Металловедение и термическая обработка. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия
Статья научная
Термическая обработка, заключающаяся в закалке стали до температуры внутри интервала мартенситного превращения с последующим перераспределением углерода между образовавшимся мартенситом и непревращенным аустенитом (Q&P обработка) применена к коррозионностойкой стали мартенситного класса AISI 414 (15Х13Н2). Моделирование режимов Q&P обработки выполнено на симуляторе термомеханических процессов Gleeble 3800. Фазовые превращения в процессе обработки изучались с помощью контактного дилатометра, измеряющего изменение диаметра образца в месте приварки термопары. После аустенитизации при 1150 °С в течение 3 мин температура начала мартенситного превращения исследуемой стали составила 270 °С. Для реализации Q&P обработки образцы закаливали до температур 250, 200, 150 и 100 °С. Перераспределение углерода между образовавшимся мартенситом и непревращенным аустенитом осуществлялось в процессе 3-минутной выдержки при 450 °С. Закалка до температур 200-250 °С с последующим отжигом при 450 °С не обеспечивает обогащение непревращенного аустенита углеродом, достаточное для подавления мартенситного превращения при последующем охлаждении до комнатной температуры. Понижение температуры закалки до 150 °С с последующим отжигом при 450 °С приводит к полной термической стабилизации непревращенного аустенита вплоть до температур -60 °С, что обеспечивает за счет TRIP эффекта высокую низкотемпературную вязкость исследуемой стали (KCV-60 = 59 Дж/см2), превосходящую значения, заложенные в требования к высокопрочным трубным сталям. Сделан вывод о перспективности Q&P обработки исследуемой стали для получения высокопрочного состояния с высоким уровнем низкотемпературной вязкости.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается способ повышения микротвердости поверхности безвольфрамового твердого сплава на основе карбида титана со связующей фазой из интерметаллида никелида титана (TiNi). Известно, что матрица в твердых композиционных материалах должна проявлять способность к произвольному формообразованию в процессе деформации композита, а также хорошо упрочняться и хорошо смачивать твердые частицы, обеспечивая прочную связь по границам фаз и высокую плотность при спекании. Повышение прочностных свойств и твердости композиционных материалов достигают совершенствованием микроструктуры, устранением дефектов в их строении при улучшении процессов смачивания связующей фазой. Экспериментально установлено, что процесс облучения поверхности отполированных образцов ионами Ar+ и Zr+ с энергией около 20 кэВ и дозой 1017 ион/см2 твердого сплава приводит к значительному изменению микротвердости материала за счет образования закалочных точечных дефектов, возникающих при интенсивном нагреве и охлаждении образцов композита. В результате имплантации образцов твердых сплавов структура формируется в крайне неравновесных условиях взаимодействия поверхности безвольфрамового сплава с концентрированным потоком энергии и вещества. Поэтому этот метод повышения прочности и микротвердости является перспективным способом повышения износостойкости дезинтеграторных бил и металлокерамических зубьев, используемых в дорожно-строительных машинах для ремонта дорожного покрытия. Кроме того, изменение температуры, возникающей при облучении твердых сплавов системы TiC-TiNi, играет значительную роль в формировании его структуры и изменении микротвердости на поверхности образцов.
Бесплатно
Изучение влияния замещения кобальтом на структуру никель-цинкового феррита
Статья научная
В работе представлены результаты получения и исследования структуры и свойств никель-цинковых ферритов, легированных кобальтом, с общей формулой Ni0,3Zn0,7-xCoxFe2O4 (при замещении x равном 0; 0,2; 0,4; 0,6). Образцы были получены методом твердофазного синтеза в трубчатой печи с карбидкремниевыми нагревателями при температуре 1150 °С. Проведено исследование морфологии и химического состава на сканирующем электронном микроскопе JEOL JSM 7001F с энергодисперсионным анализатором Oxford Instruments (Inca X-max 80). Исследование фазового состава проведено на порошковом дифрактометре Rigаku Ultimа IV. Полученные данные позволяют утверждать, что все составы из подготовленной линейки образцов монофазны и имеют структуру шпинели. Также исследовано влияние кобальта на параметры кристаллической решетки образцов, которые имеют величину от 8,3743 Å до 8,4085 Å. На гелиевых пикнометрах AccuPyc 1340, Micromeritics проведено исследование плотности образцов. Используя данные о плотности образцов на пикнометре и рассчитанную рентгеновскую плотность, была вычислена пористость материала. Установлено, что по мере увеличения степени замещения кобальта х от 0 до 0,6 наблюдается увеличение кажущейся плотности образцов и уменьшение пористости.
