Выполнение научно-исследовательских работ"Физическая природа механического поведения упорядочивающихся высококремнистых сплавов Fe-Si" во время проведения стажировки в Институте физики прочности и материаловедения СО РАН .

НИР посвящена комплексным исследованиям железокремнистых сплавов с высоким содержанием кремния, методам получения сплавов закалкой из расплава, металлургическим переделом и выращиванием монокристаллов, анализу изменения температуры вязко-хрупкого перехода, предела текучести, параметра порядка и др. с целью получения сплавов, обладающих повышенными физическими и пластическими свойствами.
Целью работы являлось установление физической природы механического поведения упорядочивающихся сплавов Fe-Si с повышенным содержанием кремния.
В работе использованы следующие методы физических исследований твердых тел: механические испытания образцов, оптическая металлография, просвечивающая электронная микроскопия, рентгеновская фотоэлектронная и эмиссионная спектроскопии, метод математического планирования эксперимента.
Установлено, что снижение содержания примесей (С и S) и температуры конца горячей прокатки приводит к повышению пластичности при комнатной температуре сплавов Fe-Si с повышенным (3,5-4,5 %) содержанием кремния. Влияния степени деформации при последнем проходе и скорости охлаждения после горячей прокатки на пластичность сплавов не обнаружено.
Показано, что повышение скорости кристаллизации после вакуумной выплавки, модифицирование церием, устранение операций ковки и горячей прокатки как нежелательных технологических операций, а также осуществление теплой прокатки в соответствующих условиях позволяют увеличить технологичность высококремнистого (6%Si) железа при холодной прокатке. В основе полученного результата лежит снижение размера зерна после выплавки и эффективного размера зерна после теплой прокатки соответственно до 50 и до 3-4 мкм.
Сплавы Fe-Si, полученные в виде ленты толщиной 20-40 мкм, обладают повышенной прочностью и пластичностью по сравнению с аналогами, полученными «обычным» способом.
Более высокая прочность обусловлена развитой фрагментацией зерен быстрозакаленной природы (призматических петель и микропор), являющихся препятствием при движении дислокаций. Более высокая пластичность связана не только с наличием меньшего размера зерен, но и с существованием развитой полигональной структуры, а также с заметным подавлением дальнего порядка (сверхдислокации в упорядоченной решетке, как правило, сильно заблокированы.
С помощью оценки температуры вязко-хрупкого перехода при варьируемых структурных параметрах (состав сплава, содержание примесей, размер зерна, степень атомного порядка, характер дислокационной структуры, параметры электронной структуры) детально исследована роль различных факторов в понижении пластичности сплавов Fe-Si при содержании кремния свыше 9 ат.%.
Показано, что основными факторами, определяющими понижение пластичности сплавов, являются твердорастворные эффекты и дальний атомный порядок. Изменение содержания азота и углерода в пределах 10-4 – 10-2 мас.% на пластичность влияет незначительно.
Установлено, что основными причинами неблагоприятного влияния дальнего порядка по типу D03 являются резкое понижение склонности к поперечному скольжению винтовых сверхдислокаций и заметное повышение барьера Пайерлса подвижных дислокаций.
Показано, что твердорастворный эффект обусловлен повышением ковалентной составляющей межатомной связи для пар атомов типа Fe-Si, которая пропорциональна концентрации атомов кремния в сплаве и степени ближнего порядка в твердом растворе.