Структурно-масштабные уровни многоцикловой усталости нержавеющей аустенитной стали при импульсном токовом воздействии тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

На правах рукописи

Воробьев Сергей Владимирович

СТРУКТУРНО-МАСШТАБНЫЕ УРОВНИ МНОГОЦИКЛОВОЙ УСТАЛОСТИ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ АУСТЕНИТНОЙ СТАЛИ ПРИ ИМПУЛЬСНОМ ТОКОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ

специальность 01 04 07 - «Физика конденсированного состояния»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новокузнецк - 2007

003054969

Работа выполнена в государственных образовательных учреждениях высшего профессионального образования «Сибирский государственный индустриальный университет» и «Томский государственный архитектурно-строительный университет»

Научный руководитель кандидат физико-математических наук,

доцент Коваленко Виктор Викторович Официальные оппоненты доктор физико-математических наук,

профессор Неверов Валерий Владимирович кандидат технических наук, доцент Семин Александр Петрович

Ведущая организация Институт физики прочности и материаловедения СО РАН (г Томск)

Защита состоится в «25» апреля 2007 года в 1200 часов на заседании диссертационного совета К212 25201 в Сибирском государственном индустриальном университете по адресу 654007, г Новокузнецк, Кемеровской области, ул Кирова, 42

Факс (3843) 465792, e-mail gromov@physics sibsiu ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУВПО «Сибирский государственный индустриальный университет».

Автореферат разослан «20» марта 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

Куценко А И

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одной из основных проблем расчета деталей машин, изделий и механизмов на прочность является предотвращение преждевременных разрушений вследствие действия периодически повторяющихся нагрузок, вызывающих явление усталости металла Статистические исследования показывают, что ~90 % всех разрушений элементов конструкций и деталей машин в промышленности и на транспорте происходит в результате действия повторно-переменных нагрузок механического (механическая усталость) или температурного (термическая усталость) плана Специфика поведения материала при данном способе воздействия заключается в том, что в нестационарных условиях в металле, в том числе и стали, легче возникают повреждения и разрушение происходит внезапно при действии нагрузок, значительно меньших по сравнению со стационарными и в условиях практически полного отсутствия макроскопической деформации Неожиданное, в большинстве случаев, наступление заключительной стадии усталостного разрушения часто приводит к катастрофическим последствиям

Усталостное разрушение металлов и сплавов изучается мировым сообществом уже не одно столетие, накоплен громадный экспериментальный материал, в основном касающийся кривых усталости и установлению безопасного напряжения, длительное циклическое приложение которого не вызывает разрушения материала Однако многие вопросы поведении материалов промышленного назначения при циклическом нагружении остаются недостаточно изученными, т к на усталостное разрушение весьма часто оказывает влияние комплекс факторов (фазовый состав и дефектная субструктура материала, состояние поверхностного слоя, среда и температура испытания, частота, периодичность и амплитуда действующей нагрузки и т д) С другой стороны, развитие науки и техники постоянно выдвигает новые требования к современным материалам, приводящие к расширению круга проблем, подлежащих немедленному исследованию Применение новейших структурных методов анализа (электронной дифракционной микроскопии тонких фольг и реплик, растровой электронной микроскопии изломов) позволило значительно продвинуться в понимании природы усталостного разрушения металлов и сплавов, однако многоплановость, многофакторность, разномасштабность данного явления вынуждает признать, что в настоящее время наука об усталости конструкционных материалов находится на стадии интенсивного накопления фактического материала, его осмысления и обобщения Все вышесказанное определяет актуальность данной работы

Настоящая работа проводилась в соответствии с Федеральной целевой программой «Интеграция» на 2002-2006г, грантами Министерства образования и науки РФ по фундаментальным проблемам металлургии на 1998-2004г, грантом Российского фонда фундаментальных исследований

на 2005-2007 г, темами ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет» и ГОУ ВПО «Томский государственный архитектурно-строительный университет»

Цель работы - выявление на различных структурных и масштабных уровнях закономерностей и установление физической природы фазовых и субструктурных превращений, протекающих в стали аустенитного класса 08Х18Н10Т, подвергнутой многоцикловым усталостным испытаниям в условиях частичного восстановления ресурса работоспособности путем стимуляции импульсным электрическим током на промежуточной стадии на-гружения

Реализация данной цели потребовала решения следующих задач

1) на макромасштабном уровне (уровне образца в целом) - анализ поверхности усталостного разрушения стали и выявление закономерностей ее формирования,

2) на мезомасштабном уровне (уровне зеренного ансамбля) — исследование закономерностей формирования и эволюции зеренной структуры стали в зоне усталостного роста трещины,

3) на микро- и наномасштабном уровне (уровне дефектной субструктуры и состояния карбидной фазы) - качественные и количественные исследования фазового состава и дефектной субструктуры стали в исходном состоянии и его эволюции в процессе многоцикловых усталостных испытаний в схеме непрерывного нагружения и в условиях электропластифицирования на промежуточной стадии испытаний, анализ поведения элементов внедрения и замещения в условиях усталостного нагружения, основанный на качественных и количественных исследованиях состояния карбидной фазы

4) на всех рассмотренных выше структурно-масштабных уровнях -анализ факторов, определяющих усталостную долговечность стали в условиях непрерывного нагружения и в схеме с промежуточным электростимулированием

Научная новизна: впервые на макро,- мезо,- микро- и нанострук-турных уровнях проведены сравнительные количественные и качественные исследования аустенитной стали 08Х18Н10Т в состояниях, реализованных в условиях непрерывной схемы усталостных испытаний и испытаний с промежуточным электростимулированием нагруженных образцов Выявлены и подвергнуты анализу основные факторы, определяющие усталостную долговечность стали в условиях многоцикловых испытаний Вскрыты механизмы, ответственные за повышение усталостной работоспособности стали, реализующейся в условиях воздействия импульсным электрическим током Сформулированы положения, позволяющие повысить эффективность обработки стали импульсным электрическим током (электропластификация стали)

Достоверность экспериментальных результатов и обоснованность выводов обеспечиваются корректностью постановки задач исследования, комплексным подходом к их решению с использованием современных методов и методик, широким привлечением статистических методов обработки результатов, анализом литературных данных и критическим сопоставлением установленных в работе закономерностей фактам, полученным другими исследователями

Научная и практическая значимость работы заключается, прежде всего в существенном увеличении усталостной долговечности аустенитной стали 08Х18Н10Т, обусловленном воздействием импульсным электрическим током на промежуточной, четко контролируемой, стадии нагружения. Выявлен комплексный характер изменения фазового состава и дефектной субструктуры стали, реализующийся на макро-, мезо-, микро- и наномас-штабных уровнях в условиях непрерывного нагружения и в схеме нагружения с промежуточным электростимулированием

Практическая значимость работы подтверждается актом апробирования ее результатов в промышленности

Личный вклад автора состоит в постановке задач исследования, в проведении экспериментов по многоцикловому усталостному нагружению с параллельным электростимулированием, получении данных оптических, электронно-микроскопических и других исследований, в обработке полученных результатов, формулировании выводов Положения, выносимые на защиту:

1 Структурные и масштабные уровни реализации процесса многоцикловой усталости и разрушения аустенитной стали 08Х18Н10Т

2.Эволюция фазовых и структурных состояний, выявленных на различных структурно-масштабных уровнях аустенитной стали, подвергнутой многоцикловым усталостным испытаниям

3 Особенности и закономерности деформации аустенитной стали в условиях многоциклового усталостного нагружения до разрушения по непрерывной схеме и с промежуточным электростимулированием

4 Взаимосвязанный характер развития усталости стали на различных структурно-масштабных уровнях

5 Факторы, определяющие механизм пластифицирующего действия импульсного электрического тока при многоцикловых усталостных испытаниях аустенитной стали 08Х18Н10Т.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на следующих научных конференциях, совещаниях и семинарах X международном семинаре «Дислокационная структура и механические свойства металлов и сплавов- 'ДСМСМС-2005'», г Екатеринбург, 2005, XI международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Современные техника и технологии СТТ'2005», г Томск, 2005, XV Петербургских чтениях по проблемам прочности, г Санкт-Петербург, 2005,

Всероссийской ежегодной научно-технической конференции «Наука-производство-технологии-экология», г. Киров, 2005, VI международной конференции «Действие электромагнитных полей на пластичность и прочность материалов», г. Воронеж, 2005, XIII республиканской научной конференции аспирантов, магистрантов и студентов по физике конденсированного состояния, г. Гродно, 2005, 14th year of the international conference on metallurgy and materials - «METAL 2005», Prague, CZ, 2005, VI международной конференции «Научно-технические проблемы прогнозирования надежности и долговечности конструкций и методы их решения», г Санкт-Петербург, 2005, международном семинаре MHT-VIII («Структурные основы модифицирования материалов методами нетрадиционных технологий»), г Обнинск, 2005, VIII, IX международных школах-семинарах "Эволюция дефектных структур в конденсированных средах, г Барнаул,

2005, 2006, 43 международной конференции «Актуальные проблемы прочности», г. Вологда, 2005, European congress on advanced materials and processes «EUROMAT - 2005», Prague, CZ, 2005, 3 Российской научно-практической конференции «Физические свойства металлов и сплавов ФСМИС-Ш», г Екатеринбург, 2005; Всероссийской научно-практической конференции «Металлургия новые технологии, управление, инновации и качество», г Новокузнецк, 2006, XVIII уральской школе металловедов-термистов «Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов», г Тольятти, 2006, Международной конференции «Прочность неоднородных структур» - Москва, 2006; 14th International conference on the strength of materials (ICSMA14) Xi'an, China, 2006; XVI Международной конференции "Физика прочности и пластичности материалов", г Самара,

2006, 9th International congress on fatigue «Fatigue 2006», Atlanta, USA, Четвертой Международной конференции «Фазовые превращения и прочность кристаллов», г Черноголовка, 2006; Международном семинаре MHT-IX «Структурные основы модифицирования материалов методами нетрадиционных технологий-2007», г Обнинск, 2007, ХП1 международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Современные техника и технологии СТТ'2007», г Томск, 2007

Публикации. Результаты диссертации опубликованы в 25 печатных работах, в том числе в 6 статьях в изданиях входящих в список ВАК РФ Список основных публикаций приведен в конце автореферата.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, основных выводов, списка литературы из 178 наименований, приложения, содержит 153 страниц машинописного текста, включая 18 таблиц и 93 рисунка

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении представлена характеристика области исследования, обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулирована

цель работы и задачи исследования, кратко изложено содержание работы и перечислены положения, выносимые на защиту

В первой главе «Структурные и масштабные уровни эволюции состояния стали при усталостных испытаниях», носящей обзорный характер, содержится анализ литературных данных о структурных и фазовых превращениях, протекающих в сталях промышленного назначения, в том числе, в сталях аустенитного класса, при усталостных испытаниях в условиях различных схем нагружения Рассматриваются периоды и стадии усталостного нагружения, факторы, влияющие на сопротивление металлов усталостному разрушению, способы повышения усталостной прочности, электропластический эффект и его практическое применение, эволюция структурно-фазовых состояний в металлах и сплавах при усталостном нагруже-нии с импульсным токовым воздействием и структурные уровни пластической деформации

Вторая глава «Материал, методы и методики исследования» посвящена обоснованию выбора материала исследования (сталь 08Х18Н10Т), методов и методик проведения усталостных испытаний и анализа дефектной субструктуры и фазового состава Усталостные испытания проводились на специальной установке по схеме циклического асимметричного консольного изгиба

Имитация трещины осуществлялась надрезом в виде полуокружности радиуса 10 мм Температура испытаний была комнатной (~300 К). Поведение материала при испытаниях контролировали, используя ультразвуковую диагностику Зависимость скорости распространения ультразвука от числа циклов нагружения V(N) определяли на приборе ИСП-12 методом автоциркуляции

Обработку стали импульсным электрическим током (частота тока -70 Гц, сила тока - 2 кА, длительность токового во5действия - 480 с ) проводили в начале третьей стадии зависимости V(N), которая соответствовала числу циклов до нагружения Ni = 105 Электростимулирование привело к увеличению числа циклов до разрушения в -1,5 раза - в случае испытания по непрерывной схеме нагружения образец разрушался при числе циклов равном N2 = 1,7 105, а в случае токовой обработки число циклов до разрушения равно N3 = 2,5 105.

