CC BY
21
Tochilkin Viktor Vasilevich, doctor of technical sciences, professor, [email protected], Russia, Magnitogorsk, Nosov Magnitogorsk State Technical University
Terentyev Dmitriy Vyacheslavovich, doctor of technical sciences, professor, [email protected], Russia, Magnitogorsk, Nosov Magnitogorsk State Technical University
Tochilkin Vasilii Viktorovich, postgraduate, [email protected], Russia, Magnitogorsk, Nosov Magnitogorsk State Technical University
Filatova Olga Anatolievna, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Magnitogorsk, Nosov Magnitogorsk State Technical University
УДК 621.791
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-10-463-471
ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ СТРУКТУРЫ ЖАРОПРОЧНЫХ НИКЕЛЬХРОМОВЫХ СПЛАВОВ
НА ИХ МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
В.Н. Гадалов, И.В. Ворначева, Д.Н. Паньков, И.А. Бугорский, Р.Р. Загидуллин, Л.С. Сабитов, А.А. Иванов
В статье приведены экспериментальные исследования физико-механических свойств жаропрочных никелевых сплавов. Изучено влияние атомного упорядочения на физико-механические свойства жаропрочных никелевых сплавов. Изучены механизмы разрушения исследуемых сплавов и влияния на них отдельных структурных составляющих методом фрактографического анализа разрушенных ударных образцов. Рассмотрены механизмы разрушения исследуемых образцов и их взаимосвязь с микроструктурой сплавов.
Ключевые слова: никель, жаропрочный сплав, физико-механические свойства, фазовый состав, ударная вязкость, фрактография.
Значительный технический прогресс в области развития энергетического и химического машиностроения, авиационной, космической и ядерной техники требует создания новых и усовершенствования применяемых в промышленности жаропрочных, конструкционных сложнолегированных сплавов на никелевой основе. Работа деталей, узлов и конструкций на никелевых сплавах связана с высокими температурами, напряжениями и агрессивными средами. Импульсные, знакопеременные динамические нагрузки, а также циклические и неравномерные температурные воздействия существенно усложняют условия службы конструкций из этих материалов.
На сегодняшний день наука и практика выработали ряд научно-обусловленных положений и методов достижения высоких физико-механических свойств никелевых сплавов. Поскольку традиционные подходы к легированию и модифицированию, оптимизации и термообработки, нанесению покрытий и т.п. не обеспечивают необходимого комплекса свойств, встала задача определения новых направлений создания и путей исследования в материаловедении сложнолегированных никелевых сплавов. За последнее время в металлофизике фазовых превращений сложилось научное направление, обусловленное взаимным влиянием различного типа фазовых превращений, в частности, атомного упорядочения и распада пересыщенных твердых растворов. Возрастающий интерес к данному вопросу связан с тем, что совмещение упорядочения и старения позволяет получать более высокие механические и физические свойства сплавов.
Известен ряд обзорных работ [1-23], посвященных изучению распада твердых растворов в упорядоченном сплаве. Вопросы совместного протекания процессов упорядочения и распада нами не рассматривались, т.к., они мало вероятны для сплава с никельхромовой матрицей.
Целью работы является изучение физико-механических свойств новых и усовершенствованных модельных никелевых сплавов, после направленного изменения физико-механических свойств путем использования атомного упорядочения для управления морфологией выделения упрочняющей у' фазы и фазы a-Cr, исследования с целью создания банка данных по температурной и амплитудной зависимости внутреннего трения жаропрочных никелевых сплавов.
Материалы и методы исследования. Объектом исследования являются никелевые сплавы с различным содержанием хрома, используемые для производства корпусных изделий, лопаточных материалов для турбин, плазменных покрытий, коррозионностойких конструкционных материалов.
Анализ фазового состава проводился рентгеноспектральным методом и с помощью электрохимического выделения с последующим рентгеноструктурным анализом.
Для изучения механизмов разрушения исследуемых сплавов и влияния на них отдельных структурных составляющих проводился фрактографический анализ разрушенных ударных образцов.
Испытания на ударный изгиб стандартных образцов сплавов были проведены на маятниковом копре МК-30А с запасом энергии 300кДж.
