Формирование наноструктуры в сплаве 21НМКТ под воздействием импульсного магнитного поля

Обработка импульсным магнитным полем представляет собой метод упрочнения. Ранее приведены результаты влияния отпуска и импульсномагнитной обработки на изменение механических свойств быстрорежущих сталей. Предполагается, что низкий отпуск стали можно заменить импульсно-магнитным полем.

При отпуске по мере повышения температуры нагрева снижается плотность дислокаций, уровень микронапряжений и концентрация углерода в мартенсите, тетрагональность мартенсита. Величина блоков когерентного рассеяния увеличивается, что может быть связано с перемещением и аннигиляцией дислокаций, перестройкой субмикроструктуры, коалесценцией субзерен.

Повышение стойкости термоупрочненного инструмента после ОИМП связывают с изменениями в карбидной фазе, диффузией некоторых легирующих элементов к поверхности при ОИМП. Ранее установлено повышение после ОИМП прочности термоупрочненной быстрорежущей стали Р18, что свидетельствует о снижении уровня внутренних микронапряжений и повышении сопротивления микропластической деформации в результате ОИМП.

Энергия, вводимая в металл при ОИМП, по сравнению с обычным тепловым воздействием при термоциклической обработке очень мала [1]. Однако, по-видимому, она распределяется в металле неравномерно.

Судя по полученным результатам, в закаленной стали ОИМП стимулирует образование сегрегаций, а затем и выделений углерода, а также релаксацию напряжений за счет перестройки дислокаций. При этом вероятно формирование субзеренной структуры, проявляющееся в уменьшении размеров областей когерентного рассеяния.

В этом смысле представляется возможным создание при определенных режимах ОИМП в сочетании с невысоким нагревом устойчивой субзеренной структуры, которую можно было бы использовать в качестве исходной для окончательной термобработки с ускоренным нагревом под закалку и сокращенным временем выдержки, с целью наследования сформированной при мартенситном превращении субмикроструктуры [4].

В данной работе приводятся результаты экспериментов, свидетельствующие о подтверждении данной гипотезы на примере элинварного сплава 21НМКТ [2,3].

Материалы и методика эксперимента

Исследования проводились на образцах из элинварного сплава 21НМКТ, химический состав которого указан в таблице 1.

Таблица 1 – Химический состав элинварного сплава 21НМКТ.

	содержание основных элементов, %
	Ni	Со	Mо	Ti	С	Si	Mn	Cr
Основа железо	20.5 21.5	8,5-9,5	4,5-5,5	0,6 0,9	0,03	0,1	0,2	0,3

Геометрия образцов: Пруток диаметром 30 мм. из сплава 21НМКТ разрезан перпендикулярно оси на цилиндры высотой 10 мм. и диаметром 30 мм. Затем полученные цилиндры разрезаны на 4 равных сектора. Образцы предварительно подвергнуты отжигу.

Термообработку проводили в лабораторной муфельной печи типа СНОЛ. Микроструктуру сплава 21НМКТ исследовали на микроскопе МИМ-8 при увеличении 250 крат.

Металлографический анализ проводился на микроскопе Keyence VHX-1000 при увеличении х500.

Для измерения микротвердости алмазными наконечниками применяли прибор по ТУ 3-3.1377-83 при нагрузке 100 гр.

Рентгеноструктурный анализ проводился на дифрактометре «ДРОН-2», излучение железное [5].

Для данного сплава, при изготовлении гироскопа, разработан режим ТЦО, включающий в себя закалку 900 °С (30 минут), отпуск 550 °С (2 часа) и дополнительный низкотемпературный отпуск 100 °С, число циклов ТЦО – 1, 2, 3.

Режим импульсно-магнитной обработки: Частота 5 Гц в течении 4 минут при проведении 2 циклов ТЦО (закалка + высокий отпуск).

Проведено сравнение режимов по ТЦО (закалка + отпуск + низкотемпературный отпуск, 2 цикла) и по ОИМП (закалка + отпуск + 2 ОИМП).

Результаты исследования образцов

Проведено сравнение микроструктур исходного образца, по стандартному режиму ТЦО и по сочетанию ТЦО + 2 ОИМП.

Рисунок 1 – Структура исходного образца сплава 21НМКТ (х500)

Рисунок 2 – Структура образца после двух циклов ТЦО (х500)

Рисунок 3 – Структура после двух циклов ТЦО (закалка +

высокотемпературный отпуск) + 2 ОИМП (х500)

Результаты измерений микротвердости приведены на рисунках 4-6.

Рисунок 4 – Микротвердость исходного образца сплава 21НМКТ

Рисунок 5 – Микротвердость образца после двух циклов ТЦО

Рисунок 6 – Микротвердость после двух циклов ТЦО (закалка + высокотемпературный отпуск) + 2 ОИМП

Результаты рентегеноструктурного анализа показывают, что после двух циклов ОИМП вместо низкотемпературного отпуска смещения линий не наблюдается, а их ширина мало изменяется. Расчет микронапряжений показывает, что в исходном состоянии уровень микронапряжений 3,0 * 10 -

• ⁴,    размер областей когерентного рассеяния 0,2 мкм. После режима ТЦО уровень микронапряжений 2,65 * 10^-4, дисперсность 0,22 мкм. После двух ОИМП уровень микронапряжений 2,65 * 10^-4, размер областей когерентного рассеяния 0,27 мкм.

Обсуждение результатов исследования

• 1)    Металлографический анализ образцов 21НМКТ после ТЦО и ОИМП показывает, что самое значительное измельчения структуры происходит после циклов ОИМП, что благоприятно сказывается на структуре.

• 2)    Разброс значений микротвердости образцов свидетельствует о неоднородности структуры образцов, но арифметические значения микротвердости после ТЦО и ОИМП одинаковы.

• 3)    Уровень микронапряжений и размер областей когерентного рассеяния после ТЦО и ОИМП совпадают.

Заключение

• 1)    Апробированы режимы термоциклической обработки сплава 21НМКТ и импульсной магнитной обработки после двух циклов.

• 2)    Обнаружено совпадение полученных результатов с помощью рентгеноструктурного анализа и измерения механических свойств.

• 3)    После двух циклов импульсной магнитной обработки сплава 21НМКТ обнаружено резкое измельчение структуры, по сравнению с режимом термоциклической обработки.