Металловедение и термическая обработка. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия
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
Моделирование горячей деформации стали 08Х18Н10Т (AISI 321) одноосным сжатием
Статья научная
Изучено деформационное поведение стали 08Х18Н10Т в интервале температур 1000-1280 °C и скоростей деформации в диапазоне 0,01-1 с-1, характерных для операций прошивки литых заготовок в производстве бесшовных труб. Горячая деформация осуществлялась одноосным сжатием цилиндрических образцов на симуляторе термомеханических процессов Gleeble 3800. Показано, что напряжения течения падают с повышением температуры и уменьшением скорости деформации в соответствии с изменением параметра Зинера - Холломона (Z) температурно-скоростного режима деформации. Вид кривых напряжение - деформация указывает на то, что при низких значениях параметра Z горячая деформация стали 08Х18Н10Т сопровождается динамической рекристаллизацией, а при его высоких значениях - динамическим возвратом. Вывод о смене основного механизма динамического разупрочнения с изменением параметра Z подтвержден микроструктурными исследованиями. Из анализа пиковых и установившихся напряжений течения определена величина эффективной энергии активации горячей деформации, требуемая для расчета параметра Зинера - Холломона. Установлено, что переход от полностью динамически рекристаллизованной структуры к структуре, содержащей в основном вытянутые нерекристаллизованные зерна, происходит в узком интервале значений Z. Определено критическое значение параметра Зинера - Холломона, выше которого в исследуемой стали происходит резкое подавление динамической рекристаллизации. Получен набор выражений, позволяющих по заданному температурно-скоростному режиму горячей деформации рассчитать пиковые напряжения течения; критические деформации, требуемые для начала и полного завершения динамической рекристаллизации, а также размер формирующихся рекристаллизованных зерен. Полученные выражения могут быть положены в основу компьютерного моделирования процессов горячей деформации исследуемой стали.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена разработке теории, отражающей изменение количества карбидной фазы, концентрации углерода в аустените ледебуритных высокохромистых сталей или чугунов и соответствующее этим эффектам поведение твёрдости закалённых сплавов в зависимости от температуры закалки. Рассмотрены два варианта термической обработки: в варианте А сплав 140Х12М1, на примере которого рассматривается теория, был резко охлаждён после кристаллизации и имел почти исключительно аустенитную структуру матрицы, а затем в условиях быстрого нагрева под закалку вновь принимал такое же состояние, как после кристаллизации. В варианте Б допускается, что сплав имеет структуру зернистого перлита в результате либо распада аустенита, либо высокого отпуска мартенсита. В ходе быстрого нагрева на изотерму он испытывает α→γ-превращение, а далее начинается растворение карбидных частиц. При расчётах использована кинетическая теория выделения и растворения карбидных частиц, разработанная авторами на основе концепции Зинера - Хиллерта. Для обоих вариантов А и Б расчёты достаточно хорошо описывают наблюдавшееся изменения твердости и эффект понижения температуры максимума твёрдости для варианта А (950-1000 °C) по сравнению с вариантом Б (1000-1070 °C).
Бесплатно
О структуре и свойствах некоторых жаропрочных никелевых сплавов
Статья научная
Рассмотрены различные модели строения металлических расплавов. Учитывая данные современных исследований, можно считать, что структура жидкости сложна и состоит из различных атомных ассоциаций. Ими являются кластеры и межкластерное пространство. Между отдельными структурными составляющими четко выраженные границы отсутствуют. Межкластерные разрывы представляют собой щели шириной около 0,1 нанометра, раскрывающиеся и закрывающиеся при расхождении и схождении кластеров в процессе тепловых колебаний. Термодинамические расчеты позволяют определить количество кластеров и атомов в кластере и другие характеристики структурных параметров, а также найти их температурные зависимости. Предложенный подход к анализу структуры и свойств приводит к новой информации о состоянии металлических расплавов. В частности, известно, что такие свойства, как кинематическая вязкость, плотность и поверхностное натяжение существенно зависят от величины и количества кластеров, а также характеристик межкластерного пространства. Кроме того, политермы рассчитанных параметров адекватно отражают характер температурных зависимостей свойств. В работе изучены образцы чистого никеля и четырех жаропрочных сплавов. Характеристики структуры исследованных жаропрочных сплавов оказались близки по величине и виду температурной зависимости. Данные по жидкому никелю описываются аналогичной температурной зависимостью и незначительно отличаются от жаропрочных никелевых сплавов. Вид температурных зависимостей свойств жаропрочных никелевых сплавов существенно отличается от закономерностей, характерных для чистого металла. Политермы кинематической вязкости, плотности и поверхностного натяжения жаропрочных никелевых сплавов изменяются незакономерно и характеризуются гистерезисом, т. е. несовпадением величины свойств при нагреве и охлаждении. Политермы удельного сопртивления в температурном интервале «солидус-ликвидус» жаропрочных никелевых сплавов изменяется на 3-4 % практически скачкообразно. Использование различных существующих моделей строения металлических жидкостей позволяет расширить возможности обсуждения представлений о структуре и свойствах изучаемого объекта и раскрытия существенных его особенностей.