Результаты исследования. В настоящей статье приведены исследования по изучению особенностей структуры жаропрочных никелевых сплавов типа ХН(57-68)МВТЮ с умеренным содержанием упрочняющей интерметаллидной фазы типа №3(А1,Т) в связи с особенностями их структуры (табл.1).
Таблица 1
Химический состав и термообработка литейных жаропрочных сплавов_
Марка сплавов Термообработка Содержание элементов, % (по массе)
С Сг Мо ■п А1 W Fe Другие элементы N1
ВЖЛ 14 (ХН62МВТЮ) 1150°С, 4ч, воздух + старение 680°С, 10ч 0,05 19,5 5,0 2,7 1,4 - 9,0 0,02 Се 0,005В Ост.
ЭП202 (ХН67МВТЮ) 1100°С, 4ч, воздух + старение 710°С, 10ч 0,06 18 4,5 2,7 1,2 4,5 1,2 0,02 Се 0,005В Ост.
ЭП590 (ХН57МВТЮ) 1100°С, 4ч, воздух + старение 710°С, 10ч 0,07 18,2 10,0 2,8 1,4 2,0 8,5 0,02 Се 0,005В Ост.
В табл.2 представлены типы и состав карбидных фаз исследуемых сплавов (в числителе представлены данные по карбидам, в знаменателе по карбонитридам). Во всех сплавах, легированных титаном, как в исходном, так и термообработанном состояниях, обнаружен карбонитрид титана, который обогащен титаном, углеродом и азотом. В его составе практически отсутствует алюминий, молибден, хром, никель, кобальт и железо.
Основной карбидной фазой в исследуемых сплавах является карбид титана ТЮ, в котором располагается 20-25% молибдена или вольфрама. Остальные элементы в этих карбидах содержатся в небольших количествах.
Таблица2
Состав элементов, % масс._
Содержание элементов, % (по массе)
Марка сплавов И № Мо W Сг N1 Со Fe С N Состав карбидных фаз в атомных долях
ВЖЛ 14 63,0 24,2 0,35 0,2 0,2 11,8 - СТ10:11Мо0:2&Ме0:01)С
(ХН62МВТЮ) 78,9 1,1 - 0,7 - 10,0 9,1 (П^Ме^ з)(С0,52«0,48)
ЭП202 64,9 11,0 10,1 0,8 1,4 11,6 - (Л0:7ВМо0:012Шал1Ме0:02)С
(ХН67МВТЮ) 78,0 0,1 1,4 0,4 0,8 8,5 10,7
ЭП590 63,8 19,4 2,1 0,7 0,5 0,2 11,3 - (П0 17лМо0:22 Ш0А2Ме0 & )С
(ХН57МВТЮ) 77,0 1,0 1,4 0,5 0,8 - 10,7 8,0 (Л0> 95Ме0,05)(С0,56^0,44)
Характерной особенностью морфологии первичных карбидных фаз является расположение их по границам зерен и междендритных пространствах, а также переменная дисперсность от сотых долей до нескольких десятков микрон, и изменение формы в зависимости от состава и технологической обработки. Карбидные фазы в изучаемых сплавах чрезвычайно устойчивы и слабо растворяются даже при под-солидусных температурах.
По мере усложнения состава сплава, увеличения количества углерода и упрочняющей у'-фазы карбидная эвтектика становится все более разветвленной, в ней появляются первичные частицы у'-фазы, она принимает более явную эвтектическую форму, усложняется ее строение. Строение псевдо- и эвтектических структур, а, следовательно, и структура сплава в целом, в значительной степени зависит от скорости охлаждения. При низких скоростях затвердевания эвтектические фазы выделяются в виде грубых частиц, создавая жесткую сетку по границам зерен и в междендритных пространствах. Увеличение скорости затвердевания обеспечивает измельчение частиц второй фазы, большую разветвленность псевдоэвтектики, а, следовательно, и дендритов, что оказывает положительное влияние на свойства сплавов.
