при разработке инновационных технологий изготовления различных видов проката.

EN: Formulation of the problem. A promising direction of improving the complex of properties of metal products of polycrystalline materials constitutes the use of the grain boundary engineering (GBE) principle in the manufacturing operations of their production. Its essence consists in a combination of temperature-deformation processes that contribute to the formation of a structure with a maximum possible content of special grain boundaries (SGB) of Σ3n type in the concept of lattices of coincident site lattice (CSL). To date, certain results have been achieved, development of this direction is constrained by the lack of scientific methodology and reliable methods of identification, quantification and determination of the energy level of the large-angle homophase and heterophase boundaries in steels with α, γ and α+γ phase states. This work objective is creation of new and improved procedures for studying and determining the complex of characteristics of special homophase and heterophase boundaries in low-alloy and high-alloy steels. Conclusions. New metallographic and electron diffraction methods for recognizing and estimating the energy level of the special boundaries of the Ʃ3n family in steels with α, γ and α+γ phase states have been developed and existing methods modified. The SGBs in ferrite of low-alloy ferritic-pearlitic steels and in the γ-phase of high-alloy austenitic and ferritic-austenitic steels were identified. For the first time, the α-γ interphase boundaries were found in ferritic-pearlitic steels and their specific surface and energy spectrum were estimated. The developed methods can be used in fundamental studies of the grain-boundary structure of polycrystalline materials and in development of innovative technologies.