Аннотация результатов, полученных в 2019 году
В результате выполненных исследований получены следующие основные научные результаты. 1. Получены экспериментальные образцы ультрамелкозернистой феррит/мартенситной стали ЭИ961Ш методами холодной прокатки до 70%, теплой прокатки до 70% и равноканального углового прессования. 2. Определены основные структурные параметры (средний размер зерна, спектр разориентировок, доля специальных и большеугловых границ, постоянная решетки, размер областей когерентного рассеяния, величина среднеквадратичных микроискажений кристаллической решетки, фазовый состав и объемная доля частиц) в образцах феррит/мартенситной стали подвергнутых холодной прокатке до 70% и теплой прокатке до 70%. После холодной прокатки формируется полосовая структура вдоль направления прокатки со средней шириной пластин 200 нм. По границам вытянутых зерен наблюдается строчное выделение карбидов типа M23C6. Доля крупных карбидов с увеличением степени деформации уменьшается вследствие их фрагментации. Доля большеугловых границ зерен для холодной прокатки достигает 44%. Теплая прокатка приводит к формированию полосовой структуры с шириной полос около 5 мкм, но развитой субзереной структурой со средним размером 300 нм. Соответственно доля большеугловых зерен после теплой прокатки достигает 33 %. Наблюдаемые карбиды более равномерно распределены по анализируемой площади. 3. Установлены основные структурные параметры (средний размер зерна, спектр разориентировок, доля специальных и большеугловых границ, постоянная решетки, спектр разориентировок, доля специальных и большеугловых границ, размер областей когерентного рассеяния, величина среднеквадратичных микроискажений кристаллической решетки, фазовый состав и объемная доля частиц в ультрамелкозернистых образцах феррит/мартенситной стали, полученных методом равноканального углового прессования. Установлено, что в процессе интенсивной пластической деформации методом РКУП протекают процессы динамического деформационного старения, приводящие к увеличению объемной доли карбидных частиц 2 раза. 4. Выявлены закономерности в изменениях структуры ультрамелкозернистых образцов феррит/мартенситной стали, полученных методами холодной прокатки, теплой прокатки и равноканального углового прессования, после дополнительной термической обработки (перезакалки), проведенной для деформационно-индуцированного мартенситного превращения. Перезакалка в обоих случаях после холодной и теплой прокатки приводит к нарушению металлографической текстуры и формированию равноосной зеренной структуры со средним размером зерен в 0,9 и 1 мкм соответственно. При этом появляются нанодвойники шириной 20 -100 нм и доля специальных границ зерен увеличивается с 1-2 % после прокатки до 6,9 % после перезакалки. После перезакалки РКУП образцов происходит формирование однородной ультрамелкозернистой структуры со средним размером зерна 0,8 мкм, равномерным распределением карбидных и повышенной долей специальных границ с 2,5 до 7 %. При этом происходит увеличение микротвердости образцов с 3,5 ГПа после стандартной обработки до 5,2 ГПа. 5. Опубликованы 3 статьи в рецензируемых научных журналах, индексируемых в базах данных Web of Science или Scopus. 6. Отправлен годовой научно-технический отчет. 7. Полученные результаты представлены в докладе Никитиной М.А. на международной научной конференции BNM-2019, состоявшейся 25-27 сентября 2019 года в Уфе, Россия, а также в тезисах доклада Ганеева А.В. на международной научной конференции EUROMAT 2019, 1-5 сентября, Стокгольм, Швеция. 8. Полученные результаты использованы при подготовке диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Никитиной М.А «Повышение прочностных и усталостных свойств ферритно-мартенситной стали ЭИ-961Ш путем формирования ультрамелкозернистой структуры, защита которой состоялась 29 ноября 2019 года в Уфимском государственном авиационном техническом университете.

