Дослідження важкотопкого брухту, що містить вольфрам Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

СТРУКТУРОУТВОРЕННЯ. ОП1Р РУЙНУВАННЮ ТА Ф1ЗИКО-МЕХАН1ЧН1 ВЛАСТИВОСТ1

УДК 620.22:669.27

О. А. Глотка, д-р техн. наук А. Д. Коваль, канд. техн. наук Л. П. Степанова

Нацюнальний техшчний ушверситет, м. Запорiжжя

ДОСЛ1ДЖЕННЯ ВАЖКОТОПКОГО БРУХТУ, ЩО М1СТИТЬ

ВОЛЬФРАМ

Висвгтлено комплекс дослгджень важкотопкого брухту, що мгстить вольфрам. ВизначенI компоненти, фазовий та приблизний хгмгчний склад брухту. Обговорено можливгсть подальшого використання.

Вольфрам е важкотопким матерiалом, що застосо-вуеться для легування стотв з метою пiдвищення ме-хашчних властивостей та жаромiцностi. Для бшьш рiвномiрного розподiлу вольфраму в твердому розчиш як лiгатури використовують стопи системи W-Fe, при-чому шльшсть елемента в сплавi коливаеться вщ 50 до 90 %.

Через високу собiвартiсть та вiдсутнiсть руд, що мютять вольфрам, в Укралш виробництво високоволь-фрамових матерiалiв потребуе нових джерел постачан-ня. Найбшьший попит на металургiйних тдприем-ствах мають iнструментальнi та жаромiцнi стопи, яш в своему складi мютять значну частку вольфраму Тому особливу увагу слiд придiляти заощаджувальним тех-нологiям. Використання важкотопкого брухту, що мютить вольфрам, е перспективним напрямком у ви-рiшеннi ще! проблеми.

Метою ще! роботи е дослщження хiмiчного складу, структури та фазового складу важкотопкого брухту, що мютить в своему складi вольфрам, для подаль-шо! розробки технологи виготовлення лiгатур.

Матерiали та методика дослвдження

Для дослiдження важкотопкого брухту були обраш так1 методи: визначення густини стопу, макро- i мшро-твердiсть, мiкрострукIури та фазового складу.

Густину брухту визначали за допомогою пдроста-тичного методу. Зважували зразки за розмiром (зовнiшнiй дiаметр 25 мм, внутрiшнiй дiаметр 15 мм та товщиною 5 мм) на повг^ при зануреннi !х у воду.

Дослвдження мiкрострукIури проводили на мшрос-копi М1М-8М, обладнаним цифровою фотокамерою "Olympus", при збтшеннях вiд 420 до 900 разiв. Зразки травили в реактивах "МарблГ' (100 мл HCl, 20 гр CuSO4 , 100 мл H2O) та "МуракамГ (10 гр NaOH, 10 гр K3[Fe(SN)6], 100 мл H2O) протягом 5-8 секунд у кожному розчиш.

Фазовi дослщження виконано на дифрактометрi ДРОН-1 у мiдному Ка випромiнюваннi з монохрома-тизацiею дифракцiйних променiв. Природу фаз виз-начили порiвнюючи експериментальш значення

7 _ dhkl

dHKL = iз табличними даними [1]. Похибка при

вимiрюваннi не перебшьшувала 1,3-10-4 нм.

Мiкротвердiсть вимiрювали на твердомiрi типу ТК-2 згiдно з ГОСТ 9013-59 за шкалою "С" з попе-редшм навантаженням Р0 = 100 Н i основним наван-таженням Р = 1400 Н (загальне навантаження скла-дало Р = 1500 Н). Похибка при вимiрюваннi не пере-вищувала 1-2 одиниць.

Мкротвердоть дослвджували зпдно з ГОСТ 9450-76 на приладi ПМТ-3 при навантаженнi в 5 Н.

Зразки для вимiрювання мжротвердосп шлiфува-лись, полiрувались i травились так само, як i для дос-лiдження мiкрострукIури.

Результата дослвдження та Тх обговорення

Для експресного визначення наявносп у стопi вольфраму було проведено дослщження густини брухту. Треба зазначити, що за довщником вольфрам мае густину 19,3 г/см3 [2]. Шсля розрахуншв густина брухту коливалась вiд 16,90 до 17,36 г/см3. Порiвнявши отри-манi значення густини з лггературними джерелами [3, 4], оцiнили приблизну густину (17 г/см3) W-Fe-Ni стопу iз спiввiдношенням компонентiв 90 %W-5 %Fe-5 %Ni.

На мшроскош М1М-8М були зробленi серп зшмшв за допомогою цифрового фотоапарата "Olympus" на травлених i нетравлених шлiфах. На зразках, як1 не тддавали травленню (рис. 1), можна спостертати не тiльки пори (як1 неминучi в порошковому сплавi), а й границ часток порошку. Очевидно це викликано тим, що при шлiфуваннi i полiруваннi залiзо-нiкелева зв'яз-ка зiшлiфовуеться бiльше внаслiдок меншо! твердосп порiвняно з порошинками вольфраму. Таким чином, на поверхш нетравленого шлiфа можна спостерiгати певний мiкрорельеф. Розглянувши мiкроструктуру пiсля травлення (рис. 2) при рiзних збiльшеннях (вiд 420 до 900 разiв) з'ясували, що в струкIурi сплаву е щонайменше двi складовi - свiтлого та темного ко-льору. Порiвняння отриманих мжроструктур з лггера-турними джерелами [3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10] як в нетравленому, так i в травленому сташ, дае тдставу вважа-ти, що стоп належить до так званих "важких стопiв" системи W-Fe-Ni. "Свила" складова iдентифiкуеться як порошинки вольфраму, а "темна" - як залiзо-нiке-

© О. А. Глотка, А. Д. Коваль, Л. П. Степанова, 2007

лева зв'язка. Середш значения мжротвердосл для "свило!" складово! склали - 9875 МПа, а для "темно!" складово! - 2867 МПа. Крiм мжротвердосп, на зраз-ках було вимiряно твердiсть за Роквеллом за шкалою "С" в дешлькох мiсцях на рiзних зразках (40-42 ИКС).

Для ретельного дослщження фазового складу важ-котопкого брухту розглянуто подвiйнi дiаграми W-Fe, Ре-М1 та W-Ni [11] та полiтермiчнi перерiзи W-Fe-Ni системи [12, 13] i проведено рентгеноструктурний аналiз дослiджуваного стопу. Дифрактограма, одержана при зйомщ важкотопкого брухту наведена на рисунку 3.

В таблиц 1 знаходяться розрахунки мiжплощин-них вiдстаней та вказанi iнтенсивностi лшш. Огриманi мiжплощиннi вiдстанi порiвнювалися з лггературни-ми даними [14].

Рис. 1. Мжроструктура важкотопкого брухту (нетравлений зразок) х420

Таблиця 1 - Мiжплощиннi вiдстанi ёш та штенсивносп лiнiй експериментально визначених та довщникових

фаз

Розрахунюж значення dhk¡, нм (табличш значення для фаз)

Кут 20 4ы, нм 1нтенсившсть, % а №^3

32,72 0,2736 3 - 0,274 -

40,30 0,2237 100 0,224 - -

43,65 0,2073 41 - 0,208 0,2071

45,56 0,1991 4 - 0,201 -

50,64 0,1802 11 - - 0,1793

53,51 0,1712 3 - 0,172 -

58,35 0,1581 33 0,158 - -

70,99 0,1327 3 - 0,133 -

73,34 0,1290 96 0,129 - -

74,83 0,1268 4 - - 0,1268

80,52 0,1192 3 - 0,119 -

87,18 0,1118 80 0,1117 - -

90,98 0,1081 5 - - 0,1081

96,15 0,1036 7 - - 0,1035

100,86 0,1000 41 0,1000 - -

115,06 0,0913 6 0,0914 - -

117,60 0,0901 4 - - 0,0896

б

Рис. 2. Мжроструктура важкотопкого брухту (травлеш зразки) (а - х 420, б - х 900)

СТРУКТУРОУТВОРЕННЯ. ОП1Р РУИНУВАННЮ ТА Ф1ЗИКО-МЕХАН1ЧН1 ВЛАСТИВОСТ1

Рис. 3. Дифрактограма матерiалу важкотопкого брухту

Отже, маемо, що фазовий склад стопу складаеться з а- твердого розчину на основi вольфраму, фази та фази №1^3. Першi двi фази присутнi як у подвшних системах, так i на полiтермiчних перерiзах. Iнтерметалiд мае ГЦК гратку з параметром а =

0,35864 нм. За сшввщношенням ашшв нiкелю i вольфраму знайдена сполука, яка приблизно вiдповiдае фазi Ni4W. За джерелами [8, 12, 13] фазовий склад зв'язую-чо! фази в системи W-Fe-Ni не е достатньо дослщже-ним i може змiнюватися в залежносп як вiд температур охолодження, так i часу охолодження стопу.

Висновок

1. Важкотопкий брухт мае густину вiд 16,90 до 17,36 г/см3, що вщповщае густиш "важких" W-Fe-Ni стопiв (бiля 17 г/см3 [3, 4]).

2. Мжроструктура брухту при порiвняннi з опуб-лжованими даними [3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10] вщповщае системi W-Fe-Ni.

3. Визначений фазовий склад (а-твердий розчин на основi вольфраму i iзострукгурно! сполуки (Fe,Ni)W та Ni17W3) сввдчить, що брухт вщноситься до "важких стотв".

4. Отже, можна зробити висновок, що дослщже-ний стоп вщноситься до системи W-Fe-Ni, в якш при-близний вмiст вольфраму складае 90 % i може бути використаний як лтатура при легуванш жаромiцних та iнструментальних стопiв.

Перелж посилань

1. Миркин Л.И. Справочник по рентгеноструктурному анализу. - М. Металлургия, 1978. - 678 с.

2. Лахтин Ю.М. Физические свойства металлов и сплавов. - М. Металлургия, 1984. - 468 с.

3. Зеликман А.Н. Вольфрам. - М. Металлургия, 1978. -272 с.

4. Поварова К.Б., Макаров П.В., Шамшев К.Н., Дроздов А.М. Разработка тяжелых сплавов на основе тугоплавких металлов как материалов с высоким сопротивлением воздействию ударных волн // Металлы - 2004. -№1. - С. 120-125.

5. Минакова Р.В., Войтенко В. Л., Верховодов П. А., Кали-нюк Н.Н. Фрактографические особенности изломов сплава W-Ni-Fe (90:7:3) // Порошковая металлургия -1985. - №2. - С. 81-91.

6. Минакова Р.В., Войтенко В.Л., Сторчак Н.А., Полторацкая В. Л., Некоторые структурные особенности фазы-связки сплавов системы W-Ni-Fe // Порошковая металлургия - 1980. - №12 - С.45-49.

7. Минакова Р.В., Головина И. С., Адеев В.М., Головкова М.Е. Неоднородность распределения основных элементов и примесей в порошковых сплавах W-Ni-Fe // Порошковая металлургия - 1990. - №8. - С. 81-87.

8. Ромашов В.М., Водопьянова Л.С., Жевакина Г.В. Особенности фазового состава тяжелых сплавов W-Ni-Fe / / Твердые сплавы и тугоплавкие металлы: Сб. научных трудов ВНИИТС. - М. Металлургия, 1983. - С. 46-50.

9. Верховодов П.А., Кончаловская Л.Д., Кресанова А.П., Минакова Р.В., Уварова И.В. Изучение кинетики восстановления и сплавообразования в системе W-Ni-Fe //

Порошковая металлургия - 1979. - №4. - С. 8-13.

10. Кипарисов С.С., Водопьянова Л.С., Эйдук Ю.А., Исакова З.С. Исследование структуры и свойств сплавов W-Ni-Fe при термической обработке // Твердые сплавы и тугоплавкие металлы: Сб. научных трудов ВНИИТС. - М. Металлургия, 1976. - С. 56-63.

11. Лякишев Н.П. Диаграммы состояния двойных металлических систем. - М. Машиностроение, 2000. - 452 с.

12. Никольский А.В., Захаров А.М., Паршиков В.Г., Водопьянова Л.С. Фазовые равновесия в вольфрамовом углу системы W-Ni-Fe при 800-575°С // Порошковая металлургия - 1991. - №8. - С. 61-67.

13. Захаров А.М., Никольский А.В., Паршиков В.Г., Водопьянова Л.С. Фазовый состав святки в тяжелых сплавах типа ВНЖ // Цветные металлы - 1990. - №7. -С. 92-94.

14. Юпко В.Л., Монастырева Н.И., Верховодов П.А., Ми-накова Р.В., Неделяева Л.П., Войтенко В.Л. Смачивание моно- и поликристаллического вольфрама сплавами W-Ni-Fe // Порошковая металлургия - 1984. - №9. -С. 57-61.

Одержано 25.04.2007

Рассмотрен комплекс исследований тугоплавкого лома, в составе которого имеется вольфрам. Определены компоненты, фазовый и приблизительный химический состав лома. Обсуждены возможности дальнейшего использования.

The complex of refractory breakage researches which structure contains tungsten is considered. Components, phase and approximate chemical compound of breakage are determined. Future opportunities of application are discussed.

УДК 669.14:539.4.015:539.43

Канд. техн. наук С. А. Беженов1, Т. Д. Соболевская2

1 Национальный технический университет, 2 ОАО " Мотор Фч"

г. Запорожье

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА И СТРУКТУРЫ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ СОПРОТИВЛЕНИЯ УСТАЛОСТИ

В работе представлены результаты исследований структуры и характеристик сопротивления многоцикловой усталости образцов углеродистых конструкционных сталей с различной технологической наследственностью. На основе морфологической аналогии структур полимеров и металлов предложен подход к описанию механизмов разрушения и определению прочностных характеристик.

Введение

В литературе опубликованы многочисленные исследования специалистов разных отраслей науки (металлофизики, металловедения, металлургии, механики) о влиянии различных факторов на характеристики сопротивления усталости металлических материалов. Преимущественно такие исследования направлены на решение прямой задачи, которая связанна с созданием различных металлических сплавов и технологий их обработки, позволяющих обеспечивать наперед заданные технологические и эксплуатационные характеристики. Однако производством выпускаются только определенные марки материалов и реализуются специфические технологии их упрочнения. При этом

инженерам-конструкторам приходится решать обратную задачу, заключающуюся в эффективном применении поставляемых промышленностью конкретных материалов после конкретной их обработки для заданных эксплуатационных условий работы конструкций. Ус -пешное решение этой задачи обеспечивается при умении оценить работоспособность конкретных элементов конструкций и предвидеть возможность их разрушения в конкретных условиях эксплуатации, что обеспечивается надежными методами определения их прочностных характеристик. К сожалению, исследований в этом направлении явно недостаточно. Поскольку подавляющее большинство инженерных конструкций испытывают циклические нагружения, которые приводят к усталостному разрушению материала, то для решения за-

© С. А. Беженов, Т. Д. Соболевская, 2007 20