ФИЗИКА МЕТАЛЛОВ И МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ, 2004, том 98, № 1, с. 76-82
_ СТРУКТУРА, ФАЗОВЫЕ ^^^^^^^^^^
ПРЕВРАЩЕНИЯ И ДИФФУЗИЯ
УДК 669.152674-194:669.112.227.34
о взаимосвязи деформационных процессов двойникования е-МАРТЕНСИТА и образования а'-мартенсита в метастабильных сталях с низкой энергией дефектов упаковки аустенита1
© 2004 г. Ю. Р. Немировский, М. С. Хадыев, М. А. Филиппов
Уральский государственный технический университет, 620002 Екатеринбург, ул. Мира, 19
Поступила в редакцию 23.10.2003 г.; в окончательном варианте - 16.12.2003 г.
Представлены морфологические особенности и установлены кристаллографические условия возникновения кристаллов деформационного а'-мартенсита, связанные с возможностью двойникова-ния е-мартенсита.
В достаточно широкой концентрационной области сталей на основе системы Fe-Mn-Cr, характеризующихся низкой энергией дефектов упаковки (ЭДУ) аустенита, наряду с е-мартенситом (ГПУ-решетка) как при охлаждении, так и при деформации возникает а'-мартенсит (решетка на базе ОЦК-решетки а-Fe). Кристаллы а'-мартенсита располагаются в пластинах е-мартенсита с габитусом {111}Y || (001)е, а параметры формоизменения при их образовании (габитус, направление макроскопического сдвига) существенно отличаются от характерных для а-мартенсита сталей с высокой ЭДУ аустенита [1-3].
В двухфазных (у + е)-сплавах типа Г20 (Fe -~20% Mn) было обнаружено два варианта деформационного двойникования е-мартенсита. Основной соответствует плоскостям двойникования {102} е и идентичен наблюдавшемуся в метаста-бильной аустенитной стали 30X12É23 с деформационным превращением у —► е [4], а при деформации вблизи температуры начала обратного превращения е —► у наряду с преобладающими {102} е-двойниками возникают и двойники типа {101}е [5, 6].
В работах [7, 8] были установлены закономерности образования конкретных ориентировок кристаллов деформационного а'-мартенсита в е-пластинах метастабильных сталей, имеющих в исходном закаленном состоянии как аустенит-ную, так и двухфазную (у + е)-структуру. Это позволило детально проанализировать взаимосвязь возникновения а'-кристаллов со сдвиговыми процессами в пересекающихся плоскостях {111} Y [9]. Рассмотрение такой взаимосвязи для е-двойников представлено в [10].
1 Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект 01-0396429).
При электронно-микроскопических исследованиях структуры сталей после относительно низких степеней квазистатической деформации, как правило, наблюдали раздельное возникновение е-двойников и кристаллов деформационного а'-мартенсита (см., напр., [5, 6, 11]). Как редкая особенность структуры был отмечен в [6] случай непосредственного контакта а'-кристалла и {101}е-двойника.
В сильно деформированных сталях мы иногда обнаруживали участки структуры, позволявшие предполагать наличие взаимосвязи {102}е-двой-ников и а'-кристаллов. Однако детальному анализу характера этой взаимосвязи препятствовали сопутствующие высоким степеням квазистатической деформации значительные искажения структурных и фазовых составляющих структуры, а также значительные остаточные напряжения, приводящие к локальным изгибам при утонении фольги для электронно-микроскопического исследования.