Бесплатно
Статья научная
В работе исследовано влияние основных операций изготовления латунных шаровых кранов (выплавки, непрерывного литья цилиндрических заготовок, горячей штамповки корпуса детали, механической обработки и последующего поверхностного гальванического никелирования) на качество готового крана. При этом оценивались сплошность материала, т. е. наличие или отсутствие макро- и микротрещин и его твердость. После каждой из названных операций с помощью оптического и сканирующего электронного микроскопов (JEOL JSM 7001F и Carl Zeiss Axio Observer D1m) детально изучена микроструктура и измерена твердость отдельных фаз на микротвердомере Futur Tech FM-800. Установлено, что несплошности материала в литой заготовке по ее поперечному сечению и длине прутка отсутствуют, но отмечаются характерные для литой структуры неоднородности по форме, размеру и количеству основных структурных составляющих, в некоторых местах зафиксированы сплошные цепочки из частиц Pb по межфазным α/β границам. При последующей горячей штамповке полуфабрикатов микротрещины формируются на частицах свинца и неметаллических выделений, образованных элементами-примесями: железом и кремнием. Прочность (твердость) в разных частях штамповки неодинакова из-за разной величины горячего наклепа вследствие различий в степенях деформации и последующей рекристаллизации. В целом твердость деформированной латуни выше литого состояния. В готовом изделии определены зародыши микротрещин, однако технологический этап, когда они формировались, указать определенно нельзя. Они могли быть унаследованы от штамповки или образоваться позднее при обработке резанием в результате действия внутренних напряжений.
Бесплатно
Изучение коррозионной стойкости высокоэнтропийного сплава Al0,5CoCrFeNi1,6Ti0,7 в морской воде
Статья научная
Высокоэнтропийные сплавы (ВЭС) - сравнительно новый вид сплавов и интерес к ним постоянно растет. В отличие от традиционных сплавов, базирующихся на одном-двух основных компонентах, ВЭС включают в себя пять и более компонентов в близких к эквимолярному соотношениях. Известно, что ряд ВЭС проявляют высокий уровень полезных свойств. Такие сплавы сочетают высокую прочность и пластичность, повышенное сопротивление усталости, высокую твердость и износостойкость, высокую термическую стабильность. Разработка новых составов и исследование свойств получаемых высокоэнтропийных сплавов в настоящее время являются актуальными материаловедческими задачами. Создание коррозионностойких ВЭС и исследование их поведения в водных растворах щелочей, кислот и солей обосновывается возможностью нанесения покрытий из ВЭС на изделия, эксплуатируемые в агрессивных водных растворах, в том числе и в морской воде. Настоящая работа посвящена исследованию коррозионной стойкости высокоэнтропийного сплава Al0,5CoCrFeNi1,6Ti0,7 в водном растворе - аналоге морской воды в течение 93 дней с целью определения длительной устойчивости данного сплава при эксплуатации в условиях Северного морского пути. Показано, что данный сплав имеет сложную многофазную структуру, что не ухудшает коррозионную стойкость при эксплуатации в морской воде. ВЭС Al0,5CoCrFeNi1,6Ti0,7 демонстрирует изменение массы по параболическому закону. За все время испытаний прибавка массы составила величину порядка 2,7 мг/см2. Большая часть поверхности исследуемого сплава после испытаний покрыта тонкой оксидной пленкой; в составе пленки преобладают оксиды титана, хрома и никеля.