Металлографические исследования шлифов проводили на микроскопе «Эпиквант» с промышленной системой анализа изображений SLAMS 600 Анализ поверхности разрушения стали осуществляли методами растровой электронной микроскопии с использованием прибора "SEM 515 Philips" Фазовый состав и дефектную субструктуру стали на различных стадиях испытаний осуществляли методами просвечивающей дифракционной электронной микроскопии с использованием приборов ЭМ-125 и ЭМ-125к Для идентификации фаз, присутствующих в стали, применяли микродифракционный анализ с повсеместным использованием темнополь-

ной методики и последующего индицирования микроэлектронограмм. Для изучения градиентного характера формирующейся при усталостном нагружен ии зеренной структуры, исследования стали проводили на различных, строго контролируемых, расстояниях от поверхности разрушения образца.

В главе 3 «М а кр о масштаб н ы й уровень развития усталости» показано, что формирование усталостного излома в исследуемой стали начинается вблизи свободных поверхностей (лицевой и тыльной) и облегчается наличием в материале концентраторов напряжений, в качестве которых выступают, в основном, включения второй фазы (рисунок 1). Не зависимо от схемы нагружения (непрерывное нагружение или в условиях промежуточного электростимулирования), усталостное разрушение стали 08Х18Н10Т развивается в несколько стадий. На первой стадии разрушения на разъединенных поверхностях излома, толщина которых составляет 3-4 размера зерна, проявляются 45-градусные трещины. Как правило, при усталостных испытаниях по непрерывной схеме трещина, становящаяся впоследствии причиной разрушения материала, зарождается практически на равном расстоянии от боковых поверхностей образца (рисунок 1а). В случае усталостного нагружения в условиях промежуточного электростимулирования, трещина зарождается вблизи одной из боковых поверхностей образна (ри~

Рисунок 1 - Фрактотрафия поверхности разрушения стали 08Х18Н10Т, подвергнутой усталостным испытаниям. Темной стрелкой указана тона формирования трещины на лицевой поверхности образца, светлыми - на тыльной; а - усталостное нагружение но непрерывной схеме; б - в условиях промежуточного электростимулирования

Последнее может быть связано с граничными условиями эл с ктр о импульсного стимулирования стали, ослабляющими эффект залечивания микротрещин вблизи боковых поверхностей образца.

Образованием трещины заканчивается стадия I усталостного разрушения образца. Стадия II (стадия усталостного роста трещины) характеризуется распространением трещины (излома) перпендикулярно к направлению действующего напряжения. При этом на поверхности разрушения остается ряд последовательных полосок, названных усталостными бороздка-

ми и нерегулярно расположенных вторичных микротрещин Ширина или шаг усталостных бороздок характеризует скорость развития усталостной трещины и, следовательно, живучесть образца или детали Показано, что в образце, разрушенном по непрерывной схеме усталостного нагружения, средняя ширина усталостных бороздок составляет 0,74 мкм, в случае испытаний в условиях промежуточного электростимулирования - 0,51 мкм Следовательно, электростимулирование стали на промежуточной стадии нагружения способствует значимому (в 1,48 раза) снижению скорости распространения усталостной трещины на второй стадии развития разрушения (стадия усталостного роста трещины) Разрушение электростимулиро-ванного образца наступало при большем числе циклов нагружения до разрушения (в 1,46 раза), по сравнению с обычным Следовательно, живучесть исследуемой стали существенным образом определяется скоростью распространения усталостной трещины на второй стадии развития разрушения

Заключительной стадии усталостного разрушения материала соответствует зона долома Характерной особенностью поверхности разрушения материала на этой стадии является формирование ямок вязкого разрушения, грубого бороздчатого рельефа и большого количества микропор и микротрещин не зависимо от способа нагружения образца (непрерывная схема или с промежуточным электростимулированием) Вторичные трещины возникают в основании многих усталостных бороздок и вдоль границ зерен По мере удаления от зоны ускоренного роста трещины увеличивается доля площади поверхности, разрушение на которой произошло по механизму скола Судя по размерам областей скола, на данной стадии усталостных испытаний разрушение материала носит межзеренный характер

В главе 4 «Мезомасштабный уровень структурных преобразований (эволюция состояния зеренного ансамбля)» показано, что промежуточная стадия усталостного нагружения образцов (N[=1 105 циклов) характеризуется, во-первых, значимым уменьшением величины средних размеров зерен, во-вторых, существенным снижением относительного содержания высокоанизотропных зерен, в-третьих, увеличением степени рассеяния вектора структурной текстуры как зерен в среднем, так и каждого типа зерен по отдельности, в-четвертых, некоторым увеличением объемной доли зерен, содержащих микродвойники, и, наконец, в-пятых, разрушением карбидной строчечное™ стали Увеличение числа циклов усталостного нагружения стали до 1,7 105, приведшее к разрушению образца, способствовало существенному уменьшению (в ~2,3 раза) средних размеров зерен с одновременным изменением состояния ансамбля зерен Из анализа гистограмм следует, что спектр размеров зерен в результате усталостного нагружения, во-первых, смещается к левому краю гистограммы и, во-вторых, ограничивается с правой стороны размерами зерен ~45 мкм Последнее

свидетельствует о преобразовании наиболее крупных зерен, очевидно, путем их деления поперечными границами, возникающими в результате эволюции дислокационной субструктуры при усталостном нагружении стали (рисунок 2а)

Электростимулирование стали на промежуточной стадии усталостного нагружения приводит к протеканию процесса рекристаллизации и сопровождается некоторым увеличением средних размеров высокоанизотропных и снижением средних размеров среднеанизотропных и изотропных зерен, а также незначительным возрастанием угла рассеяния вектора структурной текстуры изотропных зерен

11 ~

Л

а

ты,

40

О мкм

0123456789

11 13 15 17 19 21 23 О мкм

Рисунок 2 - Гистограммы размеров зерен, расположенных в зоне разрушения стали после разрушения по непрерывной схеме нагружения (а), прошедшей промежуточное электростимулирование (б)

Показано, что последующее усталостное нагружение (вплоть до разрушения) образца, электростимулированного на промежуточной стадии испытаний, сопровождается существенным уменьшением средних продольных и поперечных размеров зерен (в ~2,4 раза), коэффициента анизотропии и угла отклонения вектора структурно текстуры от продольно оси

Рисунок 3 - Зависимость средних продольных (кривая 1 на (а) и кривые 1-3 на (б)) и поперечных (кривая 2 на (а) и кривые 4-6 на (б)) размеров зерен от расстояния до поверхности максимального нагружения (поверхности разрушения), а - образец, разрушенный по непрерывной схеме нагружения (N2), на б - кривые 1,5- промежуточная стадия нагружения (N1), 2, 4 - N1 + Э С , 3, 6 - образец, разрушенный в условиях промежуточного электростимулирования (N3)

образца. Зеренная структура стали в зоне разрушения характеризуется большим количеством зерен, размеры которых составляют единицы микрометра. Кроме этого, практически отсутствуют зерна больших размеров, характерные для исходного состояния стали (рисунок 26). Следовательно, в результате усталостного нагружения в стали развиваются процессы динамической рекристаллизации, сопровождающиеся существенным измельчением зеренной структуры материала.

Выявлено, что многоцикловые усталостные испытания аустенитной стали, осуществляемые как по непрерывной схеме нагружения, так и в условиях промежуточного электростимулирования, приводят к формированию градиентной структуры, характеризующейся закономерными изменениями с увеличением расстояния до поверхности разрушения (плоскости максимального нагружения) средних размеров зерен (рисунок 3), коэффициента их анизотропии и угла рассеяния вектора структурной текстуры зерен ного ансамбля.

Глава 5 «Микро- и наномасштабные уровни развития структуры в условиях непрерывной схемы нагружения (эволюция фазового состава и дефектной субструктуры)» посвящена анализу результатов, полученных при исследовании методами дифракционной электронной микроскопии тонких фолы1 дефектной субструктуры и фазового состава стали, подвергнутой усталостному нагружен и ю по непрерывному режиму. Сталь 08Х18Н10Т в исходном состоянии является многофазным разномасштабным пол и кристаллическим материалом, зерна которого содержат двойники термического происхождения и дислокационную субструктуру различной степени самоорганизации. Вторые фазы представлены карбидными частицами, размеры которых изменяются от десятков нанометров до единиц

микрометра. Местами расположения частиц являются внутрифаз-ные границы и стыки границ, элементы дислокационной субструктуры, а также строчки дендритной ликвации. Терм о механическая обработка стали на стадии подготовки исходных образцов сопровождается формированием даль но действующих полей напряжений, амплитуда которых достигает максимальных значений в окрестностях частиц карбидной фазы.

Усталостное нагружение стали в количестве Щ ~Ы05 циклов привело, во-первых, к увеличению (по сравнению с исходной

Рисунок 4 - Элешроняо-микроскоиическое изображение структуры, формирующейся в результате усталостного нШ"ружеиия стали. N1 — 100000 цвшкэд Темными стрелками укапаны микротрещины, располагающиеся н карбидной частице, светлыми - вдоль границы раздела карбид / матрица.

сталью) скалярной плотности дислокаций, что способствовало некоторой реорганизации дислокационной субструктуры по пути увеличения объемной доли организованного типа дислокационных субструктур, во-вторых, к формированию дефектов упаковки и микродвойников, в-третьих, к коагуляции частиц карбида титана состава Т1С, в-четвертых, к некоторому растворению частиц карбида типа М2зСб на фронте перемещающихся границ и выделению на них прослоек частиц карбида состава Сг3Сг, в-пятых, к формированию микротрещин вдоль межфазной границы раздела карбид / матрица (рисунок 4), в-шестых, к формированию микротрещин в объеме частиц карбидной фазы субмикронных размеров (рисунок 4) и, наконец, в-седьмых, к значимому повышению уровня кривизны-кручения кристаллической решетки (амплитуды дальнодействующих полей напряжений) в объеме материала, содержащем частицы карбидной фазы

Усталостное нагружение стали, до N2 ~1,7 105 циклов нагружения (разрушение), привело, во-первых, к инициированию дополнительного механизма деформации стали - микродвойникования, во-вторых, к полиморфному у —» е мартенситному превращению, протекающему в объемах материала, содержащих микродвойники, в-третьих, к коагуляции частиц карбида титана, в-четвертых, к существенному увеличению количества источников дальнодействующих полей напряжений с одновременной релаксацией пиковых значений величины напряжений

Рисунок 5 - Зависимость от количества циклов нагружения на а - скалярной плотности дислокаций р (кривая 1), величины кривизны-кручения кристаллической решетки матрицы х вблизи частиц карбида титана (кривая 2), у границ зерен (кривая 3) и в пакете двойников деформации (кривая 4), а также количества зерен Ру, содержащих микродвойники деформации (кривая 5), на б - относительного содержания различных типов дислокационной субструктуры

Одной из причин разрушения стали при многоциюювых усталостных испытаниях являются микротрещины, расположенные вдоль границ раздела карбид / матрица и выявляющиеся уже на промежуточной стадии нагружения (IV] ~105 циклов)

Обнаружено, что с увеличением циклов нагружения одновременно существенно возрастают скалярная плотность дислокаций (рисунок 5а,