В целом вопрос о принципиальной возможности и характере взаимосвязи двух основных деформационных процессов перекристаллизации пластин е-фазы - их двойникования и превращения в а'-мартенсит до настоящего времени оставался открытым. Его рассмотрение было целью данной работы.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
Исследование стали типа Г20 (Бе —20% Мп) после закалки содержали ~50-70% е-мартенсита. Деформацию осуществляли квазистатическим одноосным растяжением цилиндрических образцов, из рабочей части которых поперек продольной оси (оси растяжения) вырезали плоские заготовки для последующего их утонения и электрон-
но-микроскопического исследования структуры. Использовали также высокоскоростное нагруже-ние - подрыв взрывчатого вещества на поверхности образцов, при котором возможна большая полнота развития в металлах разнообразных деформационных процессов при минимальной остаточной пластической деформации и низком уровне дальнодействующих остаточных напряжений [2, 12]. Такое нагружение создает благоприятные условия для получения информации о структуре сильно деформированного металла методом просвечивающей электронной микроскопии тонких фольг.
При кристаллографическом анализе полученной электронно-микроскопической информации использовали аналитическое описание ориента-ционных соотношений (ОС) фазовых и структурных составляющих [13].
Для двойников типа {101} е1 и {102} е1 в качестве стандартного (первого) варианта ОС (ОС1)
приняты системы двойникования (101)е1[ 212 ]е1 и
(102)е1[ 211 ]е1. Базис в решетке двойника (ед1) получали поворотом базиса первичной е-пластины (ех) на 180° вокруг нормали к плоскости двойникования. Вычисление матриц ОС для всех шести пространственно различных ориентаций {101 }е или {102}е-двойников (е^, i = 1-6), принципиально возможных в решетке первичной ех-пластины (ех), приведено в [14]. При использовании [13, 14] система двойникового макроскопического сдвига в базисах всех едГориентировок имеет одинаковые индексы, отличающиеся от индексов системы двойникования варианта ОСх в егбазисе лишь противоположным знаком направления сдвига.
При анализе относительных ориентаций решеток кристаллов у-, е- и а'-фаз в качестве стандартного принят вариант ОСХ, для которого
( 111 )Y || (001 )е || (011 )а' и [ 011 ]т || [ 100 ]е || [ 111 ]а '•
Отнесенные к решетке аустенита матрицы ОС для всех шести ориентировок а'-мартенсита, возможных в ГПУ-решетке первичной ех-пластины или в е-двойнике, имеются в [15]. При использовании [13, 15] соответствующая а'-мартенситу система макроскопического сдвига (плоскость габитуса и направление сдвига, см. [3]) в базисе решетки а-кристаллов для всех вариантов ОС
имеет одинаковые индексы ~(533 )[655]а.
При представлении результатов нижние индексы указывают номер варианта ОС согласно [14, 15].
Информация о кристаллографических соотношениях е-двойников, возникших в первичной егпла-
стине, с кристаллической решеткой исходного ау-стенитного зерна имеется в [10].
РЕЗУЛЬТАТЫ
(102}е-двойники и a'-мартенсит. Выявленные в результате исследования типичные морфологические и кристаллографические проявления взаимосвязи {102}е-двойников и кристаллов деформационного а'-мартенсита иллюстрирует рис. 1.
Совместный анализ изображения и микродифракций показал, что в приведенном на рис. 1а участке структуры взрывное нагружение закаленного сплава Г20 привело к появлению в широкой первичной ех-пластине двух достаточно массивных (102)е-двойников (ед1). Как в егпластине, так и в двойниках отчетливо видны типичные для деформированной е-фазы дефекты упаковки по базисным плоскостям {001}е. В одном из ед1-двой-ников возникли два одинаково ориентированных а2д -кристалла, где нижняя буква "д" указывает на морфологическую и ориентационную связь а'-кри-сталла с двойником (вариант ОС2). Кроме того, имело место зарождение а'-кристаллов на границе ед1-двойников и их последующий рост в егпла-стину. Такие кристаллы на рис. 1 обозначены " а2е", поскольку их ориентационная связь с егре-шеткой также соответствовала варианту ОС2.
Относительное расположение рефлексов от решеток ех, ед1, а2д и а2е на электронограммах (рис. 16, 1в, 1д) и положение следов габитусных плоскостей на рис. 1а полностью соответствует расчету, что подтверждает справедливость принятых ОС и морфологических характеристик деформационных ед- и а'-кристаллов в случае взрывного нагружения.