Бесплатно
Изучение фазового состава и электропроводности сплавов системы Cu-Cr-Si-Ce-La
Статья научная
Изучены фазовый состав и электропроводность 12 литых образцов сплавов системы Cu-Cr-Si-Ce-La. Концентрация хрома в образцах варьировалась от 0,5 до 1,0 мас. %; концентрация кремния - от 0,1 до 1,3 мас. %; концентрации редкоземельных металлов (церия и лантана) варьировались в интервале от 0,1 до 0,5 мас. %. Образцы исследовались методами растровой электронной микроскопии и микрорентгеноспектрального анализа, а также методом рентгенофазового анализа. Установлено, что в экспериментальных образцах сплавов в равновесии с твердым раствором на основе меди в зависимости от концентраций легирующих элементов могут находиться интерметаллиды Cu6Ce и Cu6La, включения металлического хрома, силициды хрома Cr3Si и Cr5Si3, а также силицид лантана и церия (La,Ce)Si2. В ходе работы была измерена микротвердость по Виккерсу на шлифах исследуемых образцов. По результатам проведенного исследования установлена зависимость значений показателя микротвердости HV от состава экспериментальных образцов. С увеличением концентрации кремния при фиксированных значениях содержания хрома, церия и лантана, показатель микротвердости растет. Также в ходе настоящей работы была измерена удельная электрическая проводимость экспериментальных образцов бесконтактным методом во вращающемся магнитном поле при температуре 20 ºС. В результате чего была определена зависимость удельной электрической проводимости образцов от концентраций легирующих элементов. Данные, полученные в ходе выполнения настоящей работы, могут быть интересны для практикующих материаловедов при анализе использования добавок редкоземельных металлов в бронзы.
Бесплатно
Статья научная
На данный момент наибольшее применение в промышленности из-за своих уникальных свойств по сравнению с покрытиями чистыми металлами нашли покрытия различными электролитическими сплавами. Цинк-никелевые покрытия относятся к электролитическим покрытиям и, обладая рядом высоких эксплуатационных свойств, могут служить заменой покрытий из токсичных металлов, таких как кадмий. Но использование данных покрытий затруднено из-за сложности процессов, проходящих при электроосаждении. В настоящей работе исследовано влияние добавок глицина на состав и структуру цинк-никелевых покрытий, а также на выход по току вследствие снижения выделения водорода. В работе использованы два электролита, один из которых содержал добавку глицина. Химический состав электролитов контролировался методами бихроматометрического и комплексонометрического титрования. Валовый состав определяли с помощью электронного сканирующего микроскопа JEOL JSM-7001F. При осаждении из обоих электролитов, во всем интервале рабочих плотностей тока установлено, что цинк, являясь менее благородным металлом, осаждается предпочтительнее, чем никель. Данный процесс имеет название «аномальное» соосаждение. Для электролита без добавок установлено, что повышение плотности тока приводит к росту толщины покрытия, на содержание никеля и цинка повышение плотности тока практически не влияет. Анализ микрофотографий поверхностей осажденных покрытий показал, что при низких плотностях тока зерна имеют округлую форму, а при высоких ограненную, и происходит образование кристалловидных поверхностей. Добавка глицина в электролит позволила увеличить диапазон рабочих плотностей тока. Скорости осаждения компонентов покрытия, рост его толщины аналогичны результатам осаждения в электролите без добавок, однако содержание никеля увеличивается из-за образования электрохимических активных комплексов никеля с глицином на никелевом аноде. Помимо этого, покрытия, осажденные из электролита с глицином, имеют повышенные декоративные свойства, связанные с тем, что глицин понижает выход водорода на поверхности осаждаемых пластин, и покрытия получаются с меньшим количеством дефектов.