кривая 1) и количество зерен, содержащих микродвойники деформационного происхождения (рисунок 5а, кривая 5) Следовательно, многоцикловые усталостные испытания инициируют оба канала деформации стали -скольжение дислокаций и микродвойникование При этом на заключительной стадии нагружения роль микродвойникования существенно возрастает Из представленных на рисунке 5а (кривые 2-4) результатов следует, что усталостное деформирование стали сопровождается нарастанием кривизны-кручения кристаллической решетки матрицы в объемах, содержащих микродвойники, выходя к моменту разрушения на насыщение С другой стороны, поля напряжений, формирующиеся вокруг частиц карбидной фазы, расположенных в объеме зерна, в разрушенном состоянии значительно ниже, чем в исходном Как уже отмечалось выше, одной из причин релаксации полей напряжений вблизи частиц могут быть процессы коагуляции частиц, вызванные, в свою очередь, полями напряжений, существующими в объеме материала, содержащем частицы Усталостные испытания сопровождаются перестройкой дислокационной субструктуры дислокационный хаос замещается сетчатой дислокационной субструктурой Одновременно несколько увеличивается объемная доля ячеистой субструктуры (рисунок 56) Следовательно, усталостное нагружение стали сопровождается формированием организованной определенным образом («упорядоченной») дислокационной субструктуры

В главе 6 «Микро- и наномасштабные уровни развития структуры в условиях электростимулирования (эволюция фазового состава и дефектной субструктуры)» показано, что электростимулирование на промежуточной стадии нагружения (N1=105 циклов) аустенитной стали сопровождается увеличением скалярной плотности дислокаций, повсеместным микродвой-никованием и существенным увеличением количества источников кривизны-кручения кристаллической решетки стали Рост линейной плотности изгибных экстинкционных контуров (источников кривизны-кручения кристаллической решетки матрицы) протекает в условиях существенного снижения пиковых значений амплитуды кривизны-кручения кристаллической решетки, т е величины дальнодействующих полей напряжений Последнее, несомненно, пластифицирует сталь

Электростимулирование стали, прошедшей усталостные испытания, также приводит к существенным изменениям дефектной субструктуры и карбидной подсистемы материала, которые заключаются, во-первых, в увеличении скалярной плотности дислокаций, во-вторых, в замещении субструктуры дислокационного хаоса «упорядоченным» типом дислокационной субструктуры, в-третьих, в протекании начальных стадий рекристаллизации, в-четвертых, в коагуляции частиц карбидной фазы, в-пятых, в растворении частиц, расположенных в матрице и повторном выделении их вдоль внутрифазных границ в виде тонких прослоек, в-шестых, в залечивании микротрещин, сформировавшихся в усталостно нагруженном мате-

риале вдоль межфазных границ раздела карбид / матрица, при этом наблюдается формирование вдоль границ раздела карбид / матрица субмикрокристаллического переходного слоя и, наконец, в-седьмых, в существенной релаксации амплитуды дальнодействующих полей напряжения. Последние два процесса, несомненно, являются определяющими в увеличении ресурса работоспособности стали при усталостных испытаниях. Опасной тенденцией, выявленной при анализе усталостно разрушенного материала, подвергнутого на промежуточной стадии испытаний электростимулированию, является увеличение скорости коагуляции частиц карбидной фазы (по сравнению с кестимулированными образцами) с выходом последних на внутрифазные границы раздела (границы зерен и субзерен) Формирующиеся вдоль границы раздела карбид / матрица микротрещины, обнаруженные методами электронной микроскопии тонких фольг, явились одной из причин разрушения материала

С увеличением числа циклов нагружения возрастают скалярная плотность дислокаций и линейная плотность изгибных контуров (рисунок 6а) Электростимулирование стали на промежуточном этапе нагружения (после N1 = 105 циклов нагружения) способствует релаксации дальнодействующих полей напряжений, приводя к снижению как амплитуды кривизны-кручения кристаллической решетки матрицы вблизи всех рассмотренных в работе источников напряжения (частицы карбидной фазы, границы зерен и микродвойников), так и линейной плотности источников дальнодействующих полей напряжений Одновременно с этим, электростимулирование сопровождается повышением величины скалярной плотности дислокаций, указывая на протекание в стали деформационного процесса, вызванного термоупругими полями напряжений, обусловленными неоднородным нагревом материала в процессе обработки образца импульсным электрическим током

Рисунок 6 - Зависимость от числа циклов нагружения на а - скалярной плотности дислокаций р (кривая 1) и линейной плотности контуров рк (кривая 2), на б - относительного количества дислокационных субсгруктур Пунктирными линиями обозначена стадия усталостного нагружения, отвечающая элекгростимулирующему воздействию

Рост скалярной плотности дислокаций сопровождается эволюцией дислокационной субструктуры Анализ результатов, приведенных на рисунке 66, показывает, что с увеличением числа циклов нагружения субструктура дислокационного хаоса замещается «упорядоченными» субструктурами, основной из которых является сетчатая дислокационная субструктура Как было установлено, этому способствует активное деформационное микродвойникование стали А именно, сетчатая дислокационная субструктура является доминирующим типом субструкгуры в зернах, в которых процесс двойникования активизирован. В зернах, в которых плотность микродвойников мала, преобладающим типом дислокационной субструктуры стали является ячеисто-сетчатая дислокационная субструктура

Усталостные испытания стали 08Х18Н10Т по обеим схемам нагружения сопровождаются множественным изменением состояния твердого раствора На это указывают факты, полученные при исследовании состояния карбидной фазы на различных стадиях испытания материала Растворение частиц карбидов, повторное их выделение, коагуляция и обособление на внутрифазных границах раздела свидетельствуют о постоянном изменении состояния как твердого раствора, так и сегрегации и атмосфер атомов внедрения на дефектах кристаллической структуры исследуемой стали

Данные процессы имеют место при обеих схемах нагружения Однако если при усталостных испытаниях по непрерывной схеме определяющую роль играют термические воздействия, то электростимулирование стали инициирует ряд других процессов К ним относятся, во-первых, перемещение точечных дефектов типа вакансий и межузельных атомов под действием электрического поля и потока электронов, во-вторых, аномальный массоперенос путем перемещения ионов, в особенности углерода и азота, в кристаллической решетке, в-третьих, усиление генерации и перемещения дислокаций, содержащих сегрегации углерода, под действием электрического поля в виду наличия на них заряда, в-четвертых, высокоскоростная диффузия углерода по дислокациям, субграницам и границам зерен под действием электрического поля и, в-пятых, неоднородный локальный разогрев вследствие неоднородного электросопротивления у-твердого раствора, обусловленного его неоднородной атомной и дефектной субструктурой

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. На макромасштабном уровне (образец в целом) путем анализ фрак-тограмм поверхности разрушения, выполненного методами сканирующей электронной микроскопии, установлено, что усталостное разрушение стали, независимо от схемы нагружения, развивается в несколько стадий

Электростимулирование усталостно нагруженных образцов способствует значимому (в 1,46 раза) снижению скорости распространения усталостной трещины на второй стадии развития разрушения (стадия усталостного роста трещины), т е увеличению работоспособности материала

2 На мезомасштабном уровне (уровне зеренного ансамбля) путем исследования эволюции зеренной структуры стали в зоне усталостного роста трещины установлено, что увеличение числа циклов усталостного нагру-жения стали до 1,7 105, приведшее к разрушению образца, способствовало уменьшению средних размеров зерен в -2,3 раза и увеличению угла рассеяния вектора структурной текстуры в 1,7 раза по сравнению с исходным состоянием, снижению объемной доли зерен, содержащих микродвойники и практически полному исчезновению карбидной строчечное™ в зоне разрушения образца

3 Воздействие импульсным электрическим током, приводит к протеканию процесса рекристаллизации и сопровождается незначительным увеличением средних размеров и угла рассеяния вектора структурной текстуры зерен, что оказывает пластифицирующее действие на материал

4 Многоцикловые усталостные испытания аустенитной стали, осуществляемые как по непрерывной схеме нагружения, так и в условиях промежуточного электростимулирования, приводят к формированию градиентной структуры, характеризующейся закономерными изменениями с увеличением расстояния до поверхности разрушения (плоскости максимального нагружения) средних размеров зерен, коэффициента их анизотропии и угла рассеяния вектора структурной текстуры как для зеренного ансамбля в целом, так и для каждого из выявленных типов зерен (высокоанизотропных, среднеанизотропных и изотропных) отдельно

5 На микромасштабном уровне путем исследования дефектной субструктуры и состояния карбидной фазы показано, что усталостное нагру-жение стали в количестве N1 ~105 циклов привело к увеличению (по сравнению с исходной сталью) скалярной плотности дислокаций, что способствовало росту объемной доли организованного типа дислокационных субструктур, инициированию деформации стали двойникованием, преобразованию карбидной подсистемы (коагуляции частиц карбида титана, некоторому растворению частиц карбида типа М23С6 на фронте перемещающихся границ и выделению на границах прослоек частиц карбида состава Сг3С2), существенному повышению уровня кривизны-кручения кристаллической решетки (амплитуды дальнодействующих полей напряжений) в объеме материала, содержащем частицы карбидной фазы, формированию микротрещин вдоль межфазной границы раздела карбид / матрица и в объеме частиц карбидной фазы

6 Увеличение количества циклов нагружения до N2 -1,7 105, сопровождавшееся разрушением стали, привело к множественному микродвойни-кованию и полиморфному у —» е мартенситному превращению, протекаю-

щему в объемах материала, содержащих микродвойники, коагуляции частиц карбида титана, к существенному увеличению количества источников дальнодействующих полей напряжений с одновременной релаксацией пиковых значений величины напряжений Одной из причин разрушения стали при многоцикловых усталостных испытаниях являются микротрещины, расположенные вдоль границ раздела карбид / матрица и выявляющиеся уже на промежуточной стадии нагружения (ЛО ~105 циклов)

7 Электростимулирование стали, прошедшей усталостные испытания, сопровождается увеличением скалярной плотности дислокаций и замещением субструктуры дислокационного хаоса «упорядоченным» типом дислокационной субструктуры, протеканием начальной стадии рекристаллизации, преобразованием карбидной фазы (растворением частиц, расположенных в матрице, повторным выделением их вдоль внутрифазных границ в виде тонких прослоек и ростом частиц, ранее располагавшихся на границах), залечиванием микротрещин, сформировавшихся в усталостно нагруженном материале вдоль межфазных границ раздела карбид / матрица, релаксацией амплитуды дальнодействующих полей напряжения Последние два процесса, несомненно, являются определяющими в увеличении ресурса работоспособности стали при усталостных испытаниях

8 Опасной тенденцией, выявленной при анализе усталостно разрушенного материала, подвергнутого на промежуточной стадии испытаний электростимулированию, является увеличение скорости коагуляции частиц карбидной фазы (по сравнению с нестимулированными образцами) с выходом последних на внутрифазные границы раздела (границы зерен и субзерен) Формирующиеся вдоль границы раздела карбид / матрица микротрещины, обнаруженные методами электронной микроскопии тонких фольг, явились одной из причин разрушения материала

9 Показано, что воздействие импульсного электрического тока (электростимулирование), выражающееся в увеличении усталостной долговечности материала в 1,46 раза, проявляется на различных структурных и масштабных уровнях и сложным образом влияет на пластические свойства стали А именно рекристаллизация, сопровождающаяся укрупнением зе-ренной структуры, пластифицирует сталь, перестройка дислокационной субструктуры с образованием ячеек, а также микродвойникование, увеличивают прочность стали; распад твердого раствора и уход из кристаллической решетки железа атомов углерода и карбидообразующих элементов пластифицирует сталь, пластифицирует сталь и разблокирование дислокаций путем ухода атомов углерода из атмосфер Коттрелла и сегрегаций, образование частиц карбидной фазы, являющихся препятствиями для движения дислокаций, будет упрочнять сталь, коагуляция частиц карбидной фазы и образование включений субмикронных и микронных размеров, ох-рупчивает сталь Очевидно, что эффект воздействия электростимулирова-

ния на механические свойства стали будет определяться сочетанием данных механизмов и может быть как положительным, так и отрицательным.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1 Воробьев С В Физическая природа разрушения аустенитной нержавеющей стали при усталости / СВ. Воробьев, Ю Ф Иванов, ЭВ Козлов [и др ] II Вестник горно-металлургической секции РАЕН. Отделение металлургии -2005,-С 27-30

2 Иванов ЮФ Formation of the structural phase states of the fatigue crack growth area in stainless steel // Ю Ф Иванов, С В Воробьев, С В Коновалов [и др ] // Тезисы докладов ХП1 Республиканской научной конференции аспирантов, магистрантов и студентов / ГТУ. - Гродно, 2005 - С 46

3 Воробьев С В Эволюция дислокационных субструктур в стали 08Х18Н10Т при многоцикловой усталости//С В Воробьев, ЮФ Иванов, А В Громова [и др ] // Известия вузов Черная металлургия - 2005 -№ 6 -С 32-34

4 Соснин О В Управление усталостной долговечностью сталей с помощью электроимпульсной обработки И О В Соснин, Ю Ф Иванов, С В Воробьев [и др ] // Тезисы X Международного семинара «ДСМСМС-2005» / УрО РАН - Екатеринбург, 2005, - С 88

5 Воробьев С В Повышение многоцикловой усталостной долговечности нержавеющей стали импульсным токовым воздействием // С В Воробьев, Э В Козлов, Ю Ф Иванов [и др ] // Материалы VI Международной конференции «Действие э/м полей на пластичность и прочность материалов» / ВорГУ, - Воронеж, 2005 - С. 222 - 224.