Аннотация результатов, полученных в 2020 году
За второй год выполнения проекта получены следующие основные научные результаты: 1. Проведено сравнительное исследование термической стабильности экспериментальных образцов ферритно-мартенситной стали, подвергнутых обработке методами холодной прокатки, РКУП и дополнительной термообработки обоих состояний при температуре выше фазового превращения феррит/аустенит. Установлено, что длительные в течение 100 часов отжиги при температуре 450˚С не приводят к существенным изменениям в структуре образцов после ХП50%, после ХП50%+ПЗ, а так же после РКУП+ПЗ. Все сформированные структурные особенности в результате предшествующей деформационно-термической обработки сохраняются. После длительных отжигов при температуре 600˚С (100 часов) в образцах, подвергнутых дополнительному деформационно-индуцированному мартенситному превращению (ХП50%+ПЗ, РКУП+ПЗ), происходит уменьшение количества нано-двойников. Начинаются процессы рекристаллизации, приводящие к формированию равноосных зерен, свободных от дислокаций. Размер и характер распределения частиц вторых фаз во всех состояниях остается практически неизменным. Исследования процессов текстурообразования при прокатке ферритно-мартенситной стали показали, что они сопровождаются активностью {110}<111>, {123}<111> систем скольжения и {112}<111>систем двойникования. Впервые обнаружен текстурный переход H {001}<110> → L {0 1}<011> в ферритно-мартенситной стали, который свидетельствует о развороте зерен в процессе перезакалки прокатанных образцов. Установлено, что наблюдаемый текстурный переход сопровождается активизацией процессов двойникования и повышением доли специальных границ зерен. 2. Установлено, что измельчение зеренной структуры методами РКУП и ХП50% привело к увеличению предела прочности ферритно-мартенситной стали ЭИ961Ш с 900 МПа после стандартной обработки до 1050 МПа и 1250 МПа, соответственно. При этом микротвердость увеличилась с 3500 МПа после стандартной обработки до 3900 МПа после ХП50% и до 4500 МПа после РКУП. Применение дополнительной термообработки путем перезакалки с целью активации дополнительного деформационно-индуцированного мартенситного превращения позволило достичь значений микротвердости 4400 и 5200 МПа в состояниях после ХП50% и РКУП, соответственно. Анализ влияния коротких (0,5 часа) и длительных (100 часов) отжигов в диапазоне рабочих температур до 600°С для ферритно-мартенситной стали выявил сохранение термической стабильности микротвердости в образцах, подвергнутых РКУП и ХП50%. Используя дополнительную термическую обработку путем перезакалки, удалось дополнительно увеличить предел прочности до 1400 МПа и 1380 МПа в РКУП и ХП50% образцах, соответственно. 3. Выявлено положительное влияние измельчения зеренной структуры на усталостные свойства ферритно-мартенситной стали ЭИ961Ш. Так, применение обработок ХП50%, РКУП и РКУП+ПЗ позволило повысить предел выносливости на базе 107 циклов до 590 МПа, 570 МПа и 730 МПа, соответственно, по сравнению с пределом выносливости 470 МПа в образцах, подвергнутых стандартной обработке. Более мелкие частицы вторых фаз и равномерное их распределение по границам и в теле зерна, сформированные в результате таких обработок, тормозят развитие трещины, повышая предел выносливости. Дополнительным упрочняющим фактором явилось формирование структуры, содержащей специальные и двойниковые границы. 4. Опубликованы 2 статьи в рецензируемых научных журналах, индексируемых в базах данных Web of Science или Scopus, принадлежащих к Q1. 5. Отправлен годовой научно-технический отчет.

Аннотация результатов, полученных в 2021 году
1. Деформационная обработка ХП50% и РКУП способствовала значительному росту ударной вязкости во всем диапазоне температур испытаний. Так величина KCV-40 увеличилась до 200 КДж/м2 и 520 КДж/м2, соответственно, по сравнению с 25 КДж/м2, наблюдавшему в образцах, подвергнутых стандартной обработке. Применение комбинированной обработки (ХП50%+ПЗ и РКУП+ПЗ) привело к дальнейшему повышению ударной вязкости. В частности в случае ХП50%+ПЗ наблюдалось повышение ударной вязкости KCV-40 в 22 раза до 550 КДж/м2, по сравнению образцами, подвергнутыми стандартной обработке (25 КДж/м2). После РКУП+ПЗ ударная вязкость дополнительно повысилась при температурах испытаний выше 0˚С. При отрицательных температурах наиболее критические значения KCV-40 для РКУП и РКУП+ПЗ образцов были близки. Вместе с тем уже при температуре испытаний 20оС величина KCV20 для образцов РКУП+ПЗ равная 950 МПа существенно превысила значения для РКУП образцов 630 КДж/м2. 2. В текущем году были завершены усталостные испытания образцов, подвергнутых комбинированной обработке (ХП50%+ПЗ). Установлено, что дополнительная перезакалка образцов ХП50% приводит к увеличению предела выносливости до 800 МПа, которое оказалось существенно выше по сравнению со значением 590 МПа, наблюдавшемся в образцах, подвергнутых обработке ХП50%. Достигнутое значение предела выносливости 800 МПа было на 70% выше, по сравнению с пределом выносливости в образцах, подвергнутых стандартной обработке (472 МПа). В процессе усталостных испытаний образцов было выявлено динамическое старение, которое сопровождалось увеличением параметра решетки, ростом микроискажений кристаллической решетки, уменьшением размера областей когерентного рассеяния, увеличением плотности дислокаций и укрупнением дисперсных частиц. 3. Исследования, выполненные при реализации проекта, выявили положительное влияние измельчения зеренной структуры методами РКУП и ХП50% на характеристики прочности, усталости и ударной вязкости (КСV-40), которые повысились на 16% и 38%, 20% и 25%, в 22 и 8 раз, соответственно, по сравнению с образцами, подвергнутыми стандартной обработке. Предложенная термообработка РКУП и ХП образцов в виде перезакалки с температуры выше температуры фазового превращения аустенит/феррит позволила дополнительно повысить значения предела прочности, предела выносливости и ударной вязкости на 55% и 53%, 55% и 69%, в 22 и 19 раз, соответственно, по сравнению с образцами, подвергнутыми стандартной обработке. Повышенные значения прочности, усталости и ударной вязкости в образцах РКУП+ПЗ и ХП50%+ПЗ были достигнуты благодаря формированию ультрамелкозернистой (УМЗ) структуры, а также присутствию более мелких частиц вторых фаз и их равномерному распределению по границам и в теле зерен, препятствующих движению дислокаций и развитию микротрещин. Дополнительным упрочняющим фактором явилось формирование УМЗ структуры, содержащей повышенную долю специальных и двойниковых границ. 4. Опубликованы 2 статьи в рецензируемых научных журналах, индексируемых в базах данных Web of Science или Scopus, 1 статья в рецензируемом научном журнале, входящем в перечень ВАК, РИНЦ. 5. Отправлен годовой научно-технический отчет. 6. Подготовлена и отправлена заявка на патент. 7. Полученные результаты представлены в докладах Фрик А.А. на 3-й Международной конференция "Актуальные проблемы прочности" (АПП) и 10 -й Международной Школе "Физическое материаловедение" (ШФМ) 13-17 сентября, г. Тольятти, тема доклада «Термическая стабильность структуры стали ЭИ-961Ш после комбинированной обработки»; на Девятой Международной конференция «КРИСТАЛЛОФИЗИКА И ДЕФОРМАЦИОННОЕ ПОВЕДЕНИЕ ПЕРСПЕКТИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ» посвященной 100-летию со Дня рождения академика Б.К. Вайнштейна и Четвертой Международной Школе Молодых Ученых АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ, 22-26 ноября 2021 г., МиСИС, г. Москва, Тема доклада «Усталостные свойства стали ЭИ-961Ш после комбинированной обработки».