Бесплатно
Исследование дефектов горячекатаного листа из трубной стали и причин их образования
Статья научная
Конечный комплекс свойств трубопрокатной металлопродукции формируется в ходе всей совокупности переделов, важнейшим из которых является сталеплавильный. Особенно это касается непрерывнолитой заготовки, так как ликвация литого металла, которая наследуется при последующей прокатке, приводит к образованию неоднородной структуры и обуславливает снижение механических свойств. В работе проведено исследование листового материала из стали марки К56, применяемого для изготовления электросварных труб для нефтепроводов. Отбраковка материала была проведена на готовом изделии - как в основном металле труб, так и в околошовной зоне при ультразвуковом контроле были обнаружены расслоения. Для установления природы выявленных дефектов были проведены микроструктурные исследования средствами оптической и электронной микроскопии. Результаты оптической микроскопии подтвердили наличие несплошностей в виде трещин в осевой зоне образцов. Микроструктура металла в осевой зоне имеет отличную от основного металла морфологию и идентифицируется как низкоугледистый мартенсит. В то время как основной металл имеет полосчатую феррито-бейнитную структуру. Наличие мартенсита подтверждают и измерения микротвердости: основной металл имеет твердость порядка 220 HV, несплошность в осевой зоне 270 HV. Кроме того, было проведено исследование химического состава структурных составляющих по высоте образцов, которое показало повышенное кличество Si и Mn вдоль осевой линии. Также в осевой микротрещине были обнаружены крупные строчечные выделения сульфидов и карбиды ниобия. Таким образом, установлено, что расслоения, обнаруженные в осевой зоне листового проката, являются следствием ликвации исходной непрерывнолитой заготовки.
Бесплатно
Статья научная
Неразрушающий контроль рельсов - один из важнейших этапов производства, потому что он позволяет наиболее объективно определить, соответствуют ли рельсы, изготовленные по определенному технологическому процессу, необходимым требованиям. Способность выдерживать постоянные ударные нагрузки является одним из важных параметров, характеризующих долговечность эксплуатации рельсов, особенно при отрицательных температурах. Данная характеристика зависит от многих факторов, среди которых размер и характер распределения неметаллических включений, размер зерна, наличие упрочняющих частиц, равномерность их распределения и многое другое. Неразрушающие методы исследования проводятся сплошным контролем по всему сечению каждого рельса непосредственно при их производстве для предотвращения контактно-усталостных трещин и других дефектов при их эксплуатации, которые могут спровоцировать нарушение работы железнодорожного транспорта. Задачи по совершенствованию процесса выявления брака неразрушающими методами контроля остаются актуальными из-за множества воздействующих на них факторов или даже комплекса факторов. В настоящей работе представлены результаты оценки внутренних металлургических дефектов, обнаруженных с помощью неразрушающей ультразвуковой дефектоскопии в процессе производства рельсов Р65, изготовленных из стали К76Ф. Проведено электронно-микроскопическое исследование химического состава, структуры, размеров, формы, характера распределения выявленных дефектов. Они представляют собой сложные алюмосиликаты, сульфиды, окаймленные карбидами титана и ванадия, а также вкатанную при прокатке окалину. Дефекты выявлены главным образом в шейке рельсов. Это неметаллические включения, сформировавшиеся в стали при выплавке, раскислении, разливке и прокатке. Условия кристаллизации непрерывно литой заготовки способствуют образованию неметаллических включений преимущественно в ее центре, из которого при последующей прокатке формируется шейка рельса.
