Влияние ударно-волнового нагружения на фазовый состав и свойства стали 05Г20С2
Исследовано влияние ударно-волнового нагружения на образцы стали 05Г20С2. Показано, что образцы, подвергнутые адиабатическому ударно-волновому сжатию импульсом давления 45 GPa длительностью 1 μs, испытывают частичное обратное α→γ-превращение, обусловленное экстремально высоким давлением....
Gespeichert in:
| Datum: | 2005 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
2005
|
| Schriftenreihe: | Физика и техника высоких давлений |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/70115 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Влияние ударно-волнового нагружения на фазовый состав и свойства стали 05Г20С2 / А.И. Дерягин, В.В. Милявский, Б.М. Эфрос, В.А. Завалишин, Л.В. Лоладзе, С.В. Гладковский // Физика и техника высоких давлений. — 2005. — Т. 15, № 1. — С. 86-90. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-70115 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-701152014-10-29T03:01:46Z Влияние ударно-волнового нагружения на фазовый состав и свойства стали 05Г20С2 Дерягин, А.И. Милявский, В.В. Эфрос, Б.М. Завалишин, В.А. Лоладзе, Л.В. Гладковский, С.В. Исследовано влияние ударно-волнового нагружения на образцы стали 05Г20С2. Показано, что образцы, подвергнутые адиабатическому ударно-волновому сжатию импульсом давления 45 GPa длительностью 1 μs, испытывают частичное обратное α→γ-превращение, обусловленное экстремально высоким давлением. Influence of wave-impact loading on 05Г20С2 steel samples has been investigated. It is shown that the samples subjected to the adiabatic wave-impact compression by pressure pulse of 45 GPa during 1 μs experience partial reverse α→γ transformation due to extremely high pressure. 2005 Article Влияние ударно-волнового нагружения на фазовый состав и свойства стали 05Г20С2 / А.И. Дерягин, В.В. Милявский, Б.М. Эфрос, В.А. Завалишин, Л.В. Лоладзе, С.В. Гладковский // Физика и техника высоких давлений. — 2005. — Т. 15, № 1. — С. 86-90. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 0868-5924 PACS: 62.50.+p, 81.40.Vw, 81.40.Rs http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/70115 ru Физика и техника высоких давлений Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Исследовано влияние ударно-волнового нагружения на образцы стали 05Г20С2. Показано, что образцы, подвергнутые адиабатическому ударно-волновому сжатию импульсом давления 45 GPa длительностью 1 μs, испытывают частичное обратное α→γ-превращение, обусловленное экстремально высоким давлением. |
| format |
Article |
| author |
Дерягин, А.И. Милявский, В.В. Эфрос, Б.М. Завалишин, В.А. Лоладзе, Л.В. Гладковский, С.В. |
| spellingShingle |
Дерягин, А.И. Милявский, В.В. Эфрос, Б.М. Завалишин, В.А. Лоладзе, Л.В. Гладковский, С.В. Влияние ударно-волнового нагружения на фазовый состав и свойства стали 05Г20С2 Физика и техника высоких давлений |
| author_facet |
Дерягин, А.И. Милявский, В.В. Эфрос, Б.М. Завалишин, В.А. Лоладзе, Л.В. Гладковский, С.В. |
| author_sort |
Дерягин, А.И. |
| title |
Влияние ударно-волнового нагружения на фазовый состав и свойства стали 05Г20С2 |
| title_short |
Влияние ударно-волнового нагружения на фазовый состав и свойства стали 05Г20С2 |
| title_full |
Влияние ударно-волнового нагружения на фазовый состав и свойства стали 05Г20С2 |
| title_fullStr |
Влияние ударно-волнового нагружения на фазовый состав и свойства стали 05Г20С2 |
| title_full_unstemmed |
Влияние ударно-волнового нагружения на фазовый состав и свойства стали 05Г20С2 |
| title_sort |
влияние ударно-волнового нагружения на фазовый состав и свойства стали 05г20с2 |
| publisher |
Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України |
| publishDate |
2005 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/70115 |
| citation_txt |
Влияние ударно-волнового нагружения на фазовый состав и свойства стали 05Г20С2 / А.И. Дерягин, В.В. Милявский, Б.М. Эфрос, В.А. Завалишин, Л.В. Лоладзе, С.В. Гладковский // Физика и техника высоких давлений. — 2005. — Т. 15, № 1. — С. 86-90. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| series |
Физика и техника высоких давлений |
| work_keys_str_mv |
AT derâginai vliânieudarnovolnovogonagruženiânafazovyjsostavisvojstvastali05g20s2 AT milâvskijvv vliânieudarnovolnovogonagruženiânafazovyjsostavisvojstvastali05g20s2 AT éfrosbm vliânieudarnovolnovogonagruženiânafazovyjsostavisvojstvastali05g20s2 AT zavališinva vliânieudarnovolnovogonagruženiânafazovyjsostavisvojstvastali05g20s2 AT loladzelv vliânieudarnovolnovogonagruženiânafazovyjsostavisvojstvastali05g20s2 AT gladkovskijsv vliânieudarnovolnovogonagruženiânafazovyjsostavisvojstvastali05g20s2 |
| first_indexed |
2025-07-05T19:25:15Z |
| last_indexed |
2025-07-05T19:25:15Z |
| _version_ |
1836836209351983104 |
| fulltext |
Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 1
86
PACS: 62.50.+p, 81.40.Vw, 81.40.Rs
А.И. Дерягин1, В.В. Милявский2, Б.М. Эфрос3, В.А. Завалишин1,
Л.В. Лоладзе3, Н.Б. Эфрос3
ВЛИЯНИЕ УДАРНО-ВОЛНОВОГО НАГРУЖЕНИЯ НА ФАЗОВЫЙ
СОСТАВ И СВОЙСТВА СТАЛИ 05Г20С2
1Институт физики металлов УрО РАН
ул. С. Ковалевской, 18, г. Екатеринбург, 620219, Россия
2Институт теплофизики экстремальных состояний РАН
ул. Ижорская, 13/19, г. Москва, 127412, Россия
3Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина НАН Украины
ул. Р. Люксембург, 72, г. Донецк, 83114, Украина
Исследовано влияние ударно-волнового нагружения на образцы стали 05Г20С2.
Показано, что образцы, подвергнутые адиабатическому ударно-волновому сжа-
тию импульсом давления 45 GPa длительностью 1 µs, испытывают частичное
обратное α→γ-превращение, обусловленное экстремально высоким давлением.
Экстремальные плотности энергии, высокие давления, сдвиговые напря-
жения в ударной волне могут вызвать различные фазовые переходы в спла-
вах. Ранее было исследовано влияние высокого давления на фазовые пре-
вращения в сталях. По правилу Ле-Шателье давление должно задерживать
γ→α-превращение, поскольку этот процесс идет с увеличением объема [1].
Действительно, в [2] показано, что под воздействием всестороннего сжатия
под давлением ~ 1 GPa снижается температура начала мартенситного пре-
вращения, уменьшается эффект превращения аустенита в мартенсит. Высо-
кое давление при всестороннем сжатии также уменьшает температуру и эф-
фект обратного α→γ-превращения [3]. В исходном состоянии парамагнит-
ная сталь 05Г20С2 содержит малое, магнитометрически контролируемое ко-
личество α-фазы, что позволяет магнитометрически контролировать фазо-
вый состав стали при воздействии высокого давления до 45 GPa, развивае-
мого при ударно-волновом нагружении.
Материал и методика исследования
Образцы стали 05Г20С2, закаленные от 950°C в масло, имели диаметр
10 mm и толщину 1 mm. Один из наиболее эффективных способов создания
Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 1
87
в исследуемых образцах экстремальных плотностей энергии и высокого
давления – использование химической энергии, выделяющейся при детона-
ции конденсированных взрывчатых веществ за время порядка нескольких
микросекунд. В рамках данной работы применялись взрывные метательные
устройства (ВМУ) для создания в образце импульсных давлений до ~ 45 GPa
с длительностью ~ 1 µs посредством удара металлических пластин, разо-
гнанных продуктами детонации взрывчатого вещества. Данные устройства
позволяют плоским образом метать дюралюминиевые пластины толщиной
4−10 mm и диаметром 90−100 mm со скоростью 1.13−3 km/s. Схематическое
изображение и параметры ВМУ приведены на рис. 1. Данное устройство
способствовало прохождению плоской ударной волны через образец с ам-
плитудой, обеспечивающей указанное выше импульсное давление.
Для проведения магнитометрических исследований исходные образцы и
подвергнутые ударно-волновому нагружению проходили электрохимиче-
скую полировку поверхности для удаления возможного загрязнения при об-
работке. Измерение магнитных свойств образцов осуществляли на магнит-
ных весах Фарадея с автокомпенсацией.
Экспериментальные результаты и их обсуждение
На исходных закаленных образцах стали 05Г20С2 и образцах после удар-
но-волнового нагружения при комнатной температуре проведены измерения
удельной намагниченности σ в зависимости от напряженности магнитного
поля Н (рис. 2). Видно, что в исходном состоянии образцы представляют со-
бой парамагнетики с включением некоторой доли ферромагнитной фазы
(кривая 1), о чем свидетельствует гистерезисная зависимость σ(H). Следова-
тельно, в исходном состоянии в парамагнитной стали присутствует некото-
рое количество α-фазы (~ 0.7% по величине намагниченности). По коэрци-
тивной силе оценен размер кристаллитов ~ 300 nm. Образцы, подвергнутые
адиабатическому ударно-волновому сжатию до давления 45 GPa, также яв-
ляются аустенитными с включением некоторой доли α-фазы, поскольку
Рис. 1. Схема устройства для
сохранения образца в сборе со
взрывным метательным устрой-
ством: 1 − взрывная линза; 2 −
ударник; 3 − фокусирующее
кольцо; 4 − охранное кольцо; 5 −
ампула для сохранения образца;
6 − таблетка; 7 − медная пробка;
8 − исследуемый образец; 9 −
охранная пластина
Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 1
88
Н , kOe
1
3
2
4
Рис. 2. Зависимость удельной намагниченности σ стали 05Г20С2 от напряженности
магнитного поля Н при комнатной температуре: 1 − исходный закаленный образец;
2 − образец после ударно-волнового нагружения P = 45 GPa; 3 − исходный образец
после выдержки 15 min при Т = 600°C; 4 − образец после ударно-волнового нагру-
жения P = 45 GPa и выдержки 15 min при Т = 600°C
сохраняется гистерезисная зависимость σ(H) (кривая 2). Однако видно, что
удельная намагниченность в 3 раза меньше, чем в исходном образце, и соот-
ветствует содержанию 0.2% α-фазы с размером кристаллитов ~ 150 nm.
Нагрев исходных образцов до температуры 600°C с 15-минутной вы-
держкой при этой температуре приводит к двукратному понижению содер-
жания α-фазы (кривая 3). Аналогичный нагрев образцов, испытавших удар-
но-волновое воздействие, приводит практически к исчезновению α-фазы
(кривая 4).
Проведены исследования температурной зависимости удельной намагни-
ченности исходных образцов и подвергнутых ударно-волновому воздейст-
вию со скоростью их нагрева 2 deg/min. На рис. 3 представлены зависимости
σ(Т) в поле Н = 2 kOe. Видно, что удельная намагниченность понижается с
ростом температуры и при 600°C как исходные образцы, так и подвергнутые
ударно-волновому воздействию полностью переходят в парамагнитное со-
стояние. Таким образом, температура Кюри α-фазы составляет 600°C, что
типично для α-мартенсита, и не изменяется после ударно-волнового воздей-
ствия.