Бесплатно
Об аномальных свойствах доменного чугуна без выделений графита
Статья научная
Развитие современного материаловедения предусматривает постоянный поиск новых материалов с более высокими свойствами. В качестве таких материалов в настоящее время широко используются дорогие железоникелевые сплавы, так называемые инвары. Говоря о структуре и свойствах чугуна чаще всего игнорируется влияние газов (водорода, азота и кислорода) на формирование его структуры и свойств. В практике получения чугунных отливок для придания чугуну нужных свойств часто используется обработка расплава различными веществами. Помимо воздействия на химический состав расплава, его свойства можно изменять с помощью других факторов. Одним из наиболее простых по осуществлению и эффективности может быть изменение температуры расплава и времени пребывания при этой температуре. Для изучения влияния термоциклирования на линейное расширение и микроструктуру чугуна проводилось два варианта обработки расплава. Первый заключался в нагреве до 1300 °С, выдержке в течение 15 мин и охлаждении до получения твердой корки. Второй - в нагреве до 1550 °С, выдержке в течение 15 мин и охлаждении до температуры 1350 °С. Оба процесса повторялись многократно. Проведенная обработка расплава полностью удаляет выделения свободного графита из структуры чугуна. Металлографический анализ дилатометрических образцов позволил установить, что термоциклическая обработка приводит к образованию ледебурита. Изучалось влияние термической обработки на линейное расширение и микроструктуру доменного чугуна после предварительной обработки расплава. Наиболее эффективной оказалось проведение химико-термической обработки (цементации в среде бондюжского карбюризатора) с последующей закалкой. Проведение цементации в среде бондюжского карбюризатора приводит к повышению значений коэффициента линейного расширения в области низких и высоких температур испытания. Однако последующая закалка позволяет получить довольно низкие значения коэффициента линейного расширения: 3,1•10-6, град-1 при температуре 150 °С и 1,8•10-6, град-1 при температуре 400 °С. Сравнивая коэффициент линейного расширения доменного чугуна без выделений графита с коэффициентами линейного расширения инваров в различных температурных интервалах видно, что коэффициент линейного расширения после предварительной обработки принимает довольно низкие значения.
Бесплатно
Статья научная
В практике металлургического производства бывают ситуации, когда плавка стали с химическим составом, предназначенным для выполнения одного заказа, переназначается на производство проката из другой марки стали. При формальном соответствии химического состава выплавленной стали требованиям к другой марке ключевые контрольные характеристики процесса, традиционно применяемые для новой марки стали, могут оказаться несоответствующими особенностям структурных и фазовых превращений в стали с реальным химическим составом. В таком случае, чтобы предотвратить выпуск несоответствующей продукции, необходимо выработать и применить оперативные корректирующие действия. Цель работы - выбор и обоснование оперативных корректирующих действий при производстве холоднокатаного листового проката классов качества CQ, DQ и DDQ из малоуглеродистой качественной стали с целью компенсации пониженного содержания углерода в плавках, назначенных на выполнение соответствующих заказов. Использовались методы микроскопии для изучения структуры и фазового состава стали с содержанием углерода 0,008-0,04 % в горячекатаном и холоднокатаном состояниях. Стандартизованными методами испытаний на растяжение получены данные о механических свойствах горячекатаного и холоднокатаного проката. По результатам испытаний построены достоверные множественные аппроксимации влияния контрольных характеристик технологии на свойства холоднокатаного проката, которые в дальнейшем применялись в ходе оптимизации толщины подката для холодной прокатки как компенсирующего воздействия при колебаниях содержания углерода в указанных выше пределах. Новизна работы заключается в выявлении и обосновании корректирующих воздействий для технологической системы, в которой холодная прокатка осуществляется на непрерывном четырехклетевом стане с рулонным питанием. Результаты работы состоят в определении значений температуры конца прокатки и приращения толщины подката как оперативных компенсирующих воздействий при назначении плавок стали с пониженным содержанием углерода на прокатку в технологическую систему, включающую непрерывный четырехклетевой стан с рулонным питанием. Практическая значимость работы состоит в предотвращении выхода несоответствующей продукции при использовании предлагаемого решения в производстве холоднокатаного проката классов качества CQ, DQ и DDQ толщиной 0,6-2,0 мм.