Бесплатно
Статья научная
Изучена коррозионная стойкость разработанной аустенитной стали 03Х20Н9Г3А0,30, легированной азотом, в сравнении со сталью 03Х18Н11. Анализ коррозионной стойкости к межкристаллитной коррозии в азотной кислоте проводили по методу ДУ (ГОСТ 6032-2017), также оценивали сопротивляемость исследуемых сталей в 42%-ном кипящем растворе MgCl2. Установлено, что скорость коррозии в кипящей азотной кислоте (метод ДУ по ГОСТ 6032-2017) для стали, не легированной и легированной азотом, соизмерима и составляет порядка 0,2-0,4 мм/год. Однако показано, что инкубационный период для достижения состояния неудовлетворительной стойкости к межкристаллитной коррозии у предлагаемой стали 03Х20Н9Г3А0,30 оказывается примерно в 4 раза больше, чем у стали 03Х18Н11. Дополнительно определены условия стойкости исследуемых сталей к межкристаллитной коррозии в кипящей 65 % азотной кислоте после провоцирующего нагрева при температурах от 500 до 850 °С и выдержках от 1 до 100 ч. По результатам испытаний построена диаграмма Ролласона. Также исследовано влияние микролегирования бором и редкоземельными металлами на коррозионную стойкость (по методу ДУ ГОСТ 6032-2017) стали 03Х20Н9Г3А0,30. Определены допустимые концентрации микролегирующих элементов (бора до 0,0025 мас. %, а РЗМ до 0,04 мас. %), обеспечивающие высокую технологическую пластичность металла без снижения его коррозионной стойкости. При испытаниях по методу ДУ коррозионные потери металла в обоих указанных случаях составили не более 0,35 мм/год, однако при введении бора в количестве 0,01 мас. % скорость коррозии резко увеличивается до 1,328 мм/год при одновременном снижении технологической пластичности. В результате испытаний образцов сравниваемых сталей на коррозию под напряжением в 42%-ном кипящем растворе MgCl2, установлено превосходство стали 03Х20Н9Г3А0,30 над сталью 03Х18Н11 при напряжении 280 МПа более чем в 8 раз, а при напряжении 100 МПа почти в 10 раз. Следует отметить, что характер разрушения стали 03Х20Н9Г3А0,30 и 03Х18Н11 идентичный, но время, необходимое для зарождения и развития трещин, отличается почти на порядок.
Бесплатно
Статья научная
Дан обзор структурных изменений и развития поврежденности металла теплоэнергетического оборудования, эксплуатирующегося в условиях деформации ползучести при высокой рабочей температуре. В качестве альтернативы замене исчерпавшего ресурс работоспособности металла рассмотрено применение восстановительной термической обработки (ВТО). Описана технология проведения ВТО непосредственно в условиях электростанции без демонтажа паропровода с использованием индукционного нагрева электротермической установкой повышенной частоты. Впервые проведен промышленный эксперимент по применению данного метода для продления срока эксплуатации металла гибов из стали 12Х1МФ двух паропроводов энергоблоков мощностью 200 МВт, превысивших нормативный срок службы (210 тыс. ч), с поврежденностью выше предельно допускаемого НТД уровня. Полученные результаты исследования микроповрежденности металла до и после ВТО свидетельствуют о реанимации структуры и залечивании пор ползучести в виде цепочек, образовавшихся в процессе длительной высокотемпературной эксплуатации. Комплексное исследование структуры, микроповрежденности, кратковременных механических свойств и длительной прочности, выполненное в лабораторных условиях на макетных гибах, показало обеспечение нормативных запасов прочности и возможность продления срока эксплуатации восстановленного металла на последующие 100 тыс. ч при номинальных рабочих параметрах пара.
Бесплатно
Статья научная
Настоящая статья рассматривает причины образования и факторы, влияющие на развитие такого дефекта, как «рыбья чешуя». Указанный эффект является основной проблемой эмалированных изделий, нашедших широкое применение в бытовой среде. Дефект «рыбья чешуя» представляет собой отслоение эмали от металлопроката. Появление отслоения ведет к появлению углублений в эмалевом слое в форме полумесяца, которые остаются в местах отскока эмали. Места отскока (или как их называют - выколки) достигают 1-10 мм по ширине и могут нарушать как поверхностную целостность эмалевого слоя, так и металл. На основании исследований Клердинга, Хоффа и др. было определено, что «рыбья чешуя» зарождается за счет давления газообразного водорода, который выделяется из металла. Причина образования скоплений водорода обусловлена технологическими параметрами подготовки материала, состава эмали и т. д. В рамках настоящей работы были проведены исследования по определению степени зависимости между показателями наводораживания и химическим составом образцов, подготовленных для испытаний. Исследования проводились на эмалированных образцах стали марки 08ЮР с отличными друг от друга показателями водородного охрупчивания. После проведения металлографических испытаний исследуемых образцов при помощи металлографического инвертированного микроскопа, микрорентгеноспектрального анализа было установлено, что при увеличении процентного содержания углерода и марганца растет показатель склонности стали к наводораживанию, что повышает стойкость к образованию дефекта «рыбья чешуя». Между содержанием никеля, молибдена, ниобия и склонности металла к наводораживанию зависимость обратная, то есть склонность к наводораживанию снижается с повышением содержания указанных элементов.