Установлено, что исследуемые сплавы имеют ярко выраженную химическую неоднородность и сильно развитую дендритную ликвацию, которая предопределяет неравномерное обогащение отдельных участков приграничных объемов отдельными легирующими элементами. В дальнейшем при охлаждении
и старении отливок такое распределение легирующих элементов в сплавах приводит к тому, что средний размер и объемная доля у'-фазы в междендритных участках в несколько раз больше, чем внутри дендри-тов (рис.1). Данные микроанализа гомогенизированных сплавов показывают, что дендритная ликвация в значительной степени сохраняется и после термообработки [1-17]. Так для сплава ВЖЛ14 показано, что полная гомогенизация матрицы сплава возможна только в том случае, если между эвтектикой (получена подплавлением псевдоэвтектики при 1513К в течение 20 мин, охлаждение в воде) и твердым раствором создается четкая граница раздела. Однако оплавленная карбидная эвтектика охрупчивает сплав и такой отжиг не может быть использован для сплава ВЖЛ14 и его аналогов, следовательно, распад твердого раствора с целью выделения упрочняющей у'-фазы происходит в условиях неоднородного химического состава.
Ударная вязкость испытанных образцов колеблется от 3 до 10 кДж/м2.
Фрактографическое исследование позволило установить, что поверхность изломов вне зависимости от величины ударной вязкости имеет макроскопически хрупкое строение (рис.1, а). Характерные для разрушения сталей участки волокнистого строения и боковые скосы отсутствуют. Деформационная характеристика разрушения (1):
Р = 100% , (1)
Ь± и Ь2 - соответственно ширина сжатой и растянутой части излома; к - расстояние от вершины надреза до противоположной грани образца, составляет 2 - 10% и увеличивается с ростом Ь2.
Как правило, разрушение сплавов происходит по механизму квазиотрыва с некоторой степенью пластической деформации.
На поверхности излома выявляется дендритное строение литого металла (рис.1,б). Так как оси дентдритов расположены хаотично, излом, образующийся при распространении магистральной трещины, имеет высокую степень шероховатости, причем глубина области, охваченной разрушением (в направлении от плоскости распространения магистральной трещины), растет при увеличении ударной вязкости.
Рис. 1. Макростроение излома сплава ВЖЛ-14
Для установления механизмов разрушения образцы изучаемых сплавов были подвергнуты фрак-тографическому исследованию.
Рис. 2. Основные виды разрушения литого сплава типа ХН62МВТЮ: а - межзеренное, *160;
б - междендритное, *160 (начало)
к
Рис. 2. Основные виды разрушения литого сплава типа ХН62МВТЮ: в- хрупкое, *160; г - вязкое, *800; д - вязкое, *800; е - вязкое, *800; з - вязкое (ямочное со следами расслоения вдоль дендритов), *1200; и - разрушившийся карбид, *3200; к) отделившийся карбид, х-5000 (окончание)
Установлено, что основным видом разрушения сплавов является межзеренный (рис.2,а) и междендритный (рис.2, б) разрыв, как хрупкого (рис.2, а, б), так и вязкого (рис.2, г-е) характера. Встречаются также участки внутризеренного разрушения - ямочного со следами расслоения вдоль границ дендритов (рис.2, з). Кроме того, в изломах образцов встречаются локальные участки хрупко разрушившихся карбидов (рис.2, и) или участков, где карбид отделился от матрицы не разрушаясь (рис.2, к).
Для междендритных и межзеренных пространств характерно наличие крупных глыбоидальных карбидов. Эти карбиды в силу своих свойств и формы, а также условий взаимодействия с матрицей являются опасными источниками концентрации напряжений и очагов разрушения у-фаза, имеющая относительно низкий предел текучести, что характерно для всех ГЦК-металлов, деформируясь, вызывает рост концентрации касательных напряжений на границе карбид-матрица, что приводит к деформации и последующему сколу вдоль плоскостей скольжения в карбиде в соответствии с моделью СТРО. Разрушение карбидов вызывает резкое возрастание концентрации напряжений в прилегающих объемах, вызывая их быстрое разрушение по какому-либо из механизмов, приведенных выше.
Карбиды средних размеров, имеющие хорошую связь с матрицей, растрескиваются (рис.2,а), но не оказывают значительного влияния на характер продвижения магистральной трещины. Более мелкие карбиды правильной формы, расположенные в основном в междендритных пространствах, а особенно карбонитриды, в процессе деформации матрицы не разрушаются. Прохождение трещины по междендритному пространству приводит к образованию сложной картины разрушения (рис.2,е), представляющей собой набор плоских участков больших и малых ямок.