К числу существенных особенностей участка структуры, представленного на рис. 1а, относится параллельность следов базисных плоскостей в ех
и в ед1 следам габитусов а2д - и а2 е -кристаллов соответственно. Было установлено, что эта особенность не является случайным следствием частной ориентировки фольги. Выполненный с использованием матриц ОС расчет показал, что системе макросдвига а'-кристалла в обоих случаях практически параллельна система сдвига (001)[ 010 ]е в решетке е-фазы по другую сторону от ех/ед1-границы (угловые отклонения ~6.5° и ~5° по плоскости и направлению соответственно). При этом направление
[ 010 ]е в решетках ех и ед1 строго параллельно направлению кристаллографического сдвига [111] а2 в
соответствующих а2 -кристаллах.
В метастабильной аустенитной стали 30Х12Г23, где при низкотемпературном квазистатическом
323 411
Зoнa [195]а2д
210 > 301
(г)
Зoнa [173]а2д
Зoнa [361]
»-О-
113
012 112 Зoнa [I2I]Ei
Зoнa [121]el Зoнa [101]a2e
iii 020
101
121
(e)
012
Рис. 1. Bзаимocвязь a'-кpиcтaллoв и {102}e-двoйникoв:
a - cnnaB 05r20C1T, дeфopмaция EspL^oi^; б, в, д - микpoэлeктpoнoгpaммы Ei + д^ Ei + а2д и Ei + а2e cooтвeтcтвeннo; г, e - cxeuM индициpoвaния элeктpoнoгpaмм "б + в" и "д" cooтвeтcтвeннo.
pacтяÊeнии мoÊeт вoзникaть бoльшoe кoличe-ctbo дeфopмaциoннoй e-фaзы [4], тaкÊe был o oбнapyÊeнo oбpaзoвaниe a'-кpиcтaллa в {102} E-двoйникe пoд дeйcтвиeм бaзиcныx сдвигов в ex-плacтинe.
Taким oбpaзoм, кpиcтaллы дeфopмaциoннoгo a'-мapтeнcитa мoгyт вoзникaть нa гpaницax {102}e-двoйникoв, пoявившиxcя та бoлee paннeй cтaдии дeфopмaции, и pacra в двoйник пoд дeйcт-виeм бaзиcныx cдвигoв в peшeткe пepвичнoй ex-плacтины либo pacra в e1-плacтинy пoд дeйcтвиeм бaзиcныx cдвигoв в peшeткe двoйникa. BoзмoÊ-нocть тaкиx пpoцeccoв oбycлoвлeнa и oбecпeчeнa блaгoпpиятным coчeтaниeм opиeнтaциoнныx co-oтнoшeний кpиcтaлличecкиx ex-, eд-, a'-peшeтoк и пapaмeтpoв фopмoизмeнeния, xapaктepныx для oбpaзoвaния a'-мapтeнcитa.
B e1-плacтинe имeютcя тaкÊe двoйники пo плo-^ocra ( ÏO2 )El (eд4 - Baprnrn OC4 в [14]), oдин из то-
тopыx явнo вoзник в мecтe выxoдa pocшeгo в двoй-никe а2д-кpиcтaллa нa eд1/e1-гpaницy. Ho тaкoe иницииpoвaниe {102}e-двoйникoв пpoиcxoдит, пo-видимoмy, oтнocитeльнo peдкo.
^и взpывнoм нaгpyÊeнии в пepвичныx e1-плac-тинax вoзникaeт дocтaтoчнo мнoгo тонких и пpoтя-Êeнныx кpиcтaллoв a'-мapтeнcитa и {102}e-двoйни-кoв. Ho пpямoгo иницииpoвaния тaкими a'-кpиc-тaллaми пpoцecca двoйникoвaния e1-плacтины или иницииpoвaния pacтyщим {102}e-двoйникoм мapтeнcитнoгo п
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.