Бесплатно
Исследование отжига биметаллической ленты латунь - алюминий в протяжной печи
Статья научная
Целью работы явилось исследование влияния отжига на строение и свойства тонкой биметаллической ленты латунь Л90 - алюминий (магналий) АМг2 - латунь Л90 после плакирования (сварки) холодной прокаткой. При отжиге исследуемой композиции на границе контактирующих слоев алюминий - латунь возникают интерметаллиды, величина, строение и химический состав которых зависит от длительности и температуры отжига. Отжиг при температуре печи в зоне выдержки 550 °C с продолжительностью выдержки более 180 с и последующим охлаждением на воздухе сопровождается образованием дефектов - вздутий плакирующего слоя, отделяющегося от основы путем хрупкого отрыва по примыкающей к нему части диффузионного слоя. Это объясняется увеличением уровня термических напряжений в присутствии образовавшихся во время выдержки хрупких интерметаллидов в диффузионной зоне. Появление интерметаллидов в переходной зоне приводит к снижению прочности сцепления слоев. Снижение температуры отжига до 500 °C позволяет уменьшить толщину интерметаллидного диффузионного слоя, а также снизить уровень термических напряжений, и тем самым избежать образования вздутий на поверхности пакета. Таким образом, отжиг биметаллической ленты Л90-АМг2-Л90 в протяжной печи после плакирования (сварки) необходимо проводить при температуре в зоне выдержки 500 °C в течение 160-260 с.
Бесплатно
Исследование причин разрушения жаропрочных литых поддонов
Статья научная
Поддоны используются в качестве основания для складирования и перемещения изделий из печи в закалочную ванну, а также загрузки изделий в печь. При изготовлении поддонов особое внимание уделяется выбору марки стали, предпочтение отдается жаропрочным маркам стали. Изготавливают поддоны из жаропрочных сталей методами литья. Нарушение технологии изготовления поддона приводит к снижению длительности его эксплуатации. На рассматриваемом предприятии через четыре месяца эксплуатации поддоны вышли из строя. Произошло их коробление, образование продольных и поперечных трещин, разрушение отдельных элементов. В работе проведен анализ причин разрушения жаропрочных поддонов из стали 20Х25Н19С2Л. Показано, что несмотря на использование материала поддона, соответствующего условиям эксплуатации разрушение происходит по нескольким причинам. Во-первых, из-за отсутствия термообработки литых крупногобаратных поддонов на предприятии изготовителе. В структуре присутствует сетка карбидов, охрупчивающая металл. Во-вторых, возникающие при закалке термические напряжения неравномерно распределяются в конструкции поддона. На основании замера температуры различных участков конструкции поддона были определены области возникновения растягивающих и сжимающих напряжений. В-третьих, из-за неполного сжигания топлива в печи образуется науглероживающая атмосфера.
Бесплатно
Исследование причин снижения ударной вязкости соединительных деталей трубопроводов из стали 10Г2ФБЮ
Статья научная
Механические испытания изделий - один из важнейших этапов производства потому, что они позволяют наиболее объективно определить соответствуют ли изделия, изготовленные по определенному технологическому процессу, необходимым требованиям. Ударная вязкость является наиболее важным параметром при оценке механических характеристик изделий из трубной стали, особенно важны значения ударной вязкости при отрицательных температурах. Хрупкое разрушение очень опасно, так как протекает с высокой скоростью и при нагрузке намного меньшей, чем при вязком разрушении. Данная характеристика зависит от многих факторов, среди которых: количество, размер и характер распределения неметаллических включений, размер зерна, наличие упрочняющих частиц, равномерность их распределения и многое другое. Ударная вязкость строго контролируется при испытаниях соединительных деталей трубопроводов, эксплуатирующихся при повышенных давлениях и отрицательных температурах; их переход к хрупкому разрушению может спровоцировать нарушение работы всего трубопровода. Задача определения причин локального снижения ударной вязкости остается актуальной из-за множества воздействующих на нее отдельных факторов или даже комплекса факторов. В связи с тем, что вероятность попадания дефекта, способствующего хрупкому разрушению из-за относительно малой площади сечения ударных образцов, оказывается невысокой, необходимо испытывать несколько образцов из одной области изделия для усреднения результатов. Целью данной работы явилось определение причин пониженной вязкости при испытании соединительных деталей трубопроводов, изготовленных из стали 10Г2ФБЮ, путем сравнения изломов и структур образцов с пониженным и требуемым уровнями ударной вязкости.
