CC BY
11
Исследование микроструктуры образцов после длительных выдержек при температуре 150 °С показало, что нагрев при указанной температуре способствовал распаду эвтектоида и дополнительному выделению упрочняющей интерметаллидной фазы типа У(МЕ4Л13),
Возрастающие присадки гафния незначительно повышали прочностные свойства сплава (табл. 2). При этом пластические характеристики сплава практически не менялись. В то время как значения длительной прочности сплава резко возрастали с увеличением содержания гафния до 1,0 % и увеличивались примерно в 3 раза.
Таблица 2 - Средние механические свойства и жаропрочность сплава Мл-5
Выводы
1. Присадки гафния до 1,0 % незначительно повышают прочностные свойства сплава Мл-5 при комнатных температурах и практически не меняют пластичность.
2. Установлено, что гафний измельчает эвтектику и тормозит эвтектоидное превращение.
3. Длительные испытания приводят к повышению микротвердости и структурной однородности магниевого сплава.
4. Введение в сплав Мл-5 гафния от 0,05 % до 1,0 % способствует значительному повышению жаропрочности вследствие дополнительного дисперсионного упрочнения твердого раствора.
Перечень ссылок
1. Дриц М. Е. Магниевые сплавы для работы при повышенных температурах / Дриц М. Е. - М. : Наука, 1964. -230 с.
2. Сплавы литейные магниевые. Марки : ГОСТ 2856-79. -[Чинний вщ 1981.01.01]. - М. : Издательство стандартов, 1986. - 5 с. - (Государственный комитет СССР по стандартам).
3. Aust K.T. Influence of the titan on mechanical properties and thermal stability of magnesian alloys / K.T. Aust, L.M. Pidgeon // Trans. Amer. Inst. Min. Met. Eng. - 1949. -186. - С. 585-563.
4. Шиков А. И. Что может гафний. О состоянии и перспективах его использования / Шиков А. И., Бочаров О. В. // Металлы Евразии. - 2005. - № 5. - С. 34-39.
Присадка Hf, % вес. Механические свойства при комнатной температуре Время до разрушения, тр ч (7^.-150 °С; а - 80 МПа)
ав, МПа 5, %
- 214,0 2,2 141
0,05 216,0 2,6 196
0,1 221,0 2,4 337
1,0 225,0 2,5 498
Одержано 02.02.2009
До^джено вплив гафнiю на структуроутворення, MexaHi4Hi властивостi й жаромiцнiсть виливок з магтевого сплаву Мл-5. Установлено, що гафнш у сплавi Мл-5 iстотно тдвищуе тривалу M^icmb при пiдвищeних температурах.
Influence hafnium on structure formation, mechanical properties and thermal stability of castings made of magnesium alloy Мл-5 is investigated. It is established, that hafnium in alloy Мл-5 essