ИССЛЕДОВАНИЕ ЗЕРЕННОЙ И ДИСЛОКАЦИОННОЙ СТРУКТУРЫ НАНОСТРУКТУРНЫХ МЕХАНОСПЛАВЛЕННЫХ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ CMWP-МЕТОДОМ

На примере механосплавленных порошковых сталей (Fe_95,5C_4,5, Fe_90,6Si₅C_4,4, Fe_92,5Cr₃C_4,5) сравнивали различные методы анализа рентгеновских дифракционных данных. Показано, что традиционные методы анализа рентгенограмм, такие как, например, метод Вильямсона - Холла, не подходят для исследования структуры наноструктурных сталей. Зеренную и дислокационную структуру этих материалов изучали при помощи полнопрофильного CMWP-метода. Определены средние размеры блоков когерентного рассеяния и их распределение по размерам, а также плотности дислокаций и их характеристики в зависимости от легирования и температуры отжига. В результате отжигов механически сплавленных сталей формируется бимодальная зеренная структура вследствие избирательного роста зерен. Плотность дислокаций и эволюция дислокационной структуры при отжигах находятся в сильной зависимости от типа легирующего элемента.

рентгеновская дифракция, дислокационная структура, наноматериалы, стали, размер зерна, микроискажения, x-ray diffraction, dislocation structure, nanomaterials, steels, grain size, microstrains

1. Носкова Н. И. Механизмы деформации и разрушения нанокристаллических материалов / Вестник Тамбовского университета. Серия: Естественные и технические науки. 2013. Т. 18. №4. С.1963 - 1973.

2. Гусев А. И. Нанокристаллические материалы: методы получения и свойства. -Екатеринбург: УрО РАН, 1998. - 115 с.

3. Валиев Р. З., Александров И. В. Объемные наноструктурные металлические материалы. - М.: Академкнига, 2007. - 398 с.

4. Suryanarayana C., Koch C. C. Nanocrystalline materials - Current research and future directions / Hyperfine Interactions. 2000. Vol. 130. N 1 - 4. P. 5 - 44.

5. Huang J. Y., Zhu Y. T., Jiang H., Lowe T. C. Microstructures and dislocation configurations in nanostructured Cu processed by repetitive corrugation and straightening / Acta Materialia. 2001. Vol. 49. N9. P. 1497 - 1505.

6. Liao X. Z., Huang J. Y., Zhu Y. T., Zhou F., Lavernia E. J. Nanostructures and deformation mechanisms in a cryogenically ball-milled Al -Mg alloy / Philosophical Magazine. 2003. Vol. 83. N 26. P. 3065 -3075.

7. Zhu Y. T., Huang J. Y., Gubicza J., Ungar T., Wang Y. M., Ma E., Valiev R. Z. Nanostructures in Ti processed by severe plastic deformation / Journal of Materials Research. 2003. Vol. 18. N 8. P. 1908 - 1917.

8. Chen Y. Z., Herz A., Li Y. J., Borchers C., Choi P., Raabe D., Kirchheim R. Nanocrystalline Fe - С alloys produced by ball milling of iron and graphite / Acta Materialia. 2013. Vol. 61. P. 3172 - 3185.

9. Ribarik G., Ungar T., Gubicza J. MWP-fit: a program for multiple whole-profile fitting of diffraction peak profiles by ab initio theoretical functions / J. Appl. Crystallogr. 2001. Vol. 34. N 5. P. 669 - 676.

10. Ribarik G., Gubicza J., Ungar T. Correlation between strength and microstructure of ball-milled Al - Mg alloys determined by X-ray diffraction / Mater. Sci. Engin. 2004. Vol. 387. P. 343 - 347.

11. Wilkens M. Theoretical aspects of kinematical X-ray diffraction profiles from crystals containing dislocation distributions. Fundamental As pects of Dislocaton Theory / Nat. Bur. Stand. 1970. Vol. 2. N317. P. 1195- 1221.

