Будова й властивості великокутових спеціальних внутріфазних і міжфазних границь у металах і сплавах промислового виробництва - Автореферат

ПРИДНІПРОВСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук Будова й властивості великокутових спеціальних внутріфазних і міжфазних границь у металах і сплавах промислового виробництва Спеціальність 05.02.01 - матеріалознавство. Сухомлин Георгій Дмитрович Дніпропетровськ 2007 р. Дисертація є рукописом. Робота виконана у Державному підприємстві “Науково-дослідний та конструкторсько-технологічний інститут трубної промисловості ім. Я.Ю. Осади” Міністерства промислової політики України. У різних галузях народного господарства: атомній енергетиці, машинобудуванні, хімічній промисловості, будівництві, нафтогазовидобуванні, трубопровідному транспорті та ін. вимоги до експлуатаційних властивостей виробів з полікристалічних матеріалів, у тому числі сталей і сплавів, постійно зростають внаслідок підвищення (зниження) температур, збільшення швидкостей потоків, механічних напруг, агресивності середовищ. Важлива роль у формуванні властивостей полікристалічних матеріалів належить внутріфазним і міжфазним границям, структура і властивості яких у свою чергу залежать від хімічного складу, типів кристалічних решіток, режимів деформації і температурних обробок металопродукції. Тому сучасне матеріалознавство ставить завдання пошуку нових методологій і проведення систематизованих досліджень матеріалів на більш високому, атомно-кристалічному рівні, з використанням теоретичних основ і експериментальної бази металознавства, кристалографії, стереографічного й математичного аналізів, світлової і електронної мікроскопії. Це дозволяє відтворювати атомну будову міжзеренних і міжфазних границь, вивчати її вплив на формування традиційних і спеціальних властивостей металевих матеріалів, науково обґрунтовано управляти ними з метою одержання нових якісних характеристик. Робота присвячена розробці теоретичних основ матеріалознавства, що стосуються тонкої структури й властивостей спеціальних у концепції решіток співпадаючих вузлів (РСВ) великокутових внутріфазних і міжфазних границь зерен у полікристалічних матеріалах. Отримані теоретичні результати використані при створенні нових і вдосконаленні існуючих технологічних процесів виробництва труб та іншої металопродукції відповідального призначення відповідно до Закону України “Про загальнодержавну комплексну програму розвитку високих наукомістких технологій” (наказ Президента України від 11.07.2001. Ранні уявлення про структуру границь, їх роль у формуванні властивостей полікристалів ґрунтувалися на емпірично встановлених закономірностях і простих геометричних моделях. У ній, завдяки комплексному підходу і систематизації отриманих результатів, установлені нові закономірності формування низькоенергетичних спеціальних границь і стабільних зернограничних ансамблів у промислових полікристалічних матеріалах при твердофазних процесах структуроутворення, таких як рекристалізація, ріст зерна, фазові перетворення, які відбуваються у реальних виробах. Для досягнення зазначеної мети в роботі були поставлені наступні задачі: - розробити науковий і методичний підходи до вивчення кристалографічних залежностей між окремими кристалітами та їх ансамблями - для встановлення параметрів границь у широкому колі промислових полікристалічних матеріалів; - установити роль спеціальних границь У=3n, які утворюються при взаємодії між собою і з границями загального типу, у формуванні структури промислових полікристалічних матеріалів при їх температурно-деформаційних обробках; - визначити закономірності взаємодії границь У=3n з іншими елементами зернограничної структури - границями загального типу, стиками, вузлами; виявити топологічні особливості формування стійких зернограничних ансамблів, які складаються з границь У=3n і границь загального типу; - виявити методами електронної мікроскопії і мікродифракції взаємну орієнтацію (осі й кути повороту) зерен і кристалографічні параметри границь У=3n та виконати їх порівняльний аналіз із параметрами спеціальних границь у геометричній моделі РСВ; - на основі статистичного аналізу експериментальних даних установити точні орієнтаційні співвідношення між решітками цементиту і фериту в перлітних і квазіевтектоідних структурах у широко використовуваних низьколегованих сталях; - оцінити й довести універсальність отриманих нових результатів і встановлених закономірностей - на основі теоретичних і експериментальних досліджень характеристик спеціальних границь у матеріалах з мартенситними структурами, у тому числі у сплаві цирконію Zr1Nb, який широко використовується в світовій практиці для виробництва труб-оболонок тепловиділяючих елементів атомних енергетичних установок; - установити закономірності впливу спеціальних границь на корозійні, механічні і експлуатаційні властивості труб із промислових сталей і сплавів; - розробити і впровадити у виробництво нові й удосконалені режими температурно-деформаційних обробок і промислові технології виробництва металопродукції з матеріалів із ГЦК, ОЦК і ГЩУ кристалічними ре