6 Иванов Ю Ф Физическая природа повышения усталостной выносливости нержавеющей стали токовым воздействием // Ю Ф. Иванов, С В Воробьев, Э В Козлов [и др ] // Тезисы докладов Международной конференции «Структурные основы модификации материалов методами нетрадиционных технологий» / ИАТЭ, - Обнинск, 2005 - С.15-16

7 Воробьев С В Структурно-масштабные уровни электропластификации стали 08Х18Н10Т II С В Воробьев, Ю Ф Иванов, В.Е Громов // Физическая мезомеханика -2005 -Т.8.-№4-С 95-101.

8 Воробьев С В Эволюция зеренной структуры стали при многоцикловых усталостных испытаниях П СВ. Воробьев, Ю.Ф Иванов, В В Пис-каленко [и др ] // Заготовительные производства в машиностроении - 2005 -№ 10 - С 45-49

9 Громов В Е Физические механизмы повышения усталостного ресурса стали токовым воздействием II BE Громов, С В Воробьев, Ю Ф

Иванов [и др ] // Известия вузов Черная металлургия. - 2005 - № 12 -С 20-22

10. Воробьев СВ. Эволюция структурно-фазовых состояний стали 08Х18Н1 ОТ при многоцикловой усталости//С В Воробьев, Ю Ф Иванов, Э В Козлов [и др ] // XVIII Уральская школа металловедов-термистов / ТГУ. - Тольятти, 2006. - С 35

11 Воробьев С В Структурно-фазовые превращения в стали 08Х18Н10Т при много цикловой усталости с электростимулированием // С В Воробьев, Э.В Козлов, Ю.Ф Иванов [и др ] // Сборник докладов международной научной конференции «Актуальные проблемы физики твердого тела ФТТ-2005»/ ИФТТиП - Минск, 2005 - С 65-66

12 Воробьев С В Структурно-фазовые состояния в аустенитной стали при многоцикловой усталости // С В Воробьев, Ю Ф. Иванов, В Е Громов [и др3 /Известия вузов Физика -2006 -№1 -С 88-96

13 Воробьев С В Физическая природа повышения усталостного ресурса нержавеющей стали импульсным токовым воздействием // С В Воробьев, Ю Ф Иванов, В В Коваленко [и др ] // Сборник тезисов докладов конференции «Физические свойства металлов и сплавов «ФСМиС-Ш» / УрО РАН - Екатеринбург, 2005 - С 206-207

14 Воробьёв С В Градиент зеренной структуры аустенитной стали при усталостном разрушении // С В Воробьев, В В Коваленко, Ю Ф Иванов [и др ] // Сборник тезисов докладов конференции «Прочность неоднородных структур «ПРОСТ-2006» / МИСиС - Москва, 2006 - С 18

15 Воробьев С В , Механизмы повышения усталостного ресурса нержавеющей стали импульсами электрического тока // С В Воробьев, Ю Ф Иванов, Э В Козлов [и др ] // Тезисы докладов 44 Международной конференции "Актуальные проблемы прочности" / ВоГТУ - Вологда, 2005 -С 21

16 Воробьев С В Эволюция зеренной структуры аустенитной стали при многоцикловой усталости // С В Воробьев, Ю Ф Иванов, С В Коновалов [и др ] // Тезисы докладов XVI Петербургских чтений по проблемам прочности / ФТИ им А Ф Иоффе РАН - Санкт-Петербург, 2006 г , - С 55

17 Воробьев С В Эволюция зеренной структуры стали при многоцикловых усталостных испытаниях в условиях электростимулирования // С В Воробьев, Ю Ф Иванов, В В Пискаленко [и др ] // Известия вузов Черная металлургия - 2006 - № 4 - С 22 - 26

18. Воробьев С В Повышение многоцикловой усталостной долговечности нержавеющей стали импульсным токовым воздействием // СВ. Воробьев, В В Коваленко, В Е Громов // Тезисы докладов IV Международной конференции "Фазовые превращения и прочность кристаллов" // ИФТТ РАН - Черноголовка, 2006 г - С 35

19. Воробьев С В Физическая природа структурно-фазовых состояний в усталостно нагруженной и разрушенной аустенитной нержавеющей стали

// С В. Воробьев, В В Коваленко, Ю Ф Иванов [и др ] // Известия РАН Серия физическая, 2006 - № 9 - С 1378-1384

20 Gromov V Е Structure-phase analysis of ferrite-perlite steel behavior during fatigue // V E Gromov, О V Sosnin, S V Vorob'ev [et al ] // Book of abstracts of 9-th International fatigue congress / Institute of technology - Atlanta, Georgia, USA, 2006, - P 270

21 Воробьев СВ. Структурно-фазовые состояния в усталостно нагруженной и разрушенной аустенитной стали // С В Воробьев, В В Коваленко, В Е Громов // Тезисы докладов XVI Международной конференции "Физика прочности и пластичности материалов" / СГТУ - Самара, 2006 -С 34

Издлиц № 01439 от 05 04 2000 Подписано в печать 05 2007 Формат бумаги 60x84 1/16 Бумага писчая Печать офсетная Уел печл f. LH Уч издл Тираж 100 экз. Заказ hi

ГОУВПО «Сибирский государственный индустриальный университет» 654007, г Новокузнецк, ул Кирова, 42 Издательский центр ГОУ ВПО «СибГИУ»

Содержание.

Введение.

Глава 1. СТРУКТУРНЫЕ И МАСШТАБНЫЕ УРОВНИ ЭВОЛЮЦИИ СОСТОЯНИЯ СТАЛИ ПРИ УСТАЛОСТНЫХ ИСПЫТАНИЯХ.

1.1. Периоды и стадии усталостного нагружения.

1.2. Факторы, влияющие на сопротивление металлов усталостному разрушению.

1.3. Способы повышения усталостной прочности.

1.4. Электропластический эффект и его практическое применение

1.5. Эволюция структурно-фазовых состояний в металлах и сплавах при усталостном нагружении с импульсным токовым воздействием.

1.6 Структурные уровни пластической деформации.

1.7 Выводы из литературного обзора и постановка задачи исследования.

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛ, МЕТОДЫ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1. Материал исследования.

2.2. Методика усталостных испытаний.

2.3. Метод препарирования образцов.

2.4. Методика металлографического анализа зеренной структуры стали.

2.5. Методика исследования стали путем использования просвечивающей дифракционной электронной микроскопии тонких фольг.

2.6. Методика исследования поверхности разрушения стали путем использования сканирующей электронной микроскопии.

ГЛАВА 3. МАКРОМАСШТАБНЫЙ УРОВЕНЬ РАЗВИТИЯ 42 УСТАЛОСТИ.

Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. МЕЗОМАСШТАБНЫЙ УРОВЕНЬ СТРУКТУРНЫХ ПРЕОБРАЗОВАНИЙ (ЭВОЛЮЦИЯ СОСТОЯНИЯ ЗЕРЕННОГО АНСАМБЛЯ).

4.1. Зеренная структура стали в исходном состоянии.

4.2. Зеренная структура стали на промежуточной стадии усталостного нагружения.

4.3. Зеренная структура стали в разрушенном состоянии.

4.4. Зеренная структура усталостно нагруженных образцов на стадии электростимулирования.

4.5. Зеренная структура стали в разрушенном после электростимулирования состоянии.

4.6. Градиент зеренной структуры стали, формирующийся в условиях усталостных испытаний.

4.6.1. Испытания по непрерывной схеме нагружения.

4.6.2. Испытания в условиях промежуточного электростимулирования.

4.7. Корреляции и тенденции в поведении зеренного ансамбля стали при усталостных испытаниях.

Выводы по главе 4.

ГЛАВА 5. МИКРО- И НАНОМАСШТАБНЫЕ УРОВНИ РАЗВИТИЯ СТРУКТУРЫ В УСЛОВИЯХ НЕПРЕРЫВНОЙ СХЕМЫ НАГРУЖЕНИЯ (ЭВОЛЮЦИЯ ФАЗОВОГО

СОСТАВА И ДЕФЕКТНОЙ СУБСТРУКТУРЫ).

5.1. Структура и фазовый состав стали перед усталостными испытаниями.

5.1.1. Дефектная субструктура стали.

5.1.2. Частицы второй фазы.

5.1.3. Дальнодействующие поля напряжений.

5.2. Структурно-фазовое состояние стали на промежуточной стадии усталостного нагружения.

5.2.1. Дефектная субструктура стали.

5.2.2. Частицы второй фазы.

5.2.3.Дальнодействующие поля напряжений.

5.3. Структурно-фазовое состояние разрушенной стали.

5.3.1. Дефектная субструктура стали.

5.3.2. Частицы второй фазы.

5.3.3. Дальнодействующие поля напряжений.

5.4. Количественные закономерности эволюции структурно-фазового состояния стали в условиях непрерывного усталостного нагружения.

Выводы по главе 5.

ГЛАВА 6. МИКРО- И НАНОМАСШТАБНЫЕ УРОВНИ РАЗВИТИЯ СТРУКТУРЫ В УСЛОВИЯХ

ЭЛЕКТРОСТИМУЛИРОВАНИЯ (ЭВОЛЮЦИЯ ФАЗОВОГО

СОСТАВА И ДЕФЕКТНОЙ СУБСТРУКТУРЫ).

6.1. Электростимулированная модификация структуры и фазового состава стали.

6.1.1. Электростимулирование исходной стали.

6.1.2. Электростимулирование стали на промежуточной стадии усталостного нагружения.

6.2. Структуры о-фазовое состояние стали, разрушенной в условиях электростимулирования на промежуточной стадии нагружения.

6.3. Количественные закономерности эволюции структурно-фазового состояния электростимулированной стали в условиях усталостного нагружения.

Выводы по главе 6.

Под усталостью понимается процесс постепенного накопления повреждений металла или сплава под действием переменных напряжений, приводящий к изменению структуры, свойств и разрушению [1].

Одной из основных проблем расчета деталей машин, изделий и механизмов на прочность является предотвращение преждевременных разрушений вследствие действия периодически повторяющихся нагрузок, вызывающих явление усталости металла. Статистические исследования показывают, что ~90 % всех разрушений элементов конструкций и деталей машин в промышленности и на транспорте происходит в результате действия повторно-переменных нагрузок механического (механическая усталость) или температурного (термическая усталость) плана. Специфика поведения материала при данном способе воздействия заключается в том, что в нестационарных условиях в металле, в том числе и стали, легче возникают повреждения и разрушение происходит внезапно при действии нагрузок, значительно меньших по сравнению со стационарными и в условиях практически полного отсутствия макроскопической деформации. Неожиданное, в большинстве случаев, наступление заключительной стадии усталостного разрушения часто приводит к катастрофическим последствиям.