12. Krivoglaz M. A. Theory of X-ray and Thermal Neutron Scattering by Real Crystals. - New York: Plenum Press, 1969.

13. Revesz A., Nagy L., Ribarik G., Kovacs Z., Ungar T., Lendvai J. Microstructural evolution in mechanically alloyed nanocrystalline Al-20 at.% Mg alloy / J. Metastable Nanocrystalline Mater. 2005. Vol. 24. P. 149- 152.

14. Ribarik G., Audebrand N., Palancher H., Ungar T., Louer D. Dislocations and crystallite size distributions in ball-milled nanocrystalline fluorides MF2 (M = Ca, Sr, Ba, Cd) determined by X-ray diffraction-line-profile analysis / J. Appl. Crystallogr. 2005. Vol. 38. P. 912 - 926.

15. Balogh L., Ribarik G., Ungar T. Stacking faults and twin boundaries in fcc crystals determined by x-ray diffraction profile analysis / J. Appl. Physics. 2006. Vol. 100. N2. P. 023512-1 -023512-10.

16. Шелехов Е. В., Свиридова Т. А. Программы для рентгеновского анализа поликристаллов / МиТОМ. 2000. N 8. P. 16 - 19.

17. Borbely A., Dragomir I. C., Ribarik G., Ungar T. Computer program Anizc for the calculation of diffraction contrast factors of dislocations in elastically anisotropic cubic, hexagonal and trigonal crystals / J. Appl. Crystallogr. 2003. Vol. 36. P. 160 - 162.

18. Новиков И. И. Дефекты кристаллического строения металлов. - М.: Металлургия, 1975. - 208 с.

19. Williamson G. K., Hall W. H. X-Ray line broadening from filed aluminum and wolfram / Acta Metallurgica. 1953. Vol. 1. P. 22 - 31.

20. Иверонова В. И., Ревкевич Г. П. Теория рассеяния рентгеновских лучей. - М.: МГУ, 1972. - 246 с.

21. Ungar T., Gubicza J., Ribarik G., Borbely A. Cristallite size-distribution and dislocation structure determined by diffraction profile analysis: Principles and practical application to cubic and hexagonal crystals / J. Appl. Crystallogr. 2001. Vol. 34. P. 298 - 310.

22. Ribarik G., Ungar T. Characterization of the microstructure in random and textured polycrystals and single crystals by diffraction line profile analysis / Mater. Sci. Engin. 2010. Vol. 528. P. 112 - 121.

23. Kerber M., Schafler E., Zehetbauer M. Processing and evaluation of X-Ray line profiles measured from nanostructured materials produced by severe plastic deformation / Rev. Adv. Mater. Sci. 2005. Vol. 10. P. 427 - 433.

24. Valiev R. Z., Kozlov E. V., Ivanov Yu. F., Lian J., Nazarov A. A., Baudelet B. Deformation behaviour of ultra-fined-grained copper / Acta Metallurgica Materialia. 1994. Vol. 42. N 7. P. 2467 - 2476.

25. Ungar T., Tichy G. The Effect of Dislocation Contrast on X-Ray Line Profiles in Untextured Polycrystals / Physica status solidi (a). 1999. Vol. 171. N2. P. 425 -434.

26. Малыгин Г. А. Влияние дисперсии распределения зерен по размерам на прочность и пластичность нанокристаллических металлов / Физика твердого тела. 2008. Т. 50. N 6. P. 1013 - 1017.

27. Andrievski R. A. Review of thermal stability of nanomaterials / J. Mater. Sci. 2014. Vol. 49. P. 1449 - 1460.

28. Michels A., Krill C. E., Ehrhardt H., Birringer R., Wu T. D. Modelling the influence of grain-size-dependent solute drag on the kinetics of grain growth in nanocrystalline materials / Acta Materialia. 1999. Vol. 47. N7. P. 2143 -2152.