3. Исследуемый материал и методика эксперимента

Исследуемый материал. В качестве объектов изучения была выбрана аустенитная нержавеющая сталь 12Х18Н10Т, химический состав которой приведен В таблице 1. Хромникелевая сталь 12Х18Н10Т широко используется при производстве деталей и узлов конструкций атомных реакторов. Данная сталь наряду с высокими эксплуатационными свойствами характеризуется также небольшой величиной энергии дефекта упаковки и является метастабильной-склонной к мартенситному γ→α'-превращению при деформации. Изучение подобного материала с точки зрения взаймосвязи накопления латентной энергии и таких явлений как индуцируемое деформацией мартенситное γ→α'-превращение представляет несомненный интерес.

Таблица 1. Химический состав стали 12Х18Н10Т

C	Cr	Ni	Ti	Si	Mn	Fe	Проче
0.1	17.0	10.66	0.5	0.34	1.67	Ост	0.032 P, 0.032 S

Иследуемые образцы стали 12Х18Н10Т представляли собой пластины толщиной 0.3 мм в виде двойной лопатки с размером рабочей части 3.5х10 мм. Образцы изготовлен с помощью специально разработанный штампе.(рис 1а). Кроме того в отдельных экспериментах исползовали гантелеобразные образцы (рис 1 б).

а б

Рис. 1. Форма и размеры исследуемых образцов: а-плоский, б-цилиндрический.

Микроструктура иследуемого образца стали 12Х18Н10Т представлен на рис.2

Х 200

Х 800

Рис. 2. Микроструктура нержавеющей аустенитной стали 12Х18Н10Т

Термообработка материала. Термообработка материала проводилась в вакуумном отжиговом посте и заключалась в нагреве до 1323 К, выдержке в течение 30 мин и охлаждении в воде.

в)

Рис. 3. Фотография отжигового поста: а) вакуумметр ионизационно-термопарный ВИТ-2; б) печь; в) термопара.

Механические испытания на растяжение. После анализа литературных публикаций по методам определения латентной энерги оптимальным был признана метод механических испытаний в калориметре. Этот метод позволяет одновременно и с высокой точностью фиксировать поведение материала при деформации и сопутствующие тепловые явления.

Установка для механических испытаний в калориметре /6/ состоит (см.рис.3а) из калориметрического блока 1, размещаемой внутри него сборки для деформирования образцов 2, силового привода 3 и измерительной части, включающей в себя датчики нагрузки и удлинения оригинальной конструкции (фото 3d). В качестве калориметрического блока использован стандартный дифференциальный микрокалориметр Кальве фирмы "Setaram"(Франция).(фото 3b). Его измерительный узел представляет собой массивный алюминиеввый цилиндр с двумя высверленными в нем рабочими ячейками в виде вертикально расположенных каналов диаметром 17 и длиной 600 мм. В своей нижней части каналы оканчиваются посеребренными стаканчиками 4 (собственно микрокалориметричесая ячейка), каждый из которых окружен батареей одинаковых термопар, состоящей из 500 штук. Батареи соединены "навстречу" друг другу таким образом, что фиксируется сигнал разбаланса, связанный с протеканием теплового процесса в одной из ячеек /24/, (в другую ячейку помещается эталонный образец). Максимальная чуствительность калориметра, не хуже ~ 10^-7 Вт, при том, что типичные значения тепловой мощности, рассеиваемой деформируемым образцом в нашем случае находится в диапозоне от ~ 10^-5 до ~ 10^-2 Вт. Рабочий диапазон температур установки-от комнатной до 473 К

Для растяжения образца 8 применяется микроразрывное устройство 2, состоящее из приемника образца 9 (см. также фото 3с), размещаемого непосредственно внутри калориметрической ячейки, полого опорного стаканчика с расположенной внутри тягой 10. При этом образцы крепятся в захватах испытательной машины с помощью штифтов 11, что существенно сокращает время контакта с ними и позволяет избежать перекосов. Деформация производится с помощью ходового винта с червячным редуктором 6, вращение которого осуществляется посредством вала от расположенного на удалении двигателя 3 с многоступенчатым редуктором 7. Скорость перемещения подвижного захвата с помощью специально сконструированного редуктора можно выбирать в диапазоне от 0.01 до 2.2 мм/мин.

В процессе эксперимента одновременно регистрируются диаграмма "нагрузка F - удлинение Δ " и "скорость тепловыделения время t ". Из экспериментальных данных с помощью разработанного пакета программ рассчитывали деформационные зависимости A, Q, E_s и P.

Рисунок 4. a) Блок-схема установки (Обозначения см. в тексте. b). Фотография калориметрического блока. c) Внешний вид сборки для растяжения с закрепленным внутри образцом d) Блок датчиков нагрузки и удлинения.

-затраченная работа; -диссипированное тепло;

E_s = A – Q – запасенная энергия; P = (A – Q) / A – относительная запасенная энергия.

С целью изучения особенностей мартенситного γ→α' превращении в зависимой от скорости деформации механические испытания на растяжение проводили на универсальной испытательной машине "Инстрон-1195" (рис 5) .

рис. 5. Фотография универсального испытательного машины "Инстрон-1195"

О пределение ферромагнитной α'-фазы. Во время механических испытаний через некоторый интервал времени останавливали растяжние, разгружали образец и определяли степень намагниченности стали, связанную с образованием и накоплением мартенситной α'-фазы. Распределение магнитной α'-фазы по образцу определяли с помощью магнитомера "Феритскопа "(рис.6).

Рис.6. Фотография магнитомера "Феритскопа"