Бесплатно
Статья научная
Методами металлографии, сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии исследована структура низкоуглеродистых сталей мартенситного класса ВКС-7 и ВКС-10, подвергнутых теплой прокатке либо осадке при температурах 600 и 700 °С (в α-состоянии). Рассмотрена роль растворения и выделения карбидных фаз, стока дислокаций на высокоугловые границы реек, полигонизации и рекристаллизации в процессе формирования фрагментированной структуры сталей при теплой деформации. Показано, что деформация прокаткой при 600 °С со степенью 40 % не приводит к созданию фрагментированной структуры, в мартенсите сохраняются рейки, поделенные на ячейки. При увеличении степени деформации до 60 % образуются отдельные фрагменты с высокоугловыми границами. Установлено, что доля фрагментированной структуры существенно возрастает при увеличении степени деформации до 80 %, одновременно происходит коалесценция субзерен близкой ориентации, приводящая к образованию крупных фрагментов α-фазы. Увеличение температуры прокатки до 700 °С и степени деформации до 80 % вызывает эффективную фрагментацию структуры стали ВКС-7, однако в более легированной стали ВКС-10 сохраняются признаки реечного строения. Показано, что изменение схемы деформации стали ВКС-7 с прокатки на всестороннюю осадку при 600 °С со степенью 50 % вызывает рекристаллизацию α-фазы по механизму in situ с образованием высокой доли ультрамелкозернистой структуры (размер зерен 0,2-2,5 мкм). В стали ВКС-10 с большим содержанием легирующих элементов подобные явления происходят при более высокой температуре теплой осадки, 700 °С.
Бесплатно
Статья научная
Определена температура полиморфного превращения (Тпп) в двухфазном титановом сплаве марки ВТ8 конкретного состава различными способами, а именно: методом пробных закалок, с помощью дилатометрического и дифференциального термического методов анализа. Полученные перечисленными методами анализа значения Тпп (приблизительно 1027 °С) практически не зависят от использованного способа определения. При этом фазовый состав закаленных образцов сплава ВТ8 качественно и количественно был оценен исследованиями на оптическом и на растровом электронном микроскопах, а химический - при помощи микрорентгеноспектрального анализа. Исследовано влияние температуры закалки на твердость. При этом проведено измерение твердости отдельных структурных составляющих и сплава ВТ8 в целом. Построены зависимости твердости от температуры закалки, результаты отображены в табличном и графическом виде. Найден коэффициент k в формуле для расчета температуры аллотропического превращения изученного сплава по известной температуре закалки и количеству сохранившейся α-фазы в закаленной структуре. Создан альбом микроструктур, сформировавшихся после закалки от разных температур, который позволит в производственных условиях для каждой новой партии заготовок сплава ВТ8 другого состава (но в пределах марочного) существенно сократить продолжительность предварительных работ по нахождению конкретной температуры полиморфного превращения, знание которой необходимо для назначения правильного температурного режима обработки, исключающего перегрев. Оценены возможности использованных в настоящей работе методов нахождения температуры полиморфного превращения (Тпп) для титанового двухфазного сплава ВТ8, в том числе и в производственных условиях.
Бесплатно
Статья научная
Нержавеющие супермартенситные стали обладают уникальным комплексом химических и механических свойств, благодаря чему трубные изделия из них нашли свое применение в нефте- и газодобывающей промышленности. Однако такие стали склонны к появлению в их структуре полосчатости. Полосчатая структура является причиной анизотропии свойств эксплуатируемых изделий и, кроме того, способна привести к разрушению полуфабрикатов на этапе их производства. В работе исследована сталь супермартенситного класса 10Х13Н3МФБ на склонность к образованию в структуре дефекта «полосчатость». Для этого проведены термодинамические расчёты и математическое моделирование с помощью программного обеспечения Thermo-Calc-3.01. Применялись следующие функции программы: расчёт фазовых равновесий для среднего химического состава, а также для составов с максимумом аустенитообразующих при минимуме ферритообразующих элементов и с максимумом ферритообразующих при минимуме аустенитообразующих элементов. Анализ построенных термодинамических равновесий показал, что сталь 10Х13Н3МФБ имеет склонность к формированию полосчатой структуры. Для снижения вероятности появления полосчатости необходимо проводить кристаллизацию и горячую прокатку стали только в однофазных состояниях (δ-феррита и аустенита соответственно). Поэтому дальнейшие расчеты в Thermo-Calc были направлены на определение химического состава стали, при котором сплав кристаллизуется в однофазной δ-области, и установление температурного интервала горячей деформации. После анализа полученных данных предложен оптимальный химический состав стали и определены температурные интервалы горячей прокатки для среднего химического состава с различным содержанием Ni - 2, 3, 4 мас. %.
Бесплатно
Статья научная
Работа посвящена анализу термической обработки чугунных изделий. Указано, что термическая обработка проводится для снятия внутренних напряжений, графитизации, обезуглероживания, изменения структуры и уровня свойств. В ходе экспериментов определены технологические параметры термической обработки центробежнолитых валков с рабочим слоем из хромникельмолибденового чугуна, которые необходимы для разработки эффективного процесса в специальных газовых печах с выдвижным подом. В работе показано, что такая обработка способствовала снятию в валках остаточных напряжений после литья. Целью настоящей работы является изучение влияния термической обработки на структуру, уровень твердости и напряженное состояние листопрокатных валков. Исследования валков в литом состоянии показали, что в зависимости от соотношения химических компонентов в составе анализируемого чугуна и скорости охлаждения отливки имели место различные структурные комбинации матрицы с включениями вторичных карбидов. В зависимости от их количественного соотношения изменялся уровень твердости. Результаты исследований напряженного состояния анализируемых отливок методом измерения коэрцитивной силы показали неравномерное распределение ее значений вдоль рабочей поверхности бочки валка. Предложенный в работе режим низкотемпературного отжига (Т = 673 К) позволил получить более однородную структуру рабочего слоя валков. В результате уменьшилась неоднородность свойств вдоль его поверхности в 2 раза по сравнению с литым состоянием.
Бесплатно
Особенности и физические принципы влияния добавок кремния на свойства стали
Статья научная
Анализируется физическая природа влияния добавок кремния на свойства сталей, используемых для изготовления труб. Экспериментально изучена ударная вязкость при температуре -40 °С образцов 10 сталей производства ЧТПЗ, отличающихся по содержанию кремния, углерода, серы и азота. Показано, что при содержании кремния 0,02 мас. % ударная вязкость оказывается очень высокой (223 Дж/cм2). Более высокие добавки кремния оказывают упрочняющее действие на сталь, но понижают ударную вязкость. Для выделения действия кремния по отношению к другим легирующим элементам рассмотрены литературные данные о влиянии большой группы легирующих элементов на температуру хладноломкости и предел текучести сталей. Обобщение литературных данных позволило предложить эмпирическое уравнение, связывающее температуру хладноломкости и предел текучести с составом стали. На этой основе удалось показать, что кремний действительно является элементом, который в наибольшей степени увеличивает предел текучести и одновременно усиливает хладноломкость железа. Обсуждены причины данного явления, выдвинута гипотеза, что причина резкого увеличения предела текучести при добавлении кремния связана с сильным отталкиванием атомов кремния и углерода, находящихся в ближнем соседстве.
Бесплатно
Статья научная
Технологические трубопроводы работают в разнообразных условиях, находятся под воздействием значительных давлений и высоких температур, подвергаются коррозии и претерпевают периодические охлаждения и нагревы. Эксплуатируются они при различных температурах окружающей среды. Согласно общепринятой классификации, технологические трубопроводы по температуре транспортируемой среды разделяют на холодные (температура ниже 0 °C), нормальные (температура от 0 до 50 °C) и горячие (температура более 50 °C). В большинстве нормативных документов на трубную продукцию из массово применяемых марок стали определена максимальная температура эксплуатации до 80 °C. В СТО Газпром 2-4.1-713-2013 «Технические требования к трубам и соединительным деталям» верхняя граница температур эксплуатации установлена на отметке 120 °C. При этом фактическая температура транспортируемой среды может существенно превышать эти значения. На базе института было проведено исследование механических характеристик марок сталей, используемых в технологических трубопроводах, - сталь 20, 09Г2С, 13ХФА, 17Г1С-У. Проведен анализ прочностных свойств (предел текучести, временное сопротивление, относительное удлинение, относительное сужение) при повышенных (до +250 °C) и пониженных (до -80 °C) температурах. Выполнен анализ вязкопластических свойств при испытании на ударный изгиб образцов Шарпи, построены зависимости ударной вязкости от температуры в интервале от -100 до 0 °C. Представленные в статье результаты позволяют лучше понять влияние температуры эксплуатации на механические свойства трубопровода из различных марок стали.
Бесплатно
Особенности рекристаллизации деформируемых алюминий-магниевых сплавов со скандием
Статья научная
Деформируемые сплавы на базе системы Al-Mg принадлежат к группе сплавов, которые не упрочняются термической обработкой. Из этих сплавов производят все типы деформированных полуфабрикатов, а также прессованные изделия и штамповки. Наиболее легированными и прочными из распространённых деформируемых сплавов на основе системы Al-Mg являются сплавы АМг6 и Амг61. Применение сплава АМг6 в конструкциях этого вида объясняется его явными преимуществами, такими как хорошая свариваемость, высокая коррозионная стойкость, достаточно высокая пластичность и высокая технологичность. Основным методом упрочнения таких сплавов является холодная деформация. Главным недостатком сплава АМг6 являются его относительно невысокие механические свойства и нестабильность упрочненного состояния при нагревах. Одним из перспективных направлений повышения уровня прочности деформируемых сплавов на базе системы Al-Mg является легирование скандием. В статье приведены результаты исследования термической стабильности структурного состояния Al-Mg сплава, содержащего 0,22 % скандия (сплав 01570) после отжига при различных температурах, а также после дополнительной холодной деформации. Установлены температурно-временные параметры начала рекристаллизации горячепрессованного прутка из сплава 01570 после 4-часовой выдержки при температуре 500 °C и 1-часовой выдержки при 525 °C. Показано, что начало рекристаллизации горячепрессованных образцов, отожженных при 320 °C и деформированных на 40 % при комнатной температуре, наблюдается при 10-часовом отжиге при 400 °C, а отожженных при 450 °C и деформированных на 40 % при комнатной температуре - даже при 4-часовом отжиге при 400 °C.