Усталостное разрушение металлов и сплавов изучается мировым сообществом уже не одно столетие, накоплен громадный экспериментальный материал, в основном касающийся кривых усталости и установлению безопасного напряжения, длительное циклическое приложение которого не вызывает разрушения материала. Однако многие вопросы поведении материалов промышленного назначения при циклическом нагружении остаются недостаточно изученными, т.к. на усталостное разрушение весьма часто оказывает влияние комплекс факторов (фазовый состав и дефектная субструктура материала, состояние поверхностного слоя, среда и температура испытания, частота, периодичность и амплитуда действующей нагрузки и т.д.). С другой стороны, развитие науки и техники постоянно выдвигает новые требования к современным материалам, приводящие к расширению круга проблем, подлежащих немедленному исследованию. Применение новейших структурных методов анализа (электронной дифракционной микроскопии тонких фольг и реплик, растровой электронной микроскопии изломов) позволило значительно продвинуться в понимании природы усталостного разрушения металлов и сплавов, однако многоплановость, многофакторность данного явления вынуждает признать, что в настоящее время наука об усталости конструкционных материалов находится на стадии интенсивного накопления фактического материала, его осмысления и обобщения. Все вышесказанное определяет актуальность данной работы.

Вопросы усталости и прочности являются предметом самого тщательного рассмотрения с точки зрения, как научных исследований, так и опытно-конструкторских и технологических разработок. Усталостная прочность и долговечность являются важными критериями оценки работоспособности и ресурса многочисленных деталей и конструкций. Их роль особенно возрастает для современных высоконагруженных ответственных изделий, подвергающихся воздействию циклических нагрузок в области не только много-, но и малоцикловой усталости. Сложность оценки циклической прочности конструкционных материалов связана с тем, что на усталостное разрушение оказывают влияние много различных факторов (структура, состояние поверхностного слоя, температура и среда испытания, частота нагружения, концентрация напряжения, асимметрия цикла, масштабный фактор и ряд других). В общем случае процесс усталости связан с постепенным накоплением и взаимодействием дефектов кристаллической решетки (вакансий, междоузельных атомов, дислокаций и дисклинаций, двойников, границ блоков и зерен и т.д.) и, как следствие этого, с развитием усталостых повреждений в виде образования и распространения микро- и макроскопических трещин.

Хотя со времени построения первой кривой усталости прошло более 140 лет и в настоящее время кривые усталости построены для всех известных конструкционных материалов, однако, все еще не удалось полностью решить проблему циклической прочности ни в области изучения физической природы этого явления, ни в области инженерного подхода к этому вопросу [2].

Сложность явления поведения металлов и сплавов при усталости подчеркнута в многочисленных монографиях в отечественной научной печати [3-14].

Прогресс в развитии современной техники неразрывно связан с повышением усталостной прочности материала. В настоящий момент времени существует ряд способов повышения усталостного ресурса, среди которых отдельное место занимают внешние энергетические воздействия (плазменная, радиационная, лазерная обработка, ионная имплантация, импульсные токи и т.д.)

Импульсные электрические токи занимают особое место среди этих внешних энергетических воздействий. В их приложении к усталостному нагружению лежит электропластический эффект, открытый более 40 лет тому назад [15,16].

Несмотря на обширный экспериментальный и теоретический материал физическая природа эффекта повышения усталостной прочности сталей и сплавов изучена еще недостаточно.

Цель работы - выявление на различных структурных и масштабных уровнях закономерностей и установление физической природы фазовых и субструктурных превращений, протекающих в стали аустенитного класса 08Х18Н10Т, подвергнутой многоцикловым усталостным испытаниям в условиях частичного восстановления ресурса работоспособности путем стимуляции импульсным электрическим током на промежуточной стадии нагружения.

Реализация данной цели потребовала решения следующих задач:

1) на макромасштабном уровне (уровне образца в целом) - анализ поверхности усталостного разрушения стали и выявление закономерностей ее формирования;

2) на мезомасштабном уровне (уровне зеренного ансамбля) -исследование закономерностей формирования и эволюции зеренной структуры стали в зоне усталостного роста трещины;

3) на микро- и наномасштабном уровне (уровне дефектной субструктуры и состояния карбидной фазы) - качественные и количественные исследования фазового состава и дефектной субструктуры стали в исходном состоянии и его эволюции в процессе многоцикловых усталостных испытаний в схеме непрерывного нагружения и в условиях электропластифицирования на промежуточной стадии испытаний, анализ поведения элементов внедрения и замещения в условиях усталостного нагружения, основанный на качественных и количественных исследованиях состояния карбидной фазы

4) на всех рассмотренных выше структурно-масштабных уровнях -анализ факторов, определяющих усталостную долговечность стали в условиях непрерывного нагружения и в схеме с промежуточным электростимулированием.

Научная новизна: впервые на макро,- мезо,- микро- и наноструктурных уровнях проведены сравнительные количественные и качественные исследования аустенитной стали 08Х18Н10Т в состояниях, реализованных в условиях непрерывной схемы усталостных испытаний и испытаний с промежуточным электростимулированием нагруженных образцов. Выявлены и подвергнуты анализу основные факторы, определяющие усталостную долговечность стали в условиях многоцикловых испытаний. Вскрыты механизмы, ответственные за повышение усталостной работоспособности стали, реализующейся в условиях воздействия импульсным электрическим током. Выявлены положения, позволяющие повысить эффективность обработки стали импульсным электрическим током (электропластификация стали).

Достоверность экспериментальных результатов и обоснованность выводов обеспечиваются корректностью постановки задач исследования, комплексным подходом к их решению с использованием современных методов и методик, широким привлечением статистических методов обработки результатов, анализом литературных данных и критическим сопоставлением установленных в работе закономерностей фактам, полученным другими исследователями.

Научная и практическая значимость работы заключается, прежде всего в существенном увеличении усталостной долговечности аустенитной стали 08Х18Н10Т, обусловленном воздействием импульсным электрическим током на промежуточной, четко контролируемой, стадии нагружения. Выявлен комплексный характер изменения фазового состава и дефектной субструктуры стали, реализующийся на макро-, мезо-, микро- и наномасштабных уровнях в условиях непрерывного нагружения и в схеме нагружения с промежуточным электростимулированием.

Практическая значимость работы подтверждается актом апробирования ее результатов в промышленности.

Личный вклад автора состоит в постановке задач исследования, в проведении экспериментов по многоцикловому усталостному нагружению с параллельным электростимулированием, получении данных оптических, электронно-микроскопических и других исследований, в обработке полученных результатов, формулировании выводов.

Положения, выносимые на защиту:

1. Структурные и масштабные уровни реализации процесса многоцикловой усталости и разрушение аустенитной стали 08Х18Н10Т.

2.Эволюция фазовых и структурных состояний, выявленных на различных структурно-масштабных уровнях аустенитной стали, подвергнутой многоцикловым усталостным испытаниям.

3.Особенности и закономерности деформации аустенитной стали в условиях многоциклового усталостного нагружения до разрушения по непрерывной схеме и с промежуточным электростимулированием.

4.Взаимосвязанный характер развития усталости стали на различных структурно-масштабных уровнях.

5.Факторы, определяющие механизм пластифицирующего действия импульсного электрического тока при многоцикловых усталостных испытаниях аустенитной стали 08Х18Н10Т.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на следующих научных конференциях, совещаниях и семинарах: X международном семинаре «Дислокационная структура и механические свойства металлов и сплавов- 'ДСМСМС-2005'», г. Екатеринбург, 2005; XI международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Современные техника и технологии СТТ2005», г. Томск, 2005; XV Петербургских чтениях по проблемам прочности, г. Санкт-Петербург, 2005; Всероссийской ежегодной научно-технической конференции «Наука-производство-технологии-экология», г. Киров, 2005; VI международной конференции «Действие электромагнитных полей на пластичность и прочность материалов», г. Воронеж, 2005; XIII республиканской научной конференции аспирантов, магистрантов и студентов по физике конденсированного состояния, г. Гродно, 2005; 14th year of the international conference on metallurgy and materials - «METAL 2005», Prague, CZ, 2005; VI международной конференции «Научно-технические проблемы прогнозирования надежности и долговечности конструкций и методы их решения», г. Санкт-Петербург, 2005; международном семинаре MHT-VIII («Структурные основы модифицирования материалов методами нетрадиционных технологий»), г. Обнинск, 2005; VIII, IX международных школах-семинарах "Эволюция дефектных структур в конденсированных средах, г. Барнаул, 2005, 2006; 43 международной конференции «Актуальные проблемы прочности», г. Вологда, 2005; European congress on advanced materials and processes «EUROMAT - 2005», Prague, CZ, 2005; 3 Российской научно-практической конференции «Физические свойства металлов и сплавов ФСМИС-Ш», г. Екатеринбург, 2005; Всероссийской научно-практической конференции «Металлургия: новые технологии, управление, инновации и качество», г. Новокузнецк, 2006; XVIII уральской школе металловедов-термистов «Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов», г. Тольятти, 2006; Международной конференции «Прочность неоднородных структур» - Москва, 2006; 14th International conference on the strength of materials (ICSMA14) Xi'an, China; 2006; XVI Международной конференции "Физика прочности и пластичности материалов", г. Самара, 2006; 9th International congress on fatigue «Fatigue 2006», Atlanta, USA; Четвертой Международной конференции «Фазовые превращения и прочность кристаллов», г. Черноголовка, 2006; Международном семинаре MHT-IX «Структурные основы модифицирования материалов методами нетрадиционных технологий-2007», г. Обнинск, 2007, XIII международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Современные техника и технологии СТТ'2007», г. Томск, 2007.

Публикации. Результаты диссертации опубликованы в 25 печатных работах, в том числе в 6 статьях в изданиях входящих в список ВАК РФ. Список основных публикаций приведен в конце автореферата.

Объем, и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, основных выводов, списка литературы из 178 наименований, приложения; содержит 153 страниц машинописного текста, включая 18 таблиц и 93 рисунка.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. На макромасштабном уровне (образец в целом) путем анализа фрактограмм поверхности разрушения, выполненного методами сканирующей электронной микроскопии, установлено, что усталостное разрушение стали, независимо от схемы нагружения, развивается в несколько стадий. Электростимулирование усталостно нагруженных образцов способствует значимому (в 1,46 раза) снижению скорости распространения усталостной трещины на второй стадии развития разрушения (стадия усталостного роста трещины), т.е. увеличению работоспособности материала.

2. На мезомасштабном уровне (уровне зеренного ансамбля) путем исследования эволюции зеренной структуры стали в зоне усталостного роста трещины установлено, что увеличение числа циклов усталостного нагружения стали до 1,7-105, приведшее к разрушению образца, способствовало уменьшению средних размеров зерен в -2,3 раза и увеличению угла рассеяния вектора структурной текстуры в 1,7 раза по сравнению с исходным состоянием, снижению объемной доли зерен, содержащих микродвойники и практически полному исчезновению карбидной строчечное™ в зоне разрушения образца.

3. Воздействие импульсным электрическим током, приводит к протеканию процесса рекристаллизации и сопровождается незначительным увеличением средних размеров и угла рассеяния вектора структурной текстуры зерен, что оказывает пластифицирующее действие на материал.

4. Многоцикловые усталостные испытания аустенитной стали, осуществляемые как по непрерывной схеме нагружения, так и в условиях промежуточного электростимулирования, приводят к формированию градиентной структуры, характеризующейся закономерными изменениями с увеличением расстояния до поверхности разрушения (плоскости максимального нагружения) средних размеров зерен, коэффициента их анизотропии и угла рассеяния вектора структурно текстуры как для зеренного ансамбля в целом, так и для каждого из выявленных типов зерен (высокоанизотропных, среднеанизотропных и изотропных) отдельно.

