Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка высокомарганцевых аустенитных сталей с улучшенным комплексом механических свойств

Номер контракта: 14.584.21.0003

Руководитель: Беляков Андрей Николаевич

Должность: ведущий научный сотрудник

Организация: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет"
Организация докладчика: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет"

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
перспективные конструкционные материалы; наноструктурные материалы; прочность и пластичность; усталость; разрушение; термомеханическая обработка; измельчение зерен; нанодвойники; мартенсит деформации.

Цель проекта:
Разработка высокомарганцевых аустенитных сталей и способов их обработки, обеспечивающих получение крупногабаритных полуфабрикатов с регламентированным комплексом механических свойств: - способы получения сталей с пределом текучести более 600 МПа, временным сопротивлением (пределом прочности) более 800 МПа, относительным удлинением после разрыва более 30%; - способы получения сталей с пределом текучести более 1000 МПа, временным сопротивлением (пределом прочности) более 1200 МПа, относительным удлинением после разрыва более 20%.

Основные планируемые результаты проекта:
Будут получены результаты экспериментальных исследований:
- закономерности формирования микроструктуры в перспективных высокомарганцевых сталях в процессе пластической обработки в условиях холодной и теплой деформации; влияние микроструктуры деформации на механическое поведение экспериментальных сталей;
- закономерности развития непрерывной динамической рекристаллизации в перспективных высокомарганцевых аустенитных сталях; режимы термомеханической обработки, обеспечивающей формирование субмикрокристаллической структуры в экспериментальных сталях, и влияние динамически и пост-динамически рекристаллизованной структуры на механические свойства;
- закономерности формирования нанокристаллической структуры в высокомарганцевых аустенитных сталей в процессе интенсивной пластической деформации; особенности статической рекристаллизации в высокомарганцевых сталях, подвергнутых интенсивной пластической обработке; влияние размера рекристаллизованных зерен на механические свойства.
Будут получены научные основы технологий производства перспективных высокомарганцевых сталей с регламентированной структурой и механическими свойствами.
Будут даны рекомендации по реализации разработанных методов получения перспективных высокомарганцевых аустенитных сталей с регламентированной структурой и механическими свойствами в реальном секторе экономики.
Будут получены образцы высокомарганцевых аустенитных экспериментальных сталей системы Fe- (18-22)% Mn-(1,5-6)% (Al+Si)- (0,3-0,6) C с регламентированными механическими свойствами.
РИД - 3 заявки на патенты по тематике проекта.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1. Настоящий проект, направленный на разработку способов получения высокомарганцевых сталей, обладающих высокой прочностью и усталостной стойкостью. Следует ожидать, что полученные при выполнении данного проекта научные результаты окажут большое влияние на дельнейшее развитие темы структурного упрочнения конструкционных материалов и позволят укрепить позиции отечественной науки в технологии создания перспективных материалов. Совместными усилиями с иностранным партнером будет выполнен анализ условий реализации множественного деформационного нанодвойникования, как одного из наиболее эффективных механизмов структурного упрочнения аустенитных сталей.
2. Несмотря на значительный интерес к получению высокопрочных аустенитных сталей, обладающих TWIP и TRIP эффектами при пластической деформации, подавляющее большинство выполненных научно-исследовательских работ рассматривали механические свойства при стандартных испытаниях на растяжение, тогда как усталостные свойства при циклическом нагружении систематически не изучались.
3. В последнее время со стороны научного и инженерно-технического сообщества наблюдается повышенный интерес к высокомарганцевым аустенитным сталям. Особый интерес к таким материалам обусловлен их уникальными механическими свойствами, сочетающими высокую прочность и пластичность, что связано с экстраординарной способность этих материалов к деформационному упрочнению. Уникальные механические свойства высокомарганцевых аустенитных сталей являются результатом, так называемых TWIP и TRIP эффектов, то есть пластичность, наведенная двойникованием (TWIP) и пластичность, наведенная мартенситным превращением (TRIP), которые имеют место в процессе пластической деформации. Высокомарганцевые стали с TWIP и TRIP эффектами стали активно использоваться в автомобильной технике. В Японии в настоящее время проводятся исследования таких сталей с точки зрения изготовления из них демпферных элементов сейсмостойких сооружений.
4. В рамках настоящего проекта будет выполнено комплексное исследование механических свойств высокомарганцевых аустенитных сталей, включая малоцикловую и высокоцикловую усталость. Особое внимание будет уделено изучению механизмов структурного упрочнения, ответственных за усталостные свойства сталей. В частности будет установлено влияние энергии дефектов упаковки и структурного состояния стали на прочность и сопротивление усталостному разрушению.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
В настоящее время основными потребителями высокомарганцевых аустенитных сталей являются производители автомобилей премиум-класса, в которых такие стали используются для производства ответственных элементов конструкции. В результате выполнения настоящего проекта будут разработаны способы производства высокомарганцевых сталей с регламентированными механическими свойствами, отличающиеся уровнем прочности и пластичности. Возможность выбора наиболее оптимальной с точки зрения механического поведения стали позволит повысить эффективность использования конструкционных материалов такого типа, т.е. использовать материал, свойства которого наиболее близко совпадают с требованиями прочности пластичности данного элемента конструкции. Потребность машиностроителей в конструкционных материалах с регламентированным уровнем свойств стимулирует металлопроизводителей в расширении ассортимента выпускаемой продукции и освоении производства новых конструкционных сталей и сплавов. Широкие перспективы применения высокомарганцевых аустенитных сталей обусловлены их уникальной способностью к деформационному упрочнению, являющейся результатом развития деформационного двойникования и мартенситного превращения с размером структурных элементов несколько десятков нанометров. Освоение отечественными металлургическими предприятиями производства высокомарганцевых аустенитных сталей с различной комбинацией свойств прочности и пластичности позволит укрепить позиции отечественной металлургии на рынке высокотехнологичных перспективных конструкционных материалов.

Текущие результаты проекта:
1. Получены образцы экспериментальных сталей методом многократной всесторонней ковке в условиях теплой деформации при температурах 400-600°С.
2. Установлена зависимость микротвердости от температуры деформации и отжигов образцов экспериментальных сталей в процессе многократной ковки в условиях теплой деформации и последеформационного отжига.
3. Оценены механические статические и циклические испытания на растяжение и усталостную долговечность образцов экспериментальных сталей с динамически и постдинамически рекристаллизованной структурой.
4. Проведен анализ изломов (фрактография) структурных изменений в экспериментальных сталях после усталостных испытаний.
5. Получены образцы после многократной всесторонней ковки в условиях холодной деформации при комнатной температуре.
6. Проведены отжиги холоднокованых образцов экспериментальных сталей при температурах 400 и 600°С.
7. Определены твердость и структурные параметры образцов экспериментальных сталей после многократной ковки в условиях холодной деформации и последеформационного отжига.