Бесплатно
Статья научная
Термодиффузионное насыщение поверхности сплавов двумя и более элементами остается малоизученным несмотря на большой практический и научный интерес, который представляет подобный метод химико-термической обработки. Одновременное введение нескольких элементов позволяет значительно сократить продолжительность обработки изделий и получить на поверхности изделия многофазный состав, что открывает широкие возможности для придания изделиям уникальных технологических и эксплуатационных свойств. В статье описаны особенности распределения хрома и ванадия при совместном термодиффузионном насыщении стали 35Х2Н3 при температуре 1000 °С. Предлагаемая методика анализа основана на возможностях рентгеноспектрального микроанализа (РСМ) диффузионных слоев на поперечных микрошлифах полученных образцов. Контроль элементного состава диффузионного слоя проводили на универсальном сканирующем (растровом) электронном микроскопе JEOL JSM-6460 LV. Исследование микроструктуры осуществлялось на оптическом металлографическом микроскопе Axio Observer D1.m. Рентгенофазовый анализ проводился на диффрактометре Rigaku Ultima IV. Измерение твердости проводилось на микротвердомере FM-800 при нагрузке 100 г. Получены данные о качественном и количественном распределении хрома и ванадия в поверхностном слое стали. Показано, что формирующееся диффузионное покрытие имеет следующее строение: бесструктурный внешний слой, состоящий преимущественно из карбидов и нитридов хрома и ванадия, → область столбчатых кристаллов (испытывающая γ→α превращение при охлаждении), состоящая преимущественно их твердого раствора Cr1,0V0,4Fe0,3, → частично обезуглероженная α-фаза → основной металл. Определены коэффициенты диффузии хрома и ванадия: в α-фазе DCr = 1,3•10-15 м2/с; DV = 1,8•10-14 м2/с; в γ-фазе DCr = 1,13•10-15 м2/с; DV = 1,3•10-15 м2/с. Микротвердость внешнего поверхностного слоя составила 1400-1980 H, диффузионного слоя в основном металле - 630-790 HV, основного металла - порядка 540-510 HV.
Бесплатно
Статья научная
Химико-термическая обработка (ХТО) конструкционных деталей, работающих в условиях износа, трения, ударных нагрузок, позволяет получить уникальную комбинацию свойств поверхности и сердцевины изделия. Однако такие традиционные способы ХТО, как цементация и азотирование, способствуя улучшению механических характеристик поверхности, подходят не для всех видов сталей. Более эффективными с точки зрения достигаемого комплекса свойств являются методы диффузионной металлизации, в частности - термодиффузионное хромирование. В настоящее время хромирование проводится как путем насыщения металла одним элементом - хромом, так и многоэлементными смесями. В статье описана технология термодиффузионного насыщения стали 35Х2Н3 хромом и вольфрамом при температуре 1000 °С. Приводится методика анализа полученного покрытия, основанная на возможностях рентгеноспектрального микроанализа (РСМ) диффузионного слоя на поперечных микрошлифах полученных образцов. Контроль элементного состава диффузионного слоя проводили на универсальном сканирующем (растровом) электронном микроскопе JEOL JSM-6460 LV. Исследование микроструктуры осуществлялось на оптическом металлографическом микроскопе Axio Observer D1.m. Рентгенофазовый анализ проводился на диффрактометре Rigaku Ultima IV. Измерение твердости проводилось на микротвердомере FM-800 при нагрузке 100 г. Получены данные о качественном и количественном распределении хрома и вольфрама в поверхностном слое стали. Показано, что формирующееся термодиффузионное покрытие состоит из твёрдого раствора замещения на основе Cr-Fe с ОЦК-решеткой, карбидов хрома и вольфрама. Глубина внешнего покрытия на образце составила порядка 20 мкм, глубина диффузионного слоя в основном металле - 50-55 мкм. Отмечено отсутствие обезуглероженного участка в поверхностном слое основного металла. Определены средние коэффициенты диффузии хрома: в α-фазе хрома составил DCr = 3,58•10-13 м2/с; в γ-фазе железа - DCr = 2,83•10-15 м2/с. Микротвердость внешнего поверхностного слоя составила 1800-2000 HV, диффузионного слоя в основном металле - 1300-550 HV, основного металла - порядка 540-510 HV.