5. На микромасштабном уровне путем исследования дефектной субструктуры и состояния карбидной фазы показано, что усталостное нагружение стали в количестве Ы] ~105 циклов привело к увеличению (по сравнению с исходной сталью) скалярной плотности дислокаций, что способствовало росту объемной доли организованного типа дислокационных субструктур; инициированию деформации стали двойникованием; преобразованию карбидной подсистемы (коагуляции частиц карбида титана, некоторому растворению частиц карбида типа М2зСб на фронте перемещающихся границ и выделению на границах прослоек частиц карбида состава СГ3С2); существенному повышению уровня кривизны-кручения кристаллической решетки (амплитуды дальнодействующих полей напряжений) в объеме материала, содержащем частицы карбидной фазы, формированию микротрещин вдоль межфазной границы раздела карбид / матрица и в объеме частиц карбидной фазы.

6. Увеличение количества циклов нагружения до N2 ~1,7-105, сопровождавшееся разрушением стали, привело к множественному микродвойникованию и полиморфному у -> £ мартенситному превращению, протекающему в объемах материала, содержащих микродвойники, коагуляции частиц карбида титана, к существенному увеличению количества источников дальнодействующих полей напряжений с одновременной релаксацией пиковых значений величины напряжений. Одной из причин разрушения стали при многоцикловых усталостных испытаниях являются микротрещины, расположенные вдоль границ раздела карбид / матрица и выявляющиеся уже на промежуточной стадии нагружения {N1 ~105 циклов).

7. Электростимулирование стали, прошедшей усталостные испытания, сопровождается увеличением скалярной плотности дислокаций и замещением субструктуры дислокационного хаоса «упорядоченным» типом дислокационной субструктуры, протеканием начальной стадии рекристаллизации, преобразованием карбидной фазы (растворением частиц, расположенных в матрице, повторным выделением их вдоль внутрифазных границ в виде тонких прослоек и ростом частиц, ранее располагавшихся на границах), залечиванием микротрещин, сформировавшихся в усталостно нагруженном материале вдоль межфазных границ раздела карбид / матрица, релаксацией амплитуды дальнодействующих полей напряжения. Последние два процесса, несомненно, являются определяющими в увеличении ресурса работоспособности стали при усталостных испытаниях.

8. Опасной тенденцией, выявленной при анализе усталостно разрушенного материала, подвергнутого на промежуточной стадии испытаний электростимулированию, является увеличение скорости коагуляции частиц карбидной фазы (по сравнению с нестимулированными образцами) с выходом последних на внутрифазные границы раздела (границы зерен и субзерен). Формирующиеся вдоль границы раздела карбид / матрица микротрещины, обнаруженные методами электронной микроскопии тонких фольг, явились одной из причин разрушения материала.

9. Показано, что воздействие импульсного электрического тока (электростимулирование), выражающееся в увеличении усталостной долговечности материала в 1,46 раза, проявляется на различных структурных и масштабных уровнях и сложным образом влияет на пластические свойства стали. А именно: рекристаллизация, сопровождающаяся укрупнением зеренной структуры, пластифицирует сталь; перестройка дислокационной субструктуры с образованием ячеек, а также микродвойникование, увеличивают прочность стали; распад твердого раствора и уход из кристаллической решетки железа атомов углерода и карбидообразующих элементов пластифицирует сталь; пластифицирует сталь и разблокирование дислокаций путем ухода атомов углерода из атмосфер Коттрелла и сегрегаций; образование частиц карбидной фазы, являющихся препятствиями для движения дислокаций, будет упрочнять сталь; коагуляция частиц карбидной фазы и образование включений субмикронных и микронных размеров, охрупчивает сталь. Очевидно, что эффект воздействия электростимулирования на механические свойства стали будет определяться сочетанием данных механизмов и может быть как положительным, так и отрицательным.

1. Словарь терминов по металловедению и термической обработке на 4-х языках: с определением терминов на русском языке / Отв. ред. JI.A. Петрова. -М: Наука, 1989.-208 с.

2. Усталость сталей при импульсном токовом воздействии / О.В. Соснин, В.Е. Громов, Э.В. Козлов и др. Новокузнецк: Издательство СибГИУ, 2004. - 464 с.

3. Иванова B.C. Усталостное разрушение металлов.- М.: Металлургиздат, 1963.272 с.

4. Иванова B.C., Терентьев В.Ф. Природа усталости металлов. М.: Металлургия, 1975.- 455 с.

5. Кеннеди А. Д. Ползучесть и усталость в металлах. М.: Металлургия, 1965. -312 с.

6. Горицкий В.М., Терентьев В.Ф. Структура и усталостное разрушение металлов. М.: Металлургия, 1980. - 208 с.

7. Екобори Т. Физика и механика разрушения и прочности твердых тел. М.: Металлургия, 1971. - 264 с.

8. Коцаньда С. Усталостное разрушение металлов. М.: Металлургия, 1976. -456 с.

9. Головин С.А., Пушкар A.B. Микропластичность и усталость металлов.- М.: Металлургия, 1980. 239 с.

10. Ю.Трощенко В.Т. Деформирование и разрушение металлов при многоцикловом нагружении.- Киев.: Наукова Думка, 1981.-341с.

11. Механика малоциклового разрушения. Под ред.H.A. Махутова и А.Н. Романова. -М.:Наука, 1986. -264с.

12. Терентьев В.Ф. Усталость металлических материалов. -М.: Наука, 2002. -248с.

13. Стрижало В.А. Циклическая прочность и ползучесть металлов при малоцикловом усталостном нагружении в условиях низких и высоких температур. Киев: Наукова думка, 1978. -241с.

14. Трощенко В.Т., Покровский В.В., Прокопенко A.B. Трещиностойкость металлов при пластическом нагружении. Киев: Наукова думка, 1987. 640 с.

15. Спицин В.И., Троцкий O.A. Электропластическая деформация металлов. М.: Наука, 1985.- 160с.

16. Громов В.Е., Зуев Л.Б., Козлов Э.В. и др. Электростимулированная пластичность металлов и сплавов. М.: Недра, 1996. - 293с.

17. Терентьев В.Ф., Колмаков А.Г. Механические свойства металлических материалов при статическом нагружении. Воронеж: Изд-во ВГУ, 1998. - 80 с.

18. Сопротивление усталости. Основные термины, определения и обозначения. ГОСТ 23.207-78.M. М.: Издательство стандартов, 1981. -14 с.

19. Доможиров Л.И. Обобщенное уравнение для оценки влияния трещин на предел выносливости материалов // Заводская лаборатория. 1995. - №10. - С. 27-31.

20. Синергетика и фракталы в материаловедении / B.C. Иванова, A.C. Баланкин, И.Ж. Бунин и др. М.: Наука, 1994. - 585 с.

21. Коцаньда С. Усталостное растрескивание металлов / Под ред. С.Я. Яремы. -М.Металлургия, 1990. 623 с.

22. Металлы. Метод испытания на многоцикловую и малоцикловую усталость. ГОСТ 23.026 78. - М.: Издательство стандартов, 1978. -21 с.

23. Методы механических испытаний металлов. Методы испытаний на усталость. ГОСТ 25.502 79. - М.: Издательство стандартов, 1986. -19 с.

24. Механика разрушения и прочность материалов: Справочное пособие / Под ред. В.В. Панасюка. Киев: Наукова думка, 1990. - Т.4. - 680 с.

25. Миллер К.Ж. Усталость металлов прошлое, настоящее и будущее // Заводская лаборатория. -1994. - №3. - С.54-59.

26. Сопротивление усталости металлов и сплавов. Справочник: В 2 т. / Под ред. В.Т. Трощенко. Киев: Наукова думка, 1987. - т. 1, 580 с.

27. Циклические деформации и усталость металлов / Под ред. В.Т. Трощенко. -Киев: Наукова думка, 1985. 562 с.

28. Панин В.Е. Основы физической мезомеханики // Физическая мезомеханика. -1998.-№1.-С. 5-22.

29. Иванова B.C. Синергетика и фракталы в радиационном материаловедении. -М.: Интерконтакт Наука, 1997. 53 с.

30. Новиков И.И., Ермишкин В.А. Об анализе деформационных кривых металлов // Металлы. 1995. - №6. - С. 142-154.

31. Терентьев В.Ф. Стадийность процесса усталостного разрушения металлических материалов // Металлы. 1996. - №6. - С. 14-20.

32. Терентьев В.Ф. Модель физического предела усталости металлов и сплавов // Доклады АН СССР. Серия «Техническая физика». 1969. - Т.185, - №2. - С. 324-326.

33. Синергетика и усталостное разрушение металлов / Под ред. B.C. Ивановой. -М.: Наука, 1989. 246 с.

34. Терентьев В.Ф., Хольсте К. К вопросу о негомогенности протекания деформации в начальной стадии циклического нагружения армко-железа // Проблемы прочности. 1973. - №11. - С. 3-10.

35. Ботвина JI.P. Общие закономерности процессов разрушения и кристаллизации // МиТОМ. 1994. - №8. - С. 2-6.

36. Владимиров В.И. Физическая природа разрушения металлов. М.: Металлургия, 1984. - 280 с.

37. Терентьев В.Ф., Пойда И.В. Образование малых трещин при усталости. Итоги науки и техники. Металловедение и термическая обработка. М.: ВИНИТИ, 1991. - Т.25. - С. 60-94.

38. Одинг И.А., Либеров Ю.П. Накопление дефектов и образование субмикроскопических трещин при статическом деформировании армко-железа // Изв. АН СССР ОТН. Металлургия и топливо. 1964. - №1. - С.11-13.

39. Glasov M., Lianes L.M., Laird С. Self-organized dislocation structures (SODS) in fatigue metals // Phys. Stat. Sol.(a). 1995. - V.149. - P.297.

40. Wilkinson A.J., Roberts S.G., Hirsch H.B. Modeling the threshold conditions for propagation of stage I fatigue cracks // Acta mater. 1998. - V.46. - P.379-390.

41. Davidson D.L., Lankford J. Fatigue crack growth in metals and alloys: mechanisms and micromechanics // International Materials Reviews. 1992. - V.37, №2. - P.45-76.

42. Mughrabi H., Christ H.-J. Cyclic deformation and fatigue of selected fern-tie and austenitic steels; specific aspects // ISU International. 1997. - V.37, №12. -P.l 154-1169.

43. Mughrabi H. Dislocations in fatigue // Dislocation and Properties of Real Materials (Conf. Proc.) Book № 323/ The Institute of Metals. -London, 1985. P.244 -262.

44. Oksogoev A.A. The surface Layer Role in Energy Dissipation // Adv.mater. and proc.: Fundamental Problems of Developing Advanced Materials and Processes of the XXI Century. AMP'99. -Baikalsk, 1999. P.90-91.

45. Бунин И.Ж., Оксогоев A.A., Танитовский И.Ю. Мультифрактальный анализ границ зерен в приповерхностных слоях сплава АВТ-1 // Физика прочности и пластичности материалов. Самара, 1995. - С.328-330.

46. Встовский Г.В., Колмаков А.Г., Терентьев В.Ф. Мультифрактальный анализ особенностей разрушения приповерхностных слоев молибдена // Металлы. -1993. №4. - С.164-178.

47. Оксогоев А.А. Ренорм-групповой анализ теплопереноса на фрактальных структурах // Синергетика, структура и свойства материалов, самоорганизующиеся технологии. М.: ИМЕТ им. Байкова РАН, 1996. - 4.1. - С. 233-235.

48. Оксогоев А.А., Иванова B.C. Физические предпосылки к развитию технологий получения материалов с заданными свойствами // Перспективные материалы. 1999. - №5. - С. 5-16.

49. Michel Jan, Hidveghy J., Matuzic I et al. Fatigue properties of low carbon steel strengthening by static or dynamic work hardening // Kov., Zlit. Tehnol. 1998. V.32. N6. P.455-459.

50. Jao Ju-Kui, Jin Juan-Fa, Li Xiang-Bin. Влияние целостности поверхности на усталостные свойства мартенситной нержавеющей стали // Heat Treat. Metals. 2002. V.27. N.8. Р.30-32.

51. Колмаков А.А., Гуслякова Г.Е., Пагурин Г.В. Влияние обработки на долговечность стали 40Х // Материалы Всеросс. научно-техн.конференции «Наука производству», посвященной 30-летию Арзамас. Фил.НГТУ. Арзамас: Изд-во Арзамас фил.НГТУ. 1998. С. 18-19.