Плоские участки на поверхности излома в междендритных пространствах имеют строение, сходное с тем, которое имеет место на границе зерен и может иметь характер хрупкого или вязкого меж-зеренного разрушения. Такие участки образуются в местах с малой шириной псевдоэвтектической прослойки при отсутствии в этих участках карбидных и интерметаллидных частиц. Так на рис.2,б отчетливо виден выход ветвей дендритов, по границам которых и произошло разрушение. Тот же характер разрушения привел к образованию больших ямок на рис.2,ж. Большие ямки могут образовываться также в результате отделения матрицы от карбида (рис.2,к). На нем видны полосы деформации, образованные в процессе отделения карбида от матрицы. Мелкие ямки образуются в местах скопления карбонитридов внутри псевдоэвтектики (рис.2, г, е). Ячейки малой глубины, образующиеся при вязком межзеренном разрушении (рис.2,д), образуются в результате отделения интерметаллидной у-фазы от матрицы. При прохождении трещины через матрицу плотность ямок на поверхности излома соответствует плотности частиц интерметаллидной фазы внтури зерна (рис. 2,б). Это указывает, что причиной образования таких ямок также являются частицы интерметаллида на основе №3(АШ). Как указывалось выше, при повышении температуры гомогенизации на 20-30°С по сравнению с допустимой (1200°С) происходит подплав-ление псевдоэвтектики, расположенной по границам зерен и в междендритных пространствах. В процессе охлаждения формируется карбидная эвтектика в явном виде (рис. 3), представляющая собой карбидную сетку, заполненную твердым раствором у'-фазы. Выделение эвтектики в явном виде приводит к резкому охрупчиванию, проявляемому в снижении уровня ударной вязкости от 2 до 0,5 кДж/м2.
Микрофрактографическое исследование показало, что инициатором разрушения такого типа структуры являются колонии эвтектики (рис.4, а). Разрушение на соседних участках между колониями эвтектики происходит по границам зерен. Характер подплавления эвтектики показан на рис.4, б. Межзе-ренное разрушение аналогично хрупкому межзеренному разрушению, приведенному на рис.2, а,в.
Таким образом, приведенные данные показывают, что характер разрушения определяется структурными особенностями материала во всех участках разрушения.
/ УяЛН
а
Рис. 3. Карбидная эвтектика в сплаве ВЖЛ-14: а - микроструктура эвтектики, х-2000 (начало)
1 Цж
1
я1 |У г\] чг
К \<Д1\ Мо
чу (Ш €
\ (А
Л^л] МУ
?
б
Рис. 3. Карбидная эвтектика в сплаве ВЖЛ-14: б - кривые микрораспределения компонентов
с участка карбидной эвтектики (окончание)
Рис. 4. Разрушение сплава ВЖЛ-14: а - по эвтектике; б - по карбиду
Поверхность изломов сплавов имеет макроскопически хрупкое строение. На поверхности излома хорошо выявляется дендритное строение литого металла.
Основным типом разрушения литейных никелевых сплавов является межзеренное и междендритное, как хрупкого, так и вязкого характера. Реже встречаются участки внутризеренного разрушения: ямочного или среза по плоскостям скольжения.
Крупные карбиды, встречающиеся на пути распространения магистральной трещины, разрушаются путем скола по плоскостям спайкости. Карбиды средних размеров, имеющие хорошую связь с матрицей, растрескиваются, мелкие карбиды, карбонитриды и мелкие частицы интерметаллидной фазы не разрушаются и являются очагом вязкого ямочного разрушения.
Выводы
Разработан, теоретически и экспериментально обоснован метод направленного изменения физико-механических свойств никелевых сплавов путем управления распадом твердого раствора посредством атомного упорядочения. Изучены физико-механические свойства сплавов, установлена микроструктура изломов после испытания на ударную вязкость. Показано, что в результате атомного упорядочения микроструктуры исследуемых сплавов возможно достижение их повышенной прочности и износостойкости.
Список литературы
1. Петрушин Н.В. Модель для прогнозирования высокотемпературной долговечности литейных жаропрочных никелевых сплавов / Н.В. Петрушин, Е.С. Елютин // Труды ВИАМ. 2021. №4. С.16-30.