Бесплатно
Статья научная
Известные способы химико-термической обработки конструкционных деталей, таких как цементация, азотирование, технологии диффузионной металлизации, позволяют получить уникальную комбинацию свойств поверхности и сердцевины изделия. Положительный опыт использования способов многоэлементного диффузионного насыщения открывает перспективы для разработки способов комплексного насыщения. В статье описаны особенности термодиффузионного насыщения стали 35Х2Н3 хромом и молибденом при температуре 1000 °С. Приводится методика анализа полученного покрытия, основанная на возможностях рентгеноспектрального микроанализа (РСМ) диффузионного слоя на поперечных микрошлифах полученных образцов. Контроль элементного состава диффузионного слоя проводили на универсальном сканирующем (растровом) электронном микроскопе JEOL JSM-6460 LV. Исследование микроструктуры осуществлялось на оптическом металлографическом микроскопе Axio Observer D1.m. Рентгенофазовый анализ проводился на диффрактометре Rigaku Ultima IV. Измерение твердости проводилось на микротвердомере FM-800 при нагрузке 100 г. Получены данные о качественном и количественном распределении хрома и молибдена в поверхностном слое стали. Показано, что формирующееся термодиффузионное покрытие состоит преимущественно из твёрдого раствора замещения на основе Cr-Fe-Mo с ОЦК-решеткой и карбидов хрома и молибдена. Глубина внешнего покрытия на образце составила порядка 20 мкм, глубина диффузионного слоя в основном металле - порядка 25 мкм. Отмечено отсутствие обезуглероженного участка в поверхностном слое основного металла. Определены средние коэффициенты диффузии хрома и молибдена: в α-фазе хрома DCr = 6,6•10-15 м2/с и DMo = 4,35•10-16 м2/с соответственно; в γ-фазе железа DCr = 2,95•10-15 м2/с, DMo = 2,48•10-16 м2/с соответственно. Микротвердость внешнего поверхностного слоя составила 1400-1980 HV, диффузионного слоя в основном металле - 1000-600 HV, основного металла - порядка 540-510 HV.
Бесплатно
Расчет роста кристаллов в аморфном сплаве 5БДСР при термообработке
Статья научная
Представлены результаты расчета роста кристаллов в аморфном сплаве 5БДСР (Fe73,5Cu1Nb3Si13,5B9) при термообработке с учетом тепловых и диффузионных процессов, протекающих в аморфном сплаве и растущем кристалле. Учтены тепловые и химические процессы на границе «кристалл - аморфная фаза». Рассмотрена кристаллизация многокомпонентного металлического раствора на примере роста отдельной частицы. На начальной стадии каждый кристалл растет в окружении некристаллической фазы. Форма растущего зародыша принята сферической. Выбрана сферическая система координат с началом в центре растущей частицы. Вся система также принята сферической. Начальное распределение параметров состояния системы (концентраций компонентов, скоростей, температуры и других величин) обладает сферической симметрией. В любой момент времени распределение всех характеризующих систему величин также обладает сферической симметрией. В системе выделено три области: некристаллическая фаза, растущая частица (кристаллическая фаза) и отдельно - поверхность раздела этих фаз. Расчет роста кристалла проведен в интервале температур 450-700 °С и часовой выдержке. Интенсивный рост начинается через 0,6 с после начала выдержки. В течение часа диаметр кристалла увеличивается до 7,0 нм при температуре 450 °С и до 20 нм при 630 °С. В процессе роста происходит снижение концентрации Fe перед фронтом роста кристалла до 0,15 % в течение 60 мин. При этом концентрация Nb наоборот повышается до 90 %. Содержание остальных компонентов практически не изменяется. Резкое уменьшение концентрации Fe в аморфной фазе при неизменной концентрации Si приводит к снижению содержания Fe в кристаллической фазе. Проведено сравнение результатов расчета с экспериментальными данными.
Бесплатно
Рентгенографическое исследование дефектов упаковки и двойников в сплавах железа и цементите Fe3C
Статья научная
Разработан и использован в данном исследовании простой геометрический метод анализа картины дифракции рентгеновских лучей на кристаллах с произвольной атомной решёткой, содержащих дефекты упаковки и тонкие пластины микродвойников. Представленная теория дифракции учитывает эффект изменения межплоскостного расстояния вдоль линии пересечения рассматриваемой плоскости с дефектом упаковки или микродвойником. Такой подход существенно упрощает анализ дифракционных эффектов и их суммирование при переходе к поликристаллическим объектам. Подробно изучены размеры микродвойников и истинных блоков мартенситных кристаллов сплавов Fe-Ni, содержащих от 10 до 33 % Ni. При этом обнаружилось совпадение данных о толщинах микродвойников, полученных из дифракционного анализа и посредством электронной микроскопии. Предложена модель дефекта упаковки в плоскости (001) цементита, рассмотрена теория дифракции и приведены результаты определения концентрации дефектов упаковки по анизотропии уширения рентгеновских дифракционных максимумов. Рассмотренную теорию можно использовать для анализа экспериментальных картин дифракции, а также для дальнейшего развития методов дифракционных исследований структуры металлов и сплавов.
Бесплатно