52. Jua Tiny-Liang, Wang Dl-Jun, Jang Hua-Ren. Исследование процесса усталостной повреждаемости и ее торможения термической обработкой // Heat Treat. Metals. 2001. N.6. Р.24-25.

53. Kvedaras V., Ciuplys V., Vilys.J. Plieno ciklinio stiprumo padidinimas, perenkant optimalius paversiaus sustiprinimo technolojinius parameterus // Mechanika (Lietuva). 1999. N2., P.65-69.

54. Kowalevski R., Mughrabi H., Influence of a plasma-sprayed NiCrAlY coating on the low culce fatigue behaviour of a direction-alloy solidified Nickel-base superalloy// Mater.Sci.Eng. 1998. A.247. P.295-299.

55. Соснин O.B., Громов B.E., Козлов Э.В. Электростимулированная малоцикловая усталость/ Под ред. М.: «Недра ком. ЛТД», 2000. -208 с.

56. Громов В.Е., Гуревич Л.И. Размножение дислокаций в монокристаллах Zn при воздействии импульсов тока // Украинский физический журнал. 1988. -Т.ЗЗ. - №6. С.913-915.

57. Громов В.Е., Ерилова Т.В., Курилов В.Ф. и др. Влияние импульсов электрического тока на подвижность и размножение дислокаций в монокристаллах Zn // Проблемы прочности. 1989. - №10. - С.48-53.

58. Gromov V.E., Gurevich L.I., Zuev L.B. Dislocation Dynamics in Zn Single Crystals under Current Action // Collected Abstracts of Twelfth European Ciystallographic meeting, Aug. 20-29,1989. Moscow, 1989. V.l. - P.338.

59. Громов В.Е., Гуревич Л.И. Влияние токовых импульсов на подвижность дислокаций в Zn при 77 К // Изв. Вузов. Физика. 1990. №3. - С.35-39.

60. Gromov V.E. Gurevich L.I., Kuznetsov V.A. and etc. Influence of electric Current Pulses on the Mobility and multiplication of Dislocations in Zn Monocrystals // Czechoslovak Journal of Physics. 1990. - V. B40 - P.895-902.

61. Зуев Л.Б., Громов B.E., Гуревич Л.И. Действие импульсов электрического тока на подвижность дислокаций в монокристаллах Zn // Металлофизика.1990. Т.12, №4.-С.11-15.

62. Zuev L.B. Gromov V.E., Gurevich L.I. The effects of Electric Current Pulses on the Dislocation Mobility in Zn Single Crystals // Physica Status Solidi (a). 1990. -V.121. -P.437-443.

63. Громов B.E., Петрунин B.A. Размножение дислокаций и локализация деформации при токовом воздействии // Физика твердого тела. 1990. -Т.32, №6. С. 1891-1893.

64. Зуев Л.Б., Громов В.Е. Влияние токовых импульсов на подвижность дислокаций в области больших скоростей. // Изв. Вузов. Физика. 1991. - №8. -С.5-8.

65. Громов В.Е., Зуев Л.Б., Батаронов И.Л. и др. Развитие представлений о подвижности дислокаций при токовом воздействии // Физика твердого тела.1991. -Т.10. С.3027-3032.

66. Громов В.Е., Сташенко В.И. , Троицкий O.A. и др. Эффективность действия различными видами тока на ползучесть монокристаллов Zn // Изв.АН. СССР. Сер. Металлы. 1991. - №2 С. 154-158.

67. Беклемишев H.H., Корягин H.H., Шапиро Г.С. Влияние локально неоднородного импульсного электромагнитного поля на пластичность и прочность проводящих материалов // Изв. АН СССР. Сер. Металлы . 1984. -№4.-С. 184-187.

68. Беклемишев H.H., Корягин Н.И., Шапиро Г.С. О процессе пластической деформации в импульсном электромагнитном поле некоторых поводящих материалов. Изв. АН СССР. Сер. Металлы. 1985. -№1. - С.159-161.

69. Беклемишев H.H. Обработка проводящих материалов локально неоднородным импульсным электромагнитным полем // Электротехника. -1982. №11. С.60-62.

70. Климов K.M., Бурханов Ю.С., Новиков И.И. Снижение сил контактного трения при электростимулированной деформации металлов.

71. Новиков И.И., Климов K.M., Бурханов Ю.С. О механизме образования смазочного слоя в очаге деформации при прокатке // Изв. АН СССР- Сер, Металлы. 1988: - № 1. - С. 73 - 76

72. Климов K.M., Шнырев Г.Д., Новиков И.И. и др. Электростимулированная прокатка проволок в ленту микронных сечений из вольфрама и его сплава с рением // Изв. АН СССР, Сер. Металлы. 1975. № 4. С, 143 - 144.

73. Климов К.М„ Новиков И.И., Шнырев Г.Д. Электропластичность тугоплавких металлов и сплавов при прокатке проволоки в ленту // Физико-механические и теплофизические свойства металлов. -М.: Наука, 1976, С 183-189.

74. A.c. 547274 СССР, МКИ В21 Н7/00. Способ изготовления тончайшей ленты из тугоплавких и труднодеформируемых металлов и сплавов / К.М.Климов, Г.Д. Шнырев, И.И. Новиков и др. Опубл. 25.02.77, Бюл. №7.

75. Климов K.M., Шнырев Г.Д., Новиков И.И. Изменение пластичности вольфрама под влиянием электрического тока // Металловедение и термическая обработка металлов. 1977. - №1. - С.57-61.

76. A.c. 610596 СССР, МКИ В21Н 7/00. Способ изготовления тончайшей ленты из тугоплавких и труднодеформируемых металлов и сплавов / В.Д. Мутовин, Ю.Л. Зарапин, О.В. Траханиотовская и др. Опубл. 25.06.78, Бюл №22.

77. Мутовин В.Д, Климов K.M., Траханиотовская О.В. и др. изготовление вольфрамовой плющенки методом электропластической прокатки проволоки // Изв. АН СССР. Сер. Металлы. 1978. - №4. - С. 125-129.

78. Климов K.M., Новиков И.И. Влияние электростимулированной деформации на тонкую структуру и механические свойства поликристаллического молибдена//Докл. АН СССР . 1981. -Т.260, №6, - С1360-1362.

79. Троицкий O.A., Спицын В.И., Баранов Ю.В. и др. Электропластическая деформация вольфрама. // ДАН СССР. 1987г. - Т.295, №5. - С.1114-1119.

80. Баранов Ю.В., Тананов А.И., Корягин С.Н. и др. Субструктурные изменения в меди при импульсном воздействии электрического тока // Физика и химия обработки материалов. 1990. - №4. - С.113-118.

81. Баранов Ю.В., Беклемишев Н.Н, Доронин Ю.Л. и др. Влияние импульсного электрического тока на характеристики конструкционной прочности металлических материалов. // Физика и химия обработки материалов. 1990. -№4.-С.108-112.

82. Беклемишев H.H., Баранов Ю.В., Доронин Ю.Л. и др. Влияние импульсного тока на конструктивную прочность алюминиевых сплавов // Металловедение и термическая обработка металлов. -1991. С.15-17.

83. Ерилова Т.В., Громов В.Е., Баранов Ю.В. и др. Изменение плотности дислокаций в стали, подвергнутой электростимулированному волочению // Изв.ВУЗов. Черная металлургия. ~ 1991. №7. - С.70-72.

84. Баранов Ю.В., Тришкина Л.И., Козлов Э.В. Влияние электрического поля на механические свойства и дислокационную структуру поликристаллического никеля // Проблемы машиностроения и надежности машин. -1992. №5. С.67-74.

85. Баранов Ю.В., Батаронов И.Л., Рощупкин A.M. Механизмы Влияния электростатического поля на пластическое деформирование металлических материалов. // Проблемы машиностроения и надежности машин. 1993. - №6. -С.25-33.

86. Баранов Ю.В., Пчелинцев В.А. Влияние электростатического поля на механические характеристики металлов и сплавов. // Проблемы машиностроения и надежности машин. 1992. - №2. - С.77-82.

87. Степанов Г.В., Бабуцкий А.И. Влияние импульсного тока высокой плотности на усталостную долговечность образца с концентратором // Проблемы прочности. 1995. №5-6. С.74-78.

88. Мезоскопическая субструктура и электроимпульсивное подавление усталостного разрушения/ Ю.Ф.Иванов, Д.В.Лычагин, В.Е.Громов,

89. B.В.Целлермаер, О.В.Соснин, В.В.Коваленко и др. // Физическая мезомеханика.- 2000.-т.З.-№ 1.- С. 103 108.

90. Малоцикловая усталость металлов: диагностика и электроимпульсное восстановление ресурса/ Громов В.Е., Соснин О.В., Коваленко В.В. и др./ Новые индустриальные технологии и материалы/ Под ред. В.Е. Громова,

91. C.М.Кулакова.- Новосибирск,- Сибирские огни.-2000.-С.171-180.

92. Difractional analisis the process of electroimpulse suppression of fatigue failure of steels/ Konovalov S.V., Kovalenko V.V., Tsellermaer V.V. etc./ Euromet 2000, Abstracts.- Germany, Saarbrucken.- 2000,- P.212.

93. Metallographic investigations of the process of electroimpulse suppression of fatigue failure of steels/ Kovalenko V.V., Konovalov S.V., Tsellermaer V.V. etc./ Junior Euromat 2000, Abstract: European conference.- Switzerland, Lausanne.-2000.-P.29.

94. Роль электростимулирования в эволюции дефектной структуры и фазового состава стали 08Х18Н10Т при малоцикловых усталостных испытаниях/ В.В.Коваленко, О.В.Соснин, Ю.Ф.Иванов и др./ Физика и химия обработки материалов.-2000.-№6.-С.74-80.

95. Восстановление ресурса стальных изделий при многоцикловой усталости воздействием токовыми импульсами / С.В. Коновалов, О.С. Лейкина, Б.С. Семухин и др. // Перспективные материалы. -2002. -№3. С.45-48.

96. Попова H.A., Соснин О.В, Коновалов С.В. и др. Электронно-микроскопический дифракционный анализ зоны разрушения стали 45Г17ЮЗ, подвергнутой многоцикловым усталостным испытаниям / Известия вузов. Физика. -2002. -№3. -С. 100-108.

97. Соснин О.В., Коновалов C.B., Иванов Ю.Ф. и др. Эволюция основных параметров зеренной структуры стали 45Г17ЮЗ при многоцикловых усталостных испытаниях / Известия вузов. Черная металлургия. -2002. -№6. -С.39-43.

98. Установка для исследования электростимулированной усталости / C.B. Коновалов, Е.В. Семакин, О.В. Соснин, В.Е. Громов // Вестник горнометаллургической секции Российской академии естественных наук. Отделение металлургии. -2000. -Вып.9. -С.97-100.

99. Петрунин В.А., Коваленко В.В., Коновалов C.B. и др. Пластическая деформация в условиях электростимулированного усталостного разрушения // Известия Вузов. Черная металлургия. -2000. -№12. -С.45-50.

100. Повышение надежности изделий из среднеуглеродистых сталей импульсным токовым воздействием / C.B. Коновалов, О.В. Соснин, О.С. Лейкина, В.Е. Громов // Ремонт, восстановление, модернизация. -2002. -№3. -С. 19-22.

101. Коновалов C.B., Лейкина О.С., Соснин О.В. Восстановление физико-механических свойств стальных деталей токовой обработкой при многоцикловой усталости // Труды 4-й Международной конференции

102. Научно-технические проблемы прогнозирования надежности и долговечности конструкций и методы их решения». -СПб.: Нестор. -2001. -С.169-172.

103. Иванов Ю.Ф., Громов В.Е., Целлермаер В.В. и др. Дефектная субструктура в области межфазной границы a-Fe-Fe3C // Известия ВУЗов. Черная металлургия. 2001. -№ 6. С.31-32.