2. Каблов Е.Н. Материалы нового поколения - основа инноваций, технологического лидерства и национальной безопасности России // Интеллект и технологии. 2016. № 2 (14). С. 16-21.
3. Pollock T.M. Alloy design for aircraft engines // Nature Materials. 2016. Vol. 15. P. 809-815.
4. Оспенникова О.Г. Итоги реализации стратегических направлений по созданию нового поколения жаропрочных литейных и деформируемых сплавов и сталей за 2012-2016 гг. / О.Г. Оспенникова // Авиационные материалы и технологии. 2017. № 5. С. 17-23.
5. Бондаренко Ю.Н. Тенденции развития высокотемпературных металлических материалов и технологий при создании современных авиационных газотурбинных двигателей // Авиационные материалы и технологии. 2019. № 2 (55). С. 3-11.
6. Harada H., Ohno K., Yamagata T. et al. Phase calculation and its use in alloy design program for nickel-base superalloys // Superalloys 1988. Pennsylvania: The Metallurgical Society, 1988. P.733-741.
7. Ohno T., Watanabe R., Tanaka K. Development of a nickel-base single crystal superalloy containing molybdenum by an alloy designing method // Journal of the Iron and Steel Institute of Japan. 1988. Vol. 74. Is. 11. P. 133-140.
8. Yokokawa T., Harada H., Kawagishi K., Kobayashi T., Yuyama M., Takata Y. Advanced alloy design program and improvement of sixth-generation Ni-base single crystal superalloy TMS-238 // Superalloys 2020. Pennsylvania: Minerals, Metals & Materials Society, 2020. P. 122-130.
9. Петрушин Н.В., Висик Е.М., Елютин Е.С. Усовершенствование состава и структуры литейного жаропрочного никелевого сплава с малой плотностью. Часть 1 // Труды ВИАМ. 2021. № 3 (97). С.3-15.
10. Аргинбаева Э.Г., Назаркин Р.М., Шестаков А.В., Карачевцев Ф.Н. Исследование влияния термической обработки на структурно-фазовые параметры интерметаллидных сплавов на основе никеля // Авиационные материалы и технологии. 2017. № 3 (48). С. 8-13.
11. Губанов О.М. Мониторинг кинетических закономерностей износа внутренних поверхностей оборудования в условиях интенсивной коррозии с применением разных рабочих сред / Губанов О.М., Гадалов В.Н., Филонович А.В., Ворначева И.В., Макарова И.А. // Справочник. Инженерный журнал. 2022. № 6 (303). С. 48-53.
12. Гадалов В.Н. Некоторые аспекты повышения жаропрочности литейных сложнолегирован-ных сплавов на никелевой основе в результате влияния перераспределения легирующих элементов между у-твердым раствором и упрочняющей у'-фазой / Гадалов В.Н., Филонович А.В., Ворначева И.В., Филатов Е.А., Макарова И.А. // Заготовительные производства в машиностроении. 2021. Т. 19. № 9. С. 412418.
13. Гадалов В.Н. Исследование структуры, фазового состава, физико-механических свойств, а также оптимизация процессов термической обработки литейного жаропрочного никелевого сплава ХН67МВТЮ (ЭП202) методом математического моделирования / Гадалов В.Н., Петренко В.Р., Филатов Е.А., Ворначева И.В., Филонович А.В. // Справочник. Инженерный журнал. 2021. № 2 (287). С. 3-10.
14. Гадалов В.Н. Прогнозирование надежности металлоконструкций методами статистического моделирования / Гадалов В.Н., Ворначева И.В., Филонович А.В., Филатов Е.А., Алымов Д.С. // Научная жизнь. 2019. Т. 14. № 4 (92). С. 457-462.
15. Гадалов В.Н. Оптимизация электроакустического нанесения покрытий для повышения эксплуатационных свойств композитов из жаропрочных сплавов на основе никеля / Гадалов В.Н., Емельянов С.Г., Сафонов С.В., Ворначева И.В., Филонович А.В. // Вестник машиностроения. 2017. № 6. С. 7-9.
16. Гадалов В.Н. Жаропрочный дисперсионнотвердеющий сплав ХН67МВТЮ (ЭП202) на ни-кельхромовой основе. Некоторые сведения / Гадалов В.Н., Филонович А.В., Ворначева И.В., Филатов Е.А., Алымов Д.С. // Естественные и технические науки. 2017. № 8 (110). С. 74-79.
