Розробка наукової концепції формування в сплавах заліза структур нано- і субмікророзмірного рівня. Метод подрібнення зеренної структури сплавів заліза до нанорозміров при поєднанні поверхневої інтенсивної пластичної деформації тертям та газових середовищ.
Аннотация к работе
З аналізу літератури виходить, що у світовій практиці проблема диспергування зеренної структури в процесі ІПД з одночасною дифузією атомів впровадження раніше не формулювалася і навіть завдання таке не ставилось, хоча її рішення має велике значення для ефективного регулювання хімічного і фазового складу, уповільнення процесів повернення і рекристалізації і, як наслідок, посилення схильності матеріалу до подрібнення і збереження ультрадисперсної структури. Одним з ефективних напрямів поліпшення фізико-механічних характеристик і властивостей матеріалів може бути поєднання процесів високоенергетичних механічних дій на матеріал методами ІПД, наприклад, тертям з одночасною дифузією елементів з газового середовища для зміни його фазового складу та структурного стану. Дана дисертаційна робота виконувалась відповідно до програми науково-дослідних робіт Міністерства освіти і науки України «Нові речовини і матеріали» за держбюджетними науково-дослідними темами «Дифузія елементів проникнення та фазові перетворення в сплавах заліза при фрикційному нагріванні» (№ державної реєстрації 0102U000738), «Механохімічне утворення наноструктур на масивних металевих матеріалах та їх фізико-механічні властивості» (№ державної реєстрації 0104U003132), «Нанорозмірні структури на поверхні заліза, сформовані інтенсивною пластичною деформацією і одночасною дифузією азоту» (№ державної реєстрації 0106U002155), «Фізика деформації і руйнування при локальному навантаженні кристалічних та аморфних матеріалів жорсткими інденторами на нано-і мікрорівнях» (№ державної реєстрації 0106U006525), за планами науково-дослідної роботи кафедри фізики металів НТУУ «КПІ». Метою роботи є рішення важливої науково-технічної проблеми - розробка наукової концепції формування в сплавах заліза структур нано-і субмікророзмірного рівня шляхом інтенсивної пластичної деформації тертям в газових середовищах, яка узагальнює вплив змін зеренної і дислокаційної структури на особливості дифузії і фазових перетворень у вказаних умовах, а також механічну поведінку і комплекс механічних характеристик матеріалу в дисперсному стані для прогнозування і забезпечення заданих властивостей. Провести теоретичні і експериментальні дослідження впливу вихідної структури, температурних і часових параметрів процесу ІПД тертям на диспергування зеренної структури заліза і залізо-титанових сплавів в різних газових середовищах; якісно і кількісно визначити зміну дисперсності зеренної структури, параметрів дислокаційної структури, ступеня деформації за товщиною подрібненого шару.Другий розділ присвячено вибору матеріалів дослідження, обґрунтуванню і розвитку розробленого автором способу поверхневої ІПД, вибору умов обробки обєктів дослідження ІПД тертям в газових середовищах, опису умов проведення експериментів, методам дослідження структури і механічних характеристик. Для визначення оптимальної температури ефективного диспергування зеренної структури зразки сплавів заліза обробляли тертям при різних температурах в інтервалі 573-1073 К (300-800°С) в аргоні, на повітрі та в аміаку. Характерною особливістю диспергованого ІПДТ заліза є структурний градієнт, який виявляється в зменшенні розмірів елементів структури від мікро-до субмікро-і нанорозмірного рівнів та в збільшенні щільності дислокацій (від 1011 до 1016 м-2) в напрямку до поверхні, який виникає в результаті градієнту ступеню і швидкості деформації за товщиною зразка від поверхні до недеформованої основи. Після тертя в аміаку товщина диспергованого шару виявилася в 3,5 рази більше, а мінімальний розмір зерна в наноструктурної ділянці в 2 рази менше у порівнянні з тертям в аргоні (рис. Умови подрібнення зеренної структури поверхневого шару заліза в процесі ІПДТ показують, що при постійній температурі розмір зерна залежить від ступеня і швидкості деформації, зменшуючись з їх збільшенням (рис.Отримані експериментальні результати і розвинена наукова концепція мають загальний характер для сплавів на основі заліза, вносять значний вклад до розвитку наукових уявлень про структурні перетворення в процесі ІПД, а також ІПД в поєднанні з дифузією атомів з газового середовища, що викликають подрібнення зерен до субмікро-і нанорозмірів та істотно змінюють комплекс механічних характеристик і можуть служити теоретичною основою для створення наноструктурного стану з підвищеним рівнем механічних властивостей для поліпшення експлуатаційних характеристик традиційних конструкційних матеріалів. Розроблено і науково обґрунтовано новий підхід до створення способу термомеханічній та термомеханікохімічній обробки для ефективного подрібнення зеренної структури сплавів заліза до нанорозмірів при високоенергетичних механічних діях на матеріал інтенсивної пластичної деформації тертям (ІПДТ) в газових середовищах, що на відміну від існуючих способів поверхневої ІПД забезпечує формування широких областей диспергованої структури деформаційно-дифузійного походження. Вперше встановлено взаємний інтенсифікуючий вплив процесів деформаційного диспергування зеренної стру