104. Соснин О.В., Коваленко В.В., Целлермаер В.В. и др. Природа повышения усталостной прочности при электростимулировании // Известия ВУЗов. Черная металлургия. 2002. - № 8,- С.72-75.

105. Соснин О.В., Козлов Э.В., Иванов Ю.Ф., Целлермаер В.В. и др. Механизмы повышения усталостной прочности сталей электростимулированием // XIV Петербургские чтения по проблемам прочности, посвященные 300-летию С-Петербурга.-12-14 марта 2003.- С.191-192.

106. Соснин О.В., Целлермаер В.В., Сучкова Е.Ю. и др. Структурно-фазовые превращения в стали 60ГС2 при усталости с токовым воздействием // VI Всероссийская научно-практическая конференция "Современные технологии в машиностроении-2003".- Пенза. 2003. -С.24.

107. Соснин О.В., Иванов Ю.Ф. Целлермаер В.В. и др. Эволюция феррито-перлитной структуры при импульсном токовом воздействии // Физика и химия обработки материалов. 2003. №4. -С.63-69.

108. Соснин О.В., Целлермаер В.В., Иванов Ю.Ф. и др. Анализ поверхности разрушения стали 60ГС2 при электростимулированной усталости // Вестник горнометалл, секции РАЕН. 2003. Вып.12. С.95-97.

109. Соснин О.В., Иванов Ю.Ф., Целлермаер В.В. Эволюция структуры стали 60ГС2 при циклических усталостных испытаниях в условиях токового воздействия // Известия вузов. Черная металлургия. 2003. № 12. С.27-30.

110. Соснин О.В., Козлов Э.В., Сучкова Е.Ю. Механизмы повышения усталостной прочности сталей электростимулированием // Сборник тезисов XIV Петербургских чтений по проблемам прочности, посвященных 300-летию С-Петербурга. -С-П.: СПГУ. -2003. -С. 191-192.

111. Соснин О.В., Целлермаер В.В., Сучкова Е.Ю. и др. Расчет эквивалентных критериев упругого разрушения стали в условиях чистого изгиба // Сборник трудов IV Российской выставки "Изделия и технологии двойного назначения". Москва: -МГИУ. -2003. -С.45-47.

112. Сучкова Е.Ю., Иванов Ю.Ф., Соснин О.В. и др. Электропластификация стали с мартенситной структурой // Материалы II Всероссийской конференции молодых ученых "Материаловедение, технологии и экология в III тысячелетии". -Томск: ИФПМ СО РАН. -2003. -С.93.

113. Соснин О.В., Целлермаер В.В., . Сучкова Е.Ю. Электротехнология восстановления усталостного ресурса перлитных сталей // Труды 5-й Международной конференции "Электромеханика, электротехнологии и электроматериаловедение". -Москва: МЭИ. -2003. -С.245-246.

114. Соснин О.В., Козлов Э.В., ., Сучкова Е.Ю. Закономерности эволюции дислокационных субструктур в сталях при усталости // Труды XY Международной конференции "Физика прочности и пластичности материалов". -Тольятти: ТГУ. -2003. -С. 16.

115. Иванов Ю.Ф., Козлов Э.В., . Сучкова Е.Ю. и др. Изменение мартенсита при усталости с токовым импульсным воздействием // Труды XY Международной конференции "Физика прочности и пластичности материалов". Тольятти: ТГУ. -2003. -С.250.

116. Методы исследований материалов: структура, свойства и процессы нанесения неорганических покрытий / Тушинский Л.И., Плохов A.B., Токарев А.О., Синдеев В.И. М.: Мир, 2004. - 384 с.

117. Клэрбиро Л. М., Харгривс M. Е. Успехи физики металлов. М.: Металлургиздат, 1936. - С.7-125.

118. Бернер Р., Кронмюллер Г. Пластическая деформация монокристаллов. М.: Мир, 1969. - 272 с.

119. Регель В.Р. Итоги науки. Физико-математические науки. Некоторые вопросы физики пластичности металлов. М.: Изд-во АН СССР, 1960. №3 - С. 12-66.

120. Панин В.Е., Гриняев Ю.В., Елсукова Т.Ф. и др. Структурные уровни деформации твердых тел // Изв. вузов. Физика. 1982. - № 6. -С.5-27.

121. Панин В. Е., Лихачев В. А., Гриняев Ю. В. Структурные уровни деформации твердых тел. — Новосибирск: Наука, 1985. 163 с.

122. Конева H.A., Козлов Э.В. Физическая природа стадийности пластической деформации // Известия вузов. Физика. 1990. №2. С.89-106.

123. В.В. Рыбин. Большие пластические деформации и разрушение металлов. -М.: Металлургия. 1986. 224 с.

124. Марочник сталей и сплавов/ Под ред. В.Г. Сорокина. -М.: Машиностроение, 1989. -640 с.

125. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий: В 2-х т./ Под ред. В.В. Клюева. М.: Машиностроение, 1976. - 456 с.

126. Муравьев В.В., Зуев Л.Б., Комаров К.Л. Скорость звука и структура сталей и сплавов. Новосибирск: Наука, 1996. - 283 с.

127. Фрактография и атлас фрактограмм / Под ред. Дж. Феллоуза. М.: Металлургия, 1982. -489 с.

128. Энгель Л., Клингеле Г. Растровая электронная микроскопия. Разрушение/ Справочник. Пер. С нем. М: Металлургия, 1986. - 232 с.

129. Соснин О.В., Иванов Ю.Ф., Целлермаер В.В. и др. Поверхность разрушения стали 60ГС2, подвергнутой усталостным испытаниям в условиях промежуточного электростимулирования // Физ. мезомех. 2003. - Т.6, - №3. -С. 91-97.

130. Глаголев A.A. Геометрические методы количественного анализа агрегатов под микроскопом. Львов: Госгеолитиздат, 1941. - 264 с.

131. Эндрюс К., Дайсон Д., Киоун С. Электронограммы и их интерпретация. М.: Мир, 1971.- 256 с.

132. Утевский Л.М. Дифракционная электронная микроскопия в металловедении. М.: Металлургия, 1973. - 368 с.

133. Конева H.A., Козлов Э.В. Природа субструктурного упрочнения // Изв. ВУЗов. Физика. 1982. -N8. -С.3-14.

134. Конева H.A., Лычагин Д.В., Жуковский С.П. и др. Эволюция дислокационной структуры и стадии пластического течения -поликристаллического железо-никелевого сплава // ФММ. 1985. - Т.60, N1. - С.171-179.

135. Хирш П., Хови А., Николсон Р. и др. Электронная микроскопия тонких кристаллов. -М.: Мир, 1968. 574 с.

136. Конева H.A., Козлов Э.В. Физика субструктурного упрочнения// Вестник ТГАСУ. -1999. -№1. -С.21-35.

137. Kozlov E.V., PopovaN.A., Ivanov Yu.F. et all. Structure and Sources of long-range Stress Fields in Ultrafine Grained Copper // Ann. Chim. Fr. - 1996. - N21. -P.427-442.

138. Теплякова Л.А., Игнатенко Л.Н., Касаткина Н.Ф. и др. Закономерности пластической деформации стали со структурой отпущенного мартенсита// В сборнике «Пластическая деформация сплавов. Структурно-неоднородные материалы». Томск: ТГУ, 1987. - С.26-51.

139. Салтыков С.А. Стереометрическая металлография. -М.: Металлургия, 1970. -376 с.

140. Чернявский К.С. Стереология в металловедении. М.: Металлургия, 1977.280 с.

141. Гольдштейн М.И., Фарбер В.М. Дисперсионное упрочнение стали. М.:

142. Металлургия, 1979. -208 с.

143. Воробьев C.B., Иванов Ю.Ф., Козлов Э.В. и др. Физическая природа разрушения аустенитной нержавеющей стали при усталости. // Вестник горно-металлугрической секции РАЕН: сб. статей/СибГИУ.- под ред. Г.В. Галевского. Новокузнецк, 2005 - С. 27-30.

144. Иванов Ю.Ф., Воробьев C.B., Коновалов C.B. и др. Эволюция дислокационных субструктур в стали 08Х18Н10Т при многоцикловой усталости // Известия вузов. Черная металлургия. 2005. № 4. С.32-34.

145. Воробьев C.B., Иванов Ю.Ф., Громов В.Е. Структурно-масштабные уровни электропластификации стали 08Х18Н10Т // Физическая мезомеханика т.8, №4, июль-август 2005 г. С. 95-101.

146. Воробьев C.B., Иванов Ю.Ф., Пискаленко В.В. и др. Эволюция зеренной структуры стали при многоцикловых усталостных испытаниях // Заготовительные производства в машиностроении № 10,2005 С. 45-49

147. Громов В.Е., Воробьев C.B., Иванов Ю.Ф. и др. Физические механизмы повышения усталостного ресурса стали токовым воздействием // Известия вузов. Черная металлургия. 2005. № 12. С.20-22.

148. Воробьев C.B., Иванов Ю.Ф., Коваленко В.В. и др. Структурно-фазовые состояния в аустенитной стали при многоцикловой усталости // Известия вузов. Физика. -2006.- №1.- С.88-96

149. Громов В.Е., Козлов Э.В., Базайкин В.И. и др. Физика и механика волочения и объемной штамповки. М.: Недра, 1997. - 293 с.

150. Петров Ю.Н. Дефекты и бездиффузионное превращение в стали. Киев: Наукова думка, 1978. - 267 с.

151. Ивахин М.П., Иванов Ю.Ф., Соснин О.В. и др. Роль электростимулирования в формировании градиентной структуры закаленной стали 60ГС2 // Вестник горно-металлургической секции РАЕН. Отделение металлургии. -Новокузнецк: СибГИУ, 2004. Вып. 13. - С. 168-174.

152. Ивахин М.П., Иванов Ю.Ф., Коновалов C.B. и др. Градиенты субструктуры усталостно-нагруженной стали 60ГС2 при импульсных токовых воздействиях // Труды V-ой Междунар. конф. «Электротехнические материалы и компоненты». Алушта, 2004. - С.325-330.

153. Гудков A.A. Трещиностойкость стали. М.: Металлургия, 1989. - 376 с.

154. Иванова B.C., Шанявский A.A. Количественная фрактография. Усталостное разрушение. Челябинск: Металлургия, Челябинское отделение, 1988. - 400 с.

155. Громов В.Е., Лебошкин Б.М., Попова H.A. и др. Процессы фрагментации в малоуглеродистой стали при интенсивной пластической деформации на мезоуровне// Физическая мезомеханика. 2001. - Т.4, №5. - С.89-96.

156. Козлов Э.В., Закиров Д.М., Попова H.A. и др. Субструктурно-фазовые превращения при интенсивной пластической деформации феррито-перлитной стали//Известия ВУЗов. Физика. 1998,- №3.- С.63-71.

157. Конева H.A., Лычагин Д.В., Теплякова Л.А. и др. Полосовая субструктура в ГЦК однофазных сплавах// Дисклинации и ротационная деформация твердых тел. Л.: ФТИ, 1988. - С.103-113.

158. Фрид ель Ж. Дислокации. М.: Мир, 1967. - 643 с.

159. НосковаH.PL Дефекты и деформация монокристаллов. Екатеринбург: УрО РАН, 1995. - ШсГ*

160. Бойко B.C., Гарбер Р.И., Косевич A.M. Обратимая пластичность кристаллов. -М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1991. 280 с.

161. Соснин О.В., Иванов Ю.Ф., Попова H.A. и др. Природа электростимулированной пластификации аустенитных сталей при усталости// Известия академии наук. Серия физическая. 2003. - Т.67, №10. - С.1388-1394.

162. Мартин Дж., Доэрти Р. Стабильность микроструктуры металлических систем.- М.: Атомиздат, 1978. 280 с.

163. Горелик С.С. рекристаллизация металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1978.- 568с.

164. Рекристаллизация металлических материалов / Ред. Ф. Хесснер. М.: Металлургия, 1982. - 352 с.1. УТВЕРЖДАЮ»

165. Главный метролог Т.А. Сваровская