17. Гадалов В.Н. Некоторые сведения по изготовлению высококачественных отливок способом литья по выплавляемым моделям (ЛВМ) из деформируемого жаропрочного сплава ЭИ598 / Гадалов В.Н., Макарова И.А., Филатов Е.А., Ворначева И.В., Рощупкин В.М. // Сб. матер. VII меж. конф. «Деформация и разрушение материалов и наноматериалов». (7-10 ноября 2017г.). М.: ИМЕТ РАН. 2017. С. 534-537.
18. Zielinska M. Thermal properties of cast nickel-based superalloys / M. Zielinska // Archives of Materials Science and Engineering. 2010. №6. Р. 26-28.
19. Onyszko A. Method for production of single crystal superalloys turbine blades / A. Onyszko, K. Krzysztof // Archives of Metallurgy and Materials. 2009. №3. Р. 765-771.
20. Гадалов В.Н. Закономерности формирования структуры частиц порошковых композиций на основе алюминия, получаемых механическим реакционным легированием / Гадалов В.Н., Гвоздев А.Е.,
Колмаков А.Г., Ворначева И.В., Кутепов С.Н., Ельников Е.А., Алымов Д.С., Нестеров Д.И. // Материаловедение. 2019. № 7. С. 38-42.
21. Ворначева И.В. Внутреннее трение литого сплава с никель-хромовой матрицей после термической обработки / Ворначева И.В., Гадалов В.Н., Макарова И.А., Филонович А.В. // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2017. № 10 (76). С. 39-41.
22. Гадалов В.Н. Некоторые аспекты повышения жаропрочности литейных сложнолегирован-ных сплавов на никелевой основе в результате влияния перераспределения легирующих элементов между у-твердым раствором и упрочняющей у'-фазой / Гадалов В.Н., Филонович А.В., Ворначева И.В., Филатов Е.А., Макарова И.А. // Заготовительные производства в машиностроении. 2021. Т. 19. № 9. С. 412418.
23. Гадалов В.Н. Изучение отливок из модифицированного жаропрочного сплава ЖС3ДК, их структура, фазовый состав и физико-механические свойства / Гадалов В.Н., Петренко В.Р., Филатов Е.А., Ворначева И.В., Деденко В.Э. // Упрочняющие технологии и покрытия. 2021. Т. 17. № 3 (195). С. 122131.
Гадалов Владимир Николаевич, д-р техн. наук, профессор, [email protected], Россия, Курск, Юго-Западный государственный университет,
Ворначева Ирина Валерьевна, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Курск, Юго-Западный государственный университет,
Паньков Дмитрий Николаевич, студент, dmitry.pankov.official@,gmail. com, Россия, Курск, Юго-Западный государственный университет,
Бугорский Илья Андреевич, студент, [email protected], Россия, Курск, Юго-Западный государственный университет,
Загидуллин Рамиль Равильевич, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Казань, Казанский федеральный университет,
Сабитов Линар Салихзанович, д-р техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Казань, Казанский федеральный университет, Казанский государственный энергетический университет,
Иванов Александр Алексеевич, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Тверь, Тверская государственная сельскохозяйственная академия
THE STUDY OF THE INFL UENCE OF THE STR UCTURE OF HEAT-RESISTANT NICKEL-CHROMIUM
ALLOYS ON THEIR MECHANICAL PROPERTIES
V.N. Gadalov, I.V. Vornacheva, D.N. Pankov, I.A. Bugorsky, R.R. Zagidullin, L.S. Sabitov, A.A. Ivanov
Experimental studies of the physical and mechanical properties of heat-resistant nickel alloys are given in the article. The effect of atomic ordering on the physico-mechanical properties of heat-resistant nickel alloys has been studied. The mechanisms of destruction of the studied alloys and the influence of individual structural components on them are studied by the method offractographic analysis of destroyed impact samples. The mechanisms of destruction of the studied samples and their relationship with the microstructure of the alloys are considered.
Key words: nickel, heat-resistant alloy, physical and mechanical properties, phase composition, impact strength, fractography.