В условиях адиабатического ударно-волнового сжатия до давления 45 GPa
возможные сдвиговые напряжения в образцах не приводят к образованию мар-
тенсита деформации, поскольку не происходит увеличение намагниченности
σ,
G
s⋅c
m
3 ⋅
g–1
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
–0.2
–0.4
–0.6
–0.8
–1.0
–1.2
–1.4
–5 –4 –3 –2 –1 0 1 2 3 4 5
Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 1
89
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1.1
1.2
0 100 200 300 400 500 600
Т , оС
1
2
Рис. 3. Зависимость удельной намагниченности σ стали 05Г20С2 в магнитном поле
Н = 2 kOe от температуры: 1 − исходный закаленный образец; 2 − образец после
ударно-волнового нагружения P = 45 GPa
образцов. Напротив, высокое давление и экстремальные плотности энергии,
получаемые в ударной волне, не только подавляют образование мартенсита,
но и приводят к уменьшению его доли в образцах. Это может быть обуслов-
лено пиковым разогревом образцов, способствующим обратному α→γ-
превращению, но в условиях высоких скоростей теплоотвода образца, за-
ключенного в медную ампулу, наблюдается лишь частичное либо только в
локальных областях α→γ-превращение. Причем, как показано в [3], высокое
давление значительно понижает температуру обратного α→γ-превращения и
его эффект. Поэтому наблюдается сохранение в образцах до 0.2% α-фазы
после ударно-волнового воздействия. Ранее в [4] нами наблюдалось в ста-
бильных марганцевых аустенитных сталях, подвергнутых сдвигу под высо-
ким давлением 8 GPa, образование α-мартенсита в локальных областях. Это
объяснялось процессами расслоения, которые приводят к понижению содержа-
ния марганца в микрообластях, что переводит их в метастабильное состояние.
В данном случае такие процессы, вероятно, не идут, поскольку это приводило
бы к повышению удельной намагниченности образцов, испытавших ударно-
волновое воздействие. Не происходит и изменение состава микрокристалли-
тов α-фазы, поскольку сохраняется постоянная температура Кюри образцов.
σ,
G
s⋅c
m
3 ⋅
g–1
1
2
Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 1
90
Таким образом, образцы стали 05Г20С2, подвергнутые адиабатическому
ударно-волновому сжатию импульсом давления 45 GPa длительностью 1 µs,
испытывают частичное обратное α→γ-превращение, обусловленное экстре-
мально высоким давлением.
1. М. Cohen, Acta metall. 1, 85 (1953).
2. А.И. Стрегулин, Л.А. Мельников, ФММ 8, 406 (1959).
3. Л.А. Мельников, Б.К. Соколов, А.И. Стрегулин, ФММ 15, 357 (1963).
4. А.И. Дерягин, Б.М. Эфрос, В.А. Завалишин, Л.В. Лоладзе, Н.Б. Эфрос, В.П. Пи-
люгин, ФТВД 13, № 3, 55 (2003).
A.I. Deryagin, V.V. Milyavsky, B.M. Efros, V.A. Zavalishin, L.V. Loladze, N.B. Efros
INFLUENCE OF WAVE-IMPACT LOADING ON PHASE COMPOSITION
AND PROPERTIES OF STEEL 05Г20С2
Influence of wave-impact loading on 05Г20С2 steel samples has been investigated. It is
shown that the samples subjected to the adiabatic wave-impact compression by pressure
pulse of 45 GPa during 1 µs experience partial reverse α→γ transformation due to ex-
tremely high pressure.
Fig. 1. Scheme of device for keeping sample as a unit with exploder-thrower unit: 1 −
lens-exploder; 2 − striker; 3 − focusing ring; 4 − guard ring; 5 − ampoule for sample pres-
ervation; 6 − tablet; 7 − copper plug; 8 − investigated sample; 9 − guard plate
Fig. 2. Dependence of specific magnetization σ of steel 05Г20С2 on magnetic field
strength Н at room temperature: 1 − initial quenched sample; 2 − sample after wave-
impact loading, P = 45 GPa; 3 − initial sample after a 15 min holding, Т = 600°C; 4 −
sample after wave-impact loading, P = 45 GPa and a 15 min holding, Т = 600°C
Fig. 3. Temperature dependence of specific magnetization σ of steel 05Г20С2 in mag-
netic field Н = 2 kOe: 1 − initial quenched sample; 2 − sample after wave-impact loading,
P = 45 GPa
|