Fázová transformace v austenitické oceli vyvolaná plastickou deformací

J. Drahokoupil¹ , P. Haušild ¹, V. Davydov ² and P. Pilvin³

¹FJFI ČVUT, Trojanova 13, 120 00 Praha 2, ČR

² UJF AV ČR

, v.v.i. , 250 68 Řež, ČR

³Laboratoire d'Ingénierie des Matériaux de Bretagne, Université de Bretagne-Sud, Rue de Saint Maudé, BP 92116, 56321 Lorient, France

draho@fzu.cz

Úvod

V austenitické oceli s nízkým obsahem niklu dochází vlivem formování za studena k fázové transformaci z kubického plošně centrovaného γ-austenitu na kubický prostorově centrovaný α´-martenzit a na hexagonální ε-martenzit [1]. Cílem tohoto výzkumu bylo porovnat charakterizaci martenzitické transformace v metastabilní austenitické oceli pomocí tří difrakčních technik (rtg, neutrony, EBSD). Kromě fázové transformace byla pozorována i textura a v případě rtg difrakce také vývoj velikosti krystalitů na vložené deformaci.

Materiál a experiment

Jako vzorky byly použity plechy tloušťky 0,68 mm z chrom-niklové austenitické oceli od firmy Arcelor-Mittal odpovídající označení AISI 301. Vzorky byly nataženy o 5%, 10%, 15% a 20% na přístroji INSPEKT 100kN a poté pozorovány ve světleném mikroskopu Neophot 32. EBSD byla provedeno na zařízení SEM FEI Quanta 200 FEG s EBSD analyzátorem TSL^TM. Pro rentgenová difrakční měření byl použit difraktometr X´Pert PRO s texturním nástavcem ATC-3, Co lampou a detektorem X´Celerator. Neutronová difrakce byla provedena na diffraktometru TEXTDIFF na reaktoru LVR-15 v Řeži.

Výsledky a diskuse

Světelná mikroskopie. Mikrostruktura počátečního stavu a po různém stupni plastické deformace je zobrazena na obr. 1.

Obrázek 1. Mikrostruktura oceli AISI301 v nedeformovaném stavu a po několika úrovních plastické deformace.

V nedeformovaném stavu je struktura tvořena velkými austenitickými zrny z typickou dvojčatovou strukturou. Vlivem plastické deformace se v těchto zrnech začínají objevovat martenzitické oblasti. Množství martenzitu se s rostoucí plastickou deformací zvětšuje až fáze martenzitu začne převládat na původním austenitem.

Fázová analýza. Všechny tři difrakční techniky prokázali, že deformační proces transformuje původní austenit převážně na α’-martenzit. V zanedbatelném množství byl pozorován i ε-martenzit. Procentuální objemové zastoupení plasticky indukovaného martenzitu je pro všechny tři difrakční techniky ve shodě s kinetickou rovnicí [2]. Objem martenzity se zvětšuje s rostoucí deformací, až postupně převáží nad původním austenitem dosahujíc hodnoty okolo 70%, viz obr. 2.

Obrázek 2. Vývoj objemové frakce α’ martenzitu po plastické deformaci.

Textura. Původní válcovací textura se během deformačního procesu téměř nezměnila, což opět potvrdili všechny tři difrakční techniky. Pólové obrazce pro nedeformovaný vzorek a vzorek po 20% deformaci se téměř neliší. Během fázové transformace se roviny původní roviny {111} austenitu mění na roviny {110} α’-martenzitu, viz obr. 3.

Obrázek 3. RTG pólové obrazce rovin {111} austenitu a {110} martenzitu pro vzorek s 10% deformací.

Velikost krystalitů. Stanovení velikosti krystalitů bylo komplikováno texturou, která omezuje množství pozorovatelných difrakcí pro danou orientaci vzorku, elastickou anizotropií, která komplikuje separaci deformační a velikostního rozšíření a pravděpodobnou směrovou závislostí velikostí krystalitů způsobenou orientováno deformací. Proto byla vybrána tato dvojice difrakcí {111}-{222} pro austenit a {110}-{220} pro martenzit a vzorek natočen o cca 25° od normály povrchu. Byla provedena korekce na rozšíření způsobeného nakloněním vzorku. Závislost velikosti částic na stupni deformace je ukázána na obr. 4.

Obrázek 4. Vývoj velikosti krystalitů s úrovní deformace.

Literatura:

1. L. Mangonon Jr., G. Thomas: Metall. Trans. 1 (1970), p. 1577.

2. H.C. Shin, T.K. Ha, Y.W. Chang: Scripta Mater. 45 (2001), p.823

Poděkování.

Tato práce vznikla za finanční podpory Grantové agentury České republiky zkrze grant č. 101/09/0702 a také díky projektu studentské grantové soutěže ČVUT č. SGS 10/300/OHK4/3T/14.