Цементит в структурі залізовуглецевих сплавів. Оцінка зносостійкості сталей та чавунів після загартовування. Теорія спінодального розшарування для пересиченого вуглецем аустеніту і зневуглецьованого цементиту. Кристалізація та термообробка виливок.
Аннотация к работе
Провідне положення в матеріалознавчій науці займає теорія і практика виробництва і застосування залізовуглецевих сплавів - сталі і чавуну. Структура і властивості залізовуглецевих сплавів та їх перетворення в процесі різних термічних обробок і умов експлуатації в основному визначаються особливостями розподілення атомів вуглецю, який може знаходитись як у складі цементиту (основної карбідної фази білого чавуну), так і в складі інших структурних складових чавунів і сталей (аустеніті, фериті та інших), а також у вільному стані. Робота підсумовує дослідження, проведені у Вінницькому державному технічному університеті (ВДТУ) в рамках госпдоговірних та держбюджетних робіт відповідно до напрямку науково-дослідної роботи №4.4/213 за темою "Розвиток хімічної термодинаміки і термохімії процесів формування сплавів", затвердженою Міністерством в справах науки і нових технологій на 1997-99 р.р. На основі досліджень будови і властивостей цементиту (в тому числі легованого) та його взаємодії з іншими фазами системи Fe-Fe3C визначити додаткові ресурси підвищення технологічних та експлуатаційних властивостей чавунів та сталей, запропонувати нові економічні технологічні режими та вдосконалити технологічні процеси, які забезпечують скорочення тривалості термічної обробки та підвищення зносостійкості деталей автомобілів та корпусів насосів. Запропоновано новий метод розрахунку температур евтектичних перетворень в стабільній і метастабільній системах на основі аналізу розподілу елементів між фазами і дослідження активності вуглецю АС, що може бути основою інженерної методики розрахунків відповідних технологічних процесів.Цементит в бінарних сплавах Fe-C є фазою, яка може самовільно розпадатися на твердий розчин вуглецю в залізі і графіт. Тільки використання локального надшвидкого лазерного нагріву дозволило здійснити розплавлення цементиту і його кристалізацію без розкладання та визначити температуру плавлення цементиту, яка виявилась близькою до 1260°С. Використання промислових білих чавунів з підвищеним вмістом кремнію було небажаним тому, що цементит в таких сплавах має схильність до графітизації. Рентгеноспектральний аналіз використовувався для вивчення кількісного впливу легувальних елементів Mn і Cr в цементиті на тонку структуру емісійних спектрів Kb5-смуг заліза в цементиті. У третьому розділі представлено результати рентгеноструктурних і рентгеноспектральних досліджень цементиту, які було проведено як на зразках бінарних сплавів Fe-C, потрійних сплавів систем Fe-C-Cr i Fe-C-Mn, так і на виділеній з них цементитній фазі.В додатку А подано результати статистичної обробки вимірювань значень мікротвердості цементиту з застосуванням ЕОМ.Відпуск зразків, які загартовані при субкритичній температурі, повертає мікротвердість цементиту до значень, отриманих для цементиту, закристалізованого з рідкого стану. Використання в якості критерію класифікації легувальних елементів на графітизатори і антиграфітизатори різниці (DPI) коефіцієнтів розподілу цих елементів між твердою і рідкою евтектиками найбільш повно відображає їх істинний вплив на схильність сплавів до графітизації. 3.Показано, що метастабільна рівновага в системі ферит - цементит може досягатися в реальних сплавах при лазерному поверхневому оплавленні зернистого перліту. При лазерному поверхневому гартуванні вдається досягти перетворення такого цементиту в двофазну систему: стехіометричний цементит надлишковий аустеніт. Нанесення сумішей з легувального комплексу на поверхню деталі, які в процесі ЛПО утворюють шлікери, дозволяє отримати високотверді шари заданого складу і забезпечити необхідну структуру.
План
2. Основний зміст роботи
Вывод
1. Мікротвердість цементиту суттєво підвищується після загартовування і тим вище, чим вище температура гартування. При цьому звужується також поле дисперсії результатів вимірювання мікротвердості. Відпуск зразків, які загартовані при субкритичній температурі, повертає мікротвердість цементиту до значень, отриманих для цементиту, закристалізованого з рідкого стану.
2. Використання в якості критерію класифікації легувальних елементів на графітизатори і антиграфітизатори різниці (DPI) коефіцієнтів розподілу цих елементів між твердою і рідкою евтектиками найбільш повно відображає їх істинний вплив на схильність сплавів до графітизації. В даній дисертаційній роботі розвинуті і використані для аналізу систем Fe-C-P, Fe-C-Cr i Fe-C-Mn способи розрахунку потрійних діаграм стану в області евтектики, які ґрунтуються на методі активностей компонентів. Зокрема показано різницю в поведінці цих систем: хром підвищує рівноважну температуру евтектичного перетворення, а марганець - знижує її.
3.Показано, що метастабільна рівновага в системі ферит - цементит може досягатися в реальних сплавах при лазерному поверхневому оплавленні зернистого перліту.
4.Підтверджено, що в правій частині діаграми залізо - цементит існує область з частково зневуглецьованим цементитом. При лазерному поверхневому гартуванні вдається досягти перетворення такого цементиту в двофазну систему: стехіометричний цементит надлишковий аустеніт.
5.Запропоновано метод поверхневого зміцнення цементитом чавунних і стальних деталей з використанням лазерного поверхневого оплавлення (ЛПО). Нанесення сумішей з легувального комплексу на поверхню деталі, які в процесі ЛПО утворюють шлікери, дозволяє отримати високотверді шари заданого складу і забезпечити необхідну структуру. При цьому вміст цементиту в поверхневому шарі може перевищувати 70 %. Такий комплексний технологічний процес поверхневого зміцнення дозволяє нарощувати зношені поверхні деталей машин та приладів на 0,5 мм.
6.Відпрацьовано технологічний процес виробництва виливків автомобільних деталей “коромисло клапана” і “гільза циліндра” із фосфористого комплексно легованого чавуну. Показано, що заміна нікелю міддю в легувальному комплексі практично не зменшує глибину вибілу на “пяті” коромисла клапана. При цьому мідь поліпшила триботехнічні властивості чавуну.
7.Вдосконалена і впроваджена технологія графітизуючого відпалу виливок з сірого чавуну. При графітизуючому відпалі в металі утворюються нерозкладені залишкові карбіди, які поліпшують зносостійкість деталей. При графітизуючому відпалі вибіленого сірого чавуну кінетика процесу відрізняється швидким початком безінкубаційного періоду і сильно сповільненим завершальним етапом.
Основні положення дисертації опубліковані в роботах
2. Жуков А.А., Шилина Е.П., Архипова Т.Ф. Применение новых расчетных методов для уточнения диаграмм состояния Fe-C-Cr и Fe-C-Mn в области эвтектики // Изв. вузов. Черная металлургия. - 1989. - №3. - С.4-9.
3. Zhukov A.A., Shilina E.P., Arkhipova T.F. New computation methods in the analysis of the Fe-C-Cr and Fe-C-Mn systems in the eutectic range // CALPHAD (CALCULATION of PHASE Diagrams). - 1989. - No.1. - P.23-32.
4. Жуков А.А., Абдуллаев Э.В., Архипова Т.Ф. Дальнейшее развитие метода Хиллерта в расчетах активности компонентов тройных систем в двухфазных областях // Журнал физической химии. - 1989. №5. - С.1375 - 1376.
5.Архипова Т.Ф. Рентгеноструктурное и рентгеноспектральное исследование карбидной фазы, выделенной из сплавов систем Fe-C, Fe-C-Cr и Fe-C-Mn // В кн.: Физическое материаловедение и физико-химические основы создания новых материалов.- Киев.: Изд. Института проблем материаловедения им. И.Н.Францевича АН УССР. - 1989. - С.95 - 99.
6. Афонаскин А.В., Опалихина О.Д., Жуков А.А., Архипова Т.Ф., Пилипчук В.И. Анализ процесса графитизации при отжиге отбеленных кокильных отливок методом высокотемпературной металлографии // Изв. вузов. Черная металлургия. - 1991.- №9.- С.89-91.
7. Жуков А.А., Абдуллаев Э.В., Кокора А.Н., Архипова Т.Ф. Контактное плавление в сталях и чугунах с участием феррита // Изв. вузов. Черная металлургия. - 1991.- №6.- С.62-63.
8. Жуков А.О., Шиліна О.П., Осадчук А.Ю., Архіпова Т.Ф. Формування високовуглецевих поверхневих шарів на сталі та чавуні // Вісник Вінницького політехнічного інституту. - 1997.- №4.- С.68-70.
10. Жуков А.А., Савуляк В.И., Архипова Т.Ф. Об атомных сегрегациях в железоуглеродистых расплавах // Процессы литья. - 1999.- №1.- С.6-10.
11.Жуков А.А., Савуляк В.И., Архипова Т.Ф. Восходящая диффузия во время начальных стадий бейнитного и мартенситного превращений // Металлофизика и новейшие технологии.- 1999.- т.21, №2.- С.93-98.
12. Жураковский Е.А., Жуков А.А., Кокора А.Н., Архипова Т.Ф. О природе цементита.- Киев, 1988.-38с.-(Препринт №2 / Институт проблем материаловедения АН УССР; №2).
13. Савуляк В.И., Жуков А.А., Архипова Т.Ф. О влиянии элементов на равновесные температуры эвтектических превращений // Металловедение и термическая обработка металлов.- 2000.- №2.- С.3-8.
14. Savulyak V.I., Zhukov A.A., Arkhipova T.F. Hardening of the cementite phase during quenching of the hypereutectoid steels and white irons // Proc.Conf. on “Materials Science and Engeneering”: The Bulletin of Polytechnic Institute of Jassy.- Romania.- 1996. - vol.42,No.1/2. - P.61-67.