Бесплатно
Исследование распределения хрома в диффузионном слое при хромировании стали 35Х2Н3
Статья научная
Анализ научной литературы показал, что диффузионное насыщение двух и более элементов поверхности сплавов остается малоизученным из-за сложности пробоподготовки и последующего анализа образцов, и остается актуальной задачей современной науки. Применение новой методики определения концентрации химического элемента при химико-термической обработке сплавов существенно облегчит теоретическое изучение процессов диффузии в сплавах и практическое применение диффузионного насыщения. В статье описана новая методика определения концентрации хрома при диффузионном хромировании стали. Показаны возможности новой методики на примере диффузионного насыщения хромом стали 35Х2Н3. Принцип методики заключается в следующем: полученные образцы после хромирования стали разрезаются поперек продольной оси; из них изготавливаются шлифы; проводится исследование диффузионного слоя с торца образца на растровом электронном микроскопе. Методика анализа, предлагаемая в данной работе, основана на возможностях растровой электронной микроскопии (РЭМ), а именно рентгеноспектрального микроанализа (РСМ) диффузионных слоев поперек сечения (локальное определение химического состава вещества). Контроль элементного состава диффузионного слоя проводили на универсальном сканирующем (растровом) электронном микроскопе JEOL JSM-6460 LV. В ходе работы исследовано распределение хрома в поверхностном слое стали 35Х2Н3. Получен плотный, без пор, поверхностный рабочий слой с содержанием хрома от 100 до 2 %, толщиной до 62 мкм. Определен коэффициент диффузии хрома в α-фазе, который составил DCr = 6,3•10-14 м2/с, и в γ-фазе - DCr = 3,7•10-15 м2/с. Определена микротвердость хромированного слоя, которая составила в среднем 1369 HV300.
Бесплатно
Исследование структуры и механических свойств алюминотермитных сварных соединений рельсов
Статья научная
Сварные соединения рельсов являются неотъемлемой частью при создании бесстыкового пути. Однако зачастую они не обладают достаточной надежностью в процессе эксплуатации. В работе приведены результаты исследования твердости и структуры сварных соединений рельсов, полученных алюминотермитным способом сварки. Установлено, что на поверхности катания рельса в зоне сварного шва наблюдается пониженное значение твердости по сравнению с твердостью металла рельса, что может привести к образованию мягких участков с пониженным сопротивлением износу и смятию в зонах сварного шва, особенно в кривых пути. На границе сплавления рельса и сварного металла происходит увеличение твёрдости до 36-38 HRC, это связано с перегревом металла рельса в процессе сварки, что подтверждается результатами микроструктурного анализа. Показано наличие разницы в зернистости зоны термического влияния и зоны сварного шва: сварной шов имеет литую дендритную структуру, а зона термического влияния - крупнозернистую структуру. Структурная неоднородность металла сварного соединения увеличивает вероятность хрупких разрушений сварных стыков.
Бесплатно
Исследование структуры и свойств твердосплавных вставок породорежущих резцов
Статья научная
Рассмотрены структура и свойства вставок резцов из сплава ВК8 различных производителей. Изучен химический состав карбидных частиц и связки между ними. Проведена оценка размеров карбидных частиц в твердосплавных вставках на соответствие ГОСТ и осуществлена статистическая обработка характера изломов вставок. Приведены результаты сравнительных промышленных испытаний резцов на руднике ОАО «Уралкалий» по пластам калийных руд и каменной соли. Установлено, что стойкость породоразрушающего инструмента в значительной мере определяется массовой долей карбидной фазы и количеством зерен наиболее крупной фракции. Наличие значительного количества крупных зерен на верхнем пределе (согласно ГОСТ 4411-79) или несколько большем способствует снижению стойкости инструмента.