Gadalov Vladimir Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, [email protected], Russia, Kursk, South-west State University,
Vornacheva Irina Valerievna, candidate of technical sciences, docent, vornairina2008@yandex. ru, Russia, Kursk, South-west State University,
Pankov Dmitry Nikolaevich, student, [email protected], Russia, Kursk, South-west State University,
Bugorsky Ilya Andreevich, student, ilya. [email protected], Russia, Kursk, South-west State University,
Zagidullin Ramil Ravilevich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Kazan, Kazan Federal University,
Sabitov Linar Salikhzanovich, doctor of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Kazan, Kazan Federal University, Kazan State Power Engineering University,
Ivanov Alexander Alekseevich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Tver, Tver State Agricultural Academy
УДК 669.1
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-10-471-477
ОСОБЕННОСТИ АЛГОРИТМА ЭКСПЕРТИЗЫ СПЛАВОВ ДЕТАЛЕЙ АВТОМОБИЛЕЙ
Г.Г. Бурый
В статье детально рассматривается алгоритм определения марок сплавов деталей автомобилей. Описаны особенности подготовки микрошлифов из сплавов на основе различных металлов. Приведены особенности операций шлифования и полирования микрошлифов из сплавов на основе различных металлов. Описаны химические составы реактивов и их влияние на четкость выявления структуры сплавов. Показано влияние легирующих элементов в сплавах на основе цветных металлов на значение их твердости. Описан алгоритм определения процентного содержания основного легирующего элемента в сплаве исходя из его строения под микроскопом с применением диаграмм состояния сплавов.
Ключевые слова: алгоритм, экспертиза, микрошлиф, деталь, шлифование, полирование, травление, структура, сплавы.
На сегодняшний день металлография как раздел металловедения очень важна при экспертизе деталей и других изделий из металлов. Задача металлографии состоит в лабораторном определении химического состава сплава. Неправильно подобранный сплав для детали приводит к сокращению ее срока службы. Некоторые производители комплектующих для автомобилей, станков и других агрегатов экономят на материалах. С виду хорошая обработанная деталь на деле может прослужить очень короткий срок. Помимо подобных проблем металлография решает более сложные вопросы. Поломка детали или изделия может приводить к порче другого имущества, к серьезным травмам и другим проблемам. Срок службы деталей и комплектующих напрямую зависит от выбранного для ее производства материала. Задача эксперта состоит в доказательстве непригодности того или иного материала для производства конкретного изделия. Металлографические исследования обычно проводят с применением микроскопов в отраженном свете. На исследуемую поверхность направляется световой поток, как следствие неровные участки поверхности видны в окуляр как темные области. Также важно рассмотреть исследуемую поверхность под различным увеличением так как некоторые структуры видны только при определенном увеличении.
Процесс определения химического состава и свойств сплава, включает в себя несколько этапов. Первый этап это вырез микрошлифа. Изначально от исследуемого изделия отрезается часть, которую называют микрошлифом. Желательно чтобы микрошлиф был вырезан в виде фигуры правильной формы. Это понадобится для легкого определения его объема. После последующего взвешивания микрошлифа несложно определить приблизительную плотность сплава. Этот этап крайне важен, потому что подготовка исследуемой поверхности для разных сплавов имеет свои отличия. Вырезка микрошлифа осуществляется в произвольном месте изделия. Также предварительно рекомендуется произвести замер твердости сплава, для исключения ошибки при определении основы сплава. Начинать замер стоит по методу Роквелла способ С. Если полученное значение твердости высокое не соответствует большому размеру отпечатка, следовательно металл более мягкий, в этом случае твердость замеряют по методу Роквелла способ А. В этом случае можно с уверенностью утверждать что образец не из чугуна или закаленной стали. При адекватном значении твердости по методу Роквелла способ А материал может являться отожженной сталью а также могут подходить определенные виды цветных сплавов. Однако стоит отметить, что сплавы отличаются по цвету излома. Например, у сплавов на основе железа излом имеет темно-серый оттенок, у сплавов на основе алюминия светло-серый, а у сплавов на основе меди изменяется от зеленоватого до коричневого. Если в случае замера твердости способом А, также получается неадекватное значение твердости, в этом случае замер проводят по методу Роквелла способ В для сплавов цветных металлов.
