Соответствует содержанию направления подготовки магистров 15.04.03 «Прикладная механика» по программе «Физика прочности и пластичности материалов». В данном учебном пособии рассматриваются физические механизмы, контролирующие процессы эволюции микроструктуры металлов при механической и термической обработке, и подходы к математическому моделированию этих процессов. В главе, посвященной пластической деформации, изложены основы микромеханики поликристалла, формирование текстуры деформации, явление фрагментации и создание ультрамелкозернистых структур, а также представлены модели деформационного упрочнения, использующие разную степень детализации при описании деформационной субструктуры. В главе, посвященной возврату и рекристаллизации, описаны процессы, происходящие при нагревании металлов, подвергнутых холодной деформации. Структурные аспекты и кинетика рекристаллизации представлены с учетом особенностей деформационной структуры, в частности ее неоднородности и наличия локальных градиентов ориентации. Фазовые превращения, включая диффузионное и сдвиговое (мартенситное) превращения, изучаются на примере сталей. Помимо кинетики зарождения и роста новой фазы рассмотрены особенности кристаллографии превращения, от которых в значительной степени зависят прочностные свойства материала. Одновременно с изложением физических основ мы стремились представить материал на современном уровне с учетом последних достижений в исследованиях микроструктуры металлических материалов. Предназначено для студентов магистратуры и исследователей в области науки о материалах.

The training manual corresponds to the content of the Master’s degree major 15.04.03 “Applied Mechanics” in the program “Physics of Strength and Plasticity of Materials”. This training manual considers the physical mechanisms controlling the processes of metal microstructure evolution during mechanical and thermal processing and approaches to mathematical modeling of these processes. The chapter devoted to plastic deformation describes the fundamentals of polycrystal micromechanics, deformation texture formation, fragmentation phenomenon, and creation of ultrafine grained structures, as well as presents strain hardening models that use different degrees of detail in describing the deformation substructure. In the chapter devoted to reversion and recrystallization, the authors describe the processes occurring during heating of metals subjected to cold deformatio. Structural aspects and kinetics of recrystallization are presented taking into consideration the peculiarities of the deformation structure, in particular its inhomogeneity and the presence of local orientation gradients. Phase transformations, including diffusion and displacive (martensitic) transformations, are studied on the example of steels. Apart from the kinetics of nucleation and growth of a new phase, the features of crystallography of the transformation, on which the strength properties of the material largely depend, are considered. Along with the presentation of the physical fundamentals, we tried to present the material at a modern level, taking into consideration the latest advances in the study of the microstructure of metallic materials. It is intended for Master’s program students and researchers in the field of materials science.

• ОГЛАВЛЕНИЕ
• ВВЕДЕНИЕ
• 1. ПЛАСТИЧЕСКАЯ ДЕФОРМАЦИЯ
• 1.1. Мера деформации, дислокации и однородная деформация монокристалла
• 1.1.1. Мера пластической деформации
• 1.1.2. Дислокация как носитель пластического сдвига
• 1.1.3. Однородная деформация кристалла
• 1.1.4. Поворот решетки монокристалла при деформации
• 1.2. Деформация поликристалла
• 1.2.1. Модель Тейлора
• 1.2.2. Напряженное состояние кристаллитов в поликристалле
• 1.3. Эволюция микроструктуры в процессе деформации
• 1.3.1. Эволюции структуры и стадии упрочнения монокристалла
• 1.3.2. Геометрически необходимые дислокации
• 1.3.3. Фрагментация – разбиение кристаллитов на разориентированные области в процессе деформирования
• 1.3.4. Деформационное двойникование
• 1.3.5. Крупномасштабные неоднородности структуры
• 1.3.6. Измельчение зерна при очень больших деформациях
• 1.4. Моделирование текстуры деформации
• 1.4.1. Способы описания и представления текстуры
• 1.4.2. Алгоритм моделирования текстурообразования в рамках модели Тейлора
• 1.4.3. Развитие теории текстурообразования
• 1.5. Моделирование эволюции структуры и деформационного упрочнения
• 1.5.1. Физическое и геометрическое упрочнение
• 1.5.2. Упрочнение и динамический возврат
• 1.5.3. Однопараметрическая модель упрочнения
• 1.5.4. Трехпараметрическая модель упрочнения
• 2. ВОЗВРАТ И РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИЯ
• 2.1. Основные понятия, действующие силы и кинетика межкристаллитных границ
• 2.1.1. Общая картина эволюции структуры при отжиге
• 2.1.2. Миграция плоской границы
• 2.1.3. Подвижность границы
• 2.1.4. Влияние кривизны границы
• 2.1.5. Влияние растворенных примесных атомов на миграцию границы
• 2.1.6. Торможение Зинера
• 2.1.7. Нормальный рост зерна (субзерна)
• 2.1.8. Аномальный рост зерна (субзерна)
• 2.2. Моделирование возврата
• 2.2.1. Однопараметрическое описание кинетики возврата
• 2.2.2. Особенности моделирования роста субзерен
• 2.3. Моделирование рекристаллизации
• 2.3.1. Формальная кинетика превращений «зарождения и роста»
• 2.3.2. Кинетика зарождения новых зерен
• 2.3.3. Кинетика роста
• 2.3.4. Общая кинетика рекристаллизации
• 2.4. Модель рекристаллизации поликристаллического материала
• 2.4.1. Время образования потенциального зародыша
• 2.4.2. Зарождение центра рекристаллизации
• 2.5. Моделирование текстуры рекристаллизации
• 2.5.1. Статистическая модель текстурообразования
• 2.5.2. Кинетическая модель текстурообразования
• 2.5.3. Влияние конкуренции фазовыделения и рекристаллизации на текстуру рекристаллизации холоднокатаной стали
• 2.6. Непрерывная и динамическая рекристаллизация
• 2.6.1. Непрерывная рекристаллизация
• 2.6.2. Динамическая рекристаллизация
• 3. ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ
• 3.1. Механизмы фазовых превращений
• 3.2. Диффузионные превращения в сталях
• 3.2.1. Зарождение феррита
• 3.2.2. Рост полигонального феррита
• 3.2.3. Мягкие столкновения при росте феррита
• 3.2.4. Упрощенный подход к моделированию неизотермического превращения
• 3.2.5. Видманштеттов феррит
• 3.2.6. Перлит
• 3.2.7. Выделение и рост мелких частиц
• 3.3. Сдвиговые превращения в сталях
• 3.3.1. Зарождение α-фазы при сдвиговом превращении
• 3.3.2. Деформация Бейна
• 3.3.3. Превращение с инвариантной плоскостью
• 3.3.5. Кристаллография и особенности строения бейнита и мартенсита
• 3.3.6. Кинетика превращения
• БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК