CC BY
5УДК 669.621
Ошурина Л.А. уч.стктн доцент
кафедра «Материаловедение, технологии материалов и
термическая обработка металлов»
Дурыничев А.Н. студент магистратуры кафедра «Материаловедение, технологии материалов и
термическая обработка металлов» Ярмухаммадов З.Ё. студент магистратуры кафедра «Материаловедение, технологии материалов и
термическая обработка металлов» Нижегородский Государственный Технический Университет им.
Р.Е. Алексеева Россия, г. Нижний Новгород ФОРМИРОВАНИЕ НАНОСТРУКТУРЫ В СПЛАВЕ 21НМКТ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ИМПУЛЬСНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ. Проведено сопоставление результатов влияния импульсной магнитной обработки на структуру сплава 21НМКТ. Установлено, что обработка импульсным магнитным полем вызывает измельчение структуры. Показана принципиальная возможность замены низкого отпуска обработкой импульсным магнитным полем.
Ключевые слова: элинварный сплав, термоциклирование, структура, импульсно магнитная обработка, микротвердость, области когерентного рассеяния.
Oshurina L.A., Candidate of Technical Sciences Academic title Associate Professor Associate Professor at the Department of Materials Science, Materials
Technology and Heat Treatment of Metals Nizhny Novgorod State Technical University. R.E. Alekseeva
Russia, Nizhny Novgorod Durynichev A.N., master's student Master's student of the department "Materials, materials technology and
heat treatment of metals" Nizhny Novgorod State Technical University. R.E. Alekseeva
Russia, Nizhny Novgorod Yarmuhamedov Z.E., master's student Master's student of the department "Materials, materials technology and
heat treatment of metals" Nizhny Novgorod State Technical University. R.E. Alekseeva
Russia, Nizhny Novgorod
FORMATION OF NANOSTRUCTURE IN 21NMKT ALLOY UNDER IMPACT OF A PULSE MAGNETIC FIELD.
A comparison of the results of the impact ofpulsed magnetic treatment on the structure of the alloy 21NMKT. It is found that the processing of a pulsed magnetic field causes the grinding of the structure. The principal possibility of replacement of low tempering by pulsed magnetic field treatment is shown.
Keywords: Elinvar alloy, thermal Cycling, structure, pulsed magnetic treatment, microhardness, coherent scattering region.
Введение
Обработка импульсным магнитным полем представляет собой метод упрочнения. Ранее приведены результаты влияния отпуска и импульсно-магнитной 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, %
№ Со Mо С Si Mn &
Основа железо 20.521.5 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 УИК-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 2 - Структура образца после двух циклов ТЦО (х500)
Рисунок 3 - Структура после двух циклов ТЦО (закалка + высокотемпературный отпуск) + 2 ОИМП (х500) езультаты измерений микротвердости приведены на рисунках 4-6.
300
250
200
> х
0 150 Ч
о.
01 <о
100
50
206
274
236
236
236
Измерение 1 Измерение 2 Измерение 3 Измерение 4 Измерение 5
Число измерений
Рисунок 4 - Микротвердость исходного образца сплава 21НМКТ
0
220
215
> х
и
8 210
Ч
о.
01
<о
205
200
195
221 221 221
206 206
Измерение 1 Измерение 2 Измерение 3 Измерение 4
Число измерений
Измерение 5
Рисунок 5 - Микротвердость образца после двух циклов ТЦО
225
220
215
> х
.а
8 210 ч .
е
<о
205
200
195
221 221
206 206 206
Измерение 1 Измерение 2 Измерение 3 Измерение 4 Измерение 5
Число измерений
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.
Использованные источники:
1. В.К. Федюкин, М.Е. Смагоринский. «Термоциклическая обработка металлов и деталей машин»., Ленинград, Машиностроение. Ленингр. Отд-ние, 1989, 255 с.
2. Бараз В.Р., Стрижак В. «Элинварные сплавы: особенности состава, структуры и свойств. Часть 1», ж-л «Национальная металлургия», 2003 г., .№4, 95-98 с.
3. Бараз В.Р., Стрижак В. «Элинварные сплавы: особенности состава, структуры и свойств. Часть 2», ж-л «Национальная металлургия», 2003 г., .№5, 105-109 с.
4. Л.А. Ошурина «Особенности прерывистого распада в прецизионных сплавах», ж-л «Труды НГТУ», 2015 г., Том 102 №5, 346-350 с.
5. Л.И. Миркин «Справочник по рентгеноструктурному анализу поликристаллов», Москва, Государственное издательство физико-математической литературы, 1961 г., 863 с.
