ПОВЕДЕНИЕ ЦЕМЕНТИТА В ПЕРЛИТНЫХ СТАЛЯХ ПРИ ДЕФОРМАЦИИ

Представлен краткий обзор последних экспериментальных результатов изучения цементита как структурной составляющей перлита, полученных методов просвечивающей микроскопии при различных видах деформирования. Исследовано поведение пластинчатого и зернистого цементита при видах активной деформации (ковке, штамповке, волочении, прокатке, длительной эксплуатации рельсов). Представлены исследования зернистого перлита на образцах углеродистой эвтектоидной стали марки У8, содержащей 0,8 % С, 0,18 % Mn, 0,22 % Si, 0,17 % Cr, 0,12 %Ni, 0,10 % Cu. Рассмотрен исторический аспект происхождения названия «цементит». Из истории металлографического изучения это вещество рассматривается как самостоятельной фазы. Приведен пример практического применения перлитной стали в конструкции моста Акаси-Кайке в Японии (самый длинный однопролетный подвесной мост, опирающийся на огромные тросы из перлитной стали). Уделено внимание анализу трансформации в ходе различных технологических процессов, его морфологии и структурным особенностям, проанализированы основные механизмы разрушения. Выявлено, что при большом пропущенном тоннаже в поверхностном слое накапливается критическая плотность дефектов, что сдерживает развитие обратимой упругой деформации и вовлечение (развитие) механизма пластической дисторсии. Высказано предположение, что повышение ресурса работы рельсов может быть достигнуто за счет более длительного сохранения структуры, способной к развитию обратимых деформационных процессов, исключающих разрушение цементитных пластин в перлитных колониях с последующим перемещением атомов углерода на дефекты (дислокации) и области решетки a-железа

1. Счастливцев В.М., Медведева Н.И., Крапошин В.С., Талис А.Л., Карькина Л.Е., Карькин И.Н., Кузнецов А.Р., Кабанова И.Г., Яковлева И.Л., Мирзаев Д.А., Табатчикова Т.И., Воронин В.И., Хлебникова Ю.В., Окишев К.Ю. Цементит в углеродистых сталях. Екатеринбург: Изд-во УМЦ УПИ, 2017:380.

2. Гуляев А.П. Металловедение. Москва: Металлургия, 1986:544.

3. Тушинский Л.И., Батаев А.А., Тихо-мирова Л.Б. Структура перлита и конструктивная прочность стали. Новосибирск: Наука: Сиб. изд. фирма, 1993:278.

4. Bhadeshia H. Cementite. International Materials Reviews. 2019;65(1):1–27. http://dx.doi.org/10. 1080/09506608.2018.1560984

5. Chezeau N., De Réaumur à la Première Guerre Mondiale: les étapes de la maîtrise de l’acier, l’essor des aciers spéciaux. Comptes Rendus Chimie. 2012;15(7):585‒594

6. Цементит в углеродистых сталях / Под ред. В.М. Счастливцева. Екатеринбург: Изд-во УМЦ УПИ, 2017:380 с.

7. Гаврилюк В.Г. Распределение углерода в стали. Киев: Наукова думка. 1987:208.

8. Гриднев В.Н., Гаврилюк В.Г., Мешков Ю.Я. Прочность и пластичность холоднодеформированной стали. Киев: Наукова думка. 1974:231.

9. Koptseva N.V., Efimova Y.Y., Gulin A.E. Behavior of fine pearlite plates in the defor-mation of high-carbon steel. Steel in Translation. 2019;49:286–290.

10. Hong M.N., Reynolds Jr. W.T., Tarui T., Hono K. Atom Probe and Transmission Electron Microscopy Investigations of Heavily Drawn Pearlitic Steel Wire. Metallurgical and Materials Transactions A. 1999;30(13):717–727. http://dx. doi.org/10.1007/s11661-999-1003-y

11. Read H.G., Reynolds W.T., Hono K., Tarui T. Apfim and TEM Studies of Drawn Pearlitic Wire. Scripta materialia. 1997;37(8):1221–1230.

12. Карькина Л.Е., Зубкова Т.А., Яковлева И.Л. Исследование дислокационной структуры цементита зернистого перлита после холодной пластической деформации. Физика Металлов и Металловедение. 2013;114(3):255–263. https://doi.org/10.7868/S0015323013030091

13. Целлермаер В.Я. Субструктурно-фазовые превращения при интенсивной пластиче-ской деформации металлов. Известие вузов. Черная металлургия. 1999;12:44–49.

14. Gavriliyuk V.G. Decomposition of ce-mentite in pearlitic steel due to plastic deformation. Materials Science and Engineering: A. 2003;345 (1-2):81–89. http://dx.doi.org/10.1016/S0921-50 93(02)00358-1

15. Грачев В.В., Громова А.В., Целлермаер В.Я., Ивахин М.П., Козлов Э.В. Эволюция дислокационных субструктур в мало- и среднеуглеродистых сталях при волочении. Вестник Самарского государственного технического университета. Сер.: Физ.-мат. науки. 2004;27:123‒129.

