Структурно-фазовое состояние стали 20х23н18, подвергнутой усталостному разрушению после электронно-пучковой обработки

Сизов В.В., Воробьев С.В., Коновалов С.В., Белоусова Я.В., Мясникова В.И., Гришунин В.А., Иванов Ю.Ф.*, Громов В.Е.

ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет», г. Новокузнецк, Россия, [e-mail]

*Институт сильноточной электроники СО РАН, г. Томск, Россия

[e-mail]

Целью работы является исследование структуры и фазового состава, выяв- ление механизма разрушения стали аустенитного класса 20Х23Н18, подвергнутой облучению высокоинтенсивным электронным пучком и последующим испытаниям в условиях многоциклового нагружения. Предварительная термическая обработка привела к формированию в стали поликристаллического состояния. В объеме зерен присутствует дислокационная субструктура в виде сеток; скалярная плотность дислокаций ~4,0×1010 см-2. Термическая обработка стали сопровождается двойни- кованием; выявляются микродвойники одной, значительно реже, двух систем двойникования. Термическая обработка стали приводит к формированию внутрен- них полей напряжений. Источниками полей напряжений являются границы зерен и микродвойников, а также границы раздела частица/матрица. О том, что именно эти элементы структуры стали являются источниками внутренних напряжений, свиде- тельствуют особенности в расположении изгибных экстинкционных контуров.

Высокоинтенсивная электронно-пучковая обработка поверхности стали со- провождалась высокоскоростными плавлением и кристаллизацией поверхностного слоя толщиной до 10 мкм. Анализ поверхности облучения, выполненный методами сканирующей электронной микроскопии, выявил формирование разнозернистой структуры. Размеры зерен поверхностного слоя изменяются в пределах от 10 мкм до 100 мкм. В объеме зерен обнаруживается структура ячеистой кристаллизации, размеры ячеек изменяются в пределах от 200 нм до 400 нм.

Анализируя результаты, полученные при исследовании стали 20Х23Н18 можно заключить, что усталостное нагружение образцов, предварительно обрабо- танных электронным пучком, приводит к фрагментации структуры и формирова- нию областей с критической субструктурой, не способной к дальнейшей эволю- ции, т.е. исчерпавшей ресурс пластичности (усталостной долговечности) материа- ла. Области материала с критической структурой формируются в зоне взаимодей- ствия микродвойников деформации и, по всей видимости, являются местами заро- ждения микротрещин. Следовательно, возможной причиной разрушения стали 20Х23Н18, подвергнутой предварительной обработке электронным пучком, явля- ется множественное микродвойникование, обусловленное, очевидно, низкой энер- гией дефекта упаковки материала.

Работа выполнена при частичной финансовой поддержке грантов РФФИ (проекты № 12-02-00092-а) и ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры ин- новационной России на 2009-2013 г.г.» (гос. контракт №02.740.11.0538).

Дата добавления: 2017-01-14