Бесплатно
Исследование трещинообразования при изготовлении выпускного клапана ДВС
Статья научная
Конечный комплекс свойств выпускного клапана формируется в ходе всей совокупности процессов: электровысадки, термообработки, наплавки, механообработки и гальваники, - важнейшим из которых является наплавка рабочей фаски клапана. Рабочая фаска клапана подвергается постоянному воздействию высоких температур, воздействию потока газа и термоциклическим нагрузкам, поэтому необходимо строгое соблюдение всего комплекса свойств, иначе дефект рабочей фаски приведет к ее разрушению, что неизбежно повлечет за собой нарушение работы ДВС и необходимости его ремонта. В работе проведено исследование деформируемой части основного материала (сталь марки 40Х10С2М) и наплавочного (сплава ЭП616А), применяемых для изготовления выпускного клапана двигателя внутреннего сгорания. Отбраковка по поверхностным дефектам проводится на готовых изделиях методом люминесцентного контроля. Однако, как показывает практика, не все детали, прошедшие визуальный контроль, являются годными. Разрушающие методы исследования сплошности материала позволяют обнаружить недопустимые внутренние дефекты (раковины, трещины). Методами оптической и электронной микроскопии были изучены структурные составляющие материала: размер и форма зерна, включений, характер их распределения, местоположение усадочной раковины, ее протяженность, размерные характеристики наплавляемого жаропрочного слоя, переходной зоны, способ распространения трещины. Исследование было выполнено на разных стадиях изготовления клапана: после электровысадки при формировании головки клапана из прутка, последующей термообработки (закалка + высокий отпуск), наплавки кольца из жаропрочного сплава. В настоящей работе методом микрорентгеноспектрального анализа определены химические составы фаз, включений, участков сплава ЭП616А вокруг усадочной раковины. Полученные результаты свидетельствуют о недостаточности визуального контроля, а проведение выборочного разрушающего метода не обеспечивает полной вероятности обнаружения внутренних дефектов. Целесообразно вместо разрушающего контроля ввести ультразвуковую дефектоскопию.
Бесплатно
Кинетика превращений аустенита в высокохромистых сплавах железа при непрерывном охлаждении
Статья научная
В работе разработаны модели, описывающие кинетику двух важнейших диффузионных превращений - выделения вторичных карбидов (Cr, Fe)7C3 из аустенита и перлитного распада - в высокохромистых сплавах железа при непрерывном охлаждении. Для анализа были использованы литературные экспериментальные данные для ряда сплавов разного состава. С использованием ранее разработанных моделей был определён химический состав аустенита к моменту окончания выдержки при аустенитизации, а затем на основании общего выражения, следующего из кинетической теории фазовых превращений, найден конкретный вид уравнения, описывающего изотермическое выделение карбидов из переохлаждённого аустенита. Оказалось, что показатель степени времени n в нём составляет 3/2, что соответствует преимущественному выделению очень дисперсных частиц карбидов. Для перехода к условиям непрерывного охлаждения С-образная кривая изотермического выделения карбидов была приближённо заменена квадратичной параболой. Это позволило при помощи интеграла Шейля - Штейнберга найти связь скорости охлаждения с количеством выделившейся карбидной фазы. Последующее сравнение с наблюдавшимся в эксперименте повышением мартенситной точки позволило определить численные параметры модели и их зависимость от состава карбида в конкретном сплаве. Для перлитного превращения была использована ранее разработанная модель, описывающая параметры температурной зависимости коэффициентов уравнения Аврами в рассматриваемых сплавах от состава аустенита; обобщение на случай непрерывного охлаждения проводилось тем же способом. В результате удалось рассчитать термокинетические диаграммы превращений аустенита в высокохромистых сплавах, в целом хорошо соответствующие экспериментальным.
Бесплатно