16. Кузнецов Р.В., Кормышев В.Е., Громов В.Е., Иванов Ю.Ф., Шлярова Ю.А. Тpансформация структурно-фазовых состояний в головке рельсов при экстремально длительной эксплуатации. Известия вузов. Черная металлургия. 2022;65(3):209–215. https://doi.org/10. 17073/0368-0797-2022-3-209-215

17. Кузнецов Р.В., Перегудов О.А., Шляров В.В. Перераспределение атомов углерода в рельсах при сверхдлительной эксплуатации. Известия вузов. Черная металлургия. 2022;65(2):134–136. https://doi.org/10.17073/ 0368-0797-2022-2-134-136

18. Громов В.Е., Иванов Ю.Ф., Кузнецов Р.В., Глезер А.М., Шлярова Ю.А., Перегудов О.А. Деформационное преобразование структуры и фазового состава поверхности рельсов при сверхдлительной эксплуатации. Деформация и разрушение материалов. 2022;1:35–39. https://doi.org/10.31044/1814-4632-2022-1-35-39

19. Кузнецов Р.В., Громов В.Е., Иванов Ю.Ф., Юрьев А.А., Кормышев В.Е., Полевой Е.В. Эволюция структурно-фазовых состояний и свойств дифференцированно закаленных 100-метровых рельсов при экстремально длительной эксплуатации. Сообщение 5. Градиентные структурно-фазовые состояния по радиусу скругления головки рельсов после сверхдлительной эксплуатации. Проблемы черной металлургии и материаловедения. 2022;1:9–18. https://doi.org/10.54826/19979258_2022_1_56

20. Иванов Ю.Ф., Громов В.Е., Кузнецов Р.В., Шлярова Ю.А., Юрьев А.А., Кормышев В.Е. Структура рельсов после экстремально длительной эксплуатации. Известия вузов. Физика. 2022;65(3(772)):160–165. https://doi. org/10.17223/00213411/65/3/160

21. Кузнецов Р.Е., Громов В.Е., Иванов Ю.Ф., Кормышев В. Е., Шлярова Ю.А., Юрьев А.А. Градиенты структуры, фазового состава и дислокационной субструктуры рельсов при сверхдлительной эксплуатации. Известия Алтайского государственного университета. 2022;1:44–50. https://doi.org/10.14258/izvasu (2022)1-06

22. Григорович К.В., Громов В.Е., Кузнецов Р.В., Иванов Ю.Ф., Шлярова Ю.А. Формирование тонкой структуры перлитной стали при сверхдлительной пластической деформации. Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки. 2022;503(1):8–12. https://doi.org/10.31857/S2686740022020079

23. Козлов Э.В., В.Е. Громов, Коваленко В.В., Попова Н.А. Градиентные структуры в перлитной стали. Новокузнецк: ИЦ СибГИУ. 2004:224.

24. Козлов Э.В., Попова Н.А., Жулейкин С.Г., Коваленко В.В., Ветер В.В., Громов В.Е. Градиентные структуры неравновесного перлита в деформируемой стали. Физическая мезомеханика. 2003;6(5):73–79. https://doi.org/ 10.24411/1683-805X-2003-00067

25. Попова Н. А., Жулейкин С.Г., Игнатенко Л.Н., Коваленко В.В., Ветер В.В., Громов В.Е., Козлов Э.В. Образование градиентных структур в перлитной стали при эксплуатации. Вестник российских университетов. Математика. 2003;4:589‒590.

26. Грачев В.В., Сарычев В.Д., Петров В.И., Громов В.Е. Градиентные структурно-фазовые состояния в рельсовой стали, формирующиеся при дифференцированной термической об-работке и в процессе эксплуатации. Вестник ТГУ. 2003;8:4.

27. Panin V.E., Egorushkin V.E., Panin A.V., Chernyavskii A.G. Plastic distortion as a fundamental mechanism in nonlinear mesomechanics of plastic deformation and fracture. Physical Mesomechanics. 2016;19(3):255–268. http://dx.doi. org/10.1134/S1029959916030048

28. Panin V.E., Derevyagina L.S., Lebedev M.P., Syromyatnikova A.S., Surikova N.S., Pochivalov Yu.I., Ovechkin B.B. Scientific basis for cold shortness of structural bcc steels and their structural degradation at below zero temperatures. Physical Mesomechanics. 2017;20(2):125–133. http://dx.doi.org/10.1134/S1029959917020023

29. Панин В.Е., Иванов Ю.Ф., Юрьев А.А., Громов В.Е., Панин С.В., Кормышев В.Е., Рубанникова Ю.А. Эволюция тонкой структуры и свойств металла рельсов при длительной эксплуатации. Физическая мезомеханика. 2020;5:85‒94.

30. Фетисов В.П. Оценка пластичности при деформации углеродистой стали. Литье и металлургия. 2019;3:85‒88.

31. Gavriljuk V.G. Decomposition of cementite in pearlitic steel due to plastic deformation. Materials Science and Engineering A. 2003;345:81–89. http://dx.doi.org/10.1016/S0921-5093(02)00358-1

32. Li Y.J., Chai P., Bochers C., Westerkamp S., Goto S., Raabe D., Kirchheim R. Atomic-scale mechanisms of deformation-induced cementite decomposition in pearlite. Acta Materialia. 2011;59:3965–3977. http://dx.doi.org/10.1016/j.actamat.2011.03.022

33. Gavriljuk V.G. Effect of interlamellar spacing on cementite dissolution during wire drawing of pearlitic steel wires. Scripta Materialia. 2001;45(12):1469–1472. http://dx.doi.org/10.1016/S1359-6462(01)01185-X

34. Панин В.Е., Егорушкин В.Е., Панин А.В. Нелинейные волновые процессы в деформируемом твердом теле как многоуровневой иерархически организованной системе. УФН. 2012;182(12):1351–1357. https://doi.org/10.3367/UFNr.0182.201212i.1351

35. Панин В.Е., Громов В.Е., Иванов Ю.Ф., Юрьев А.А., Кормышев В.Е. Роль кривизны решетки в деградации структуры поверхностного слоя металла рельсов при длительной эксплуатации. Доклады Российской Академии наук. Физика, Технические Науки. 2020;494(1):89–92. https://doi.org/10.31857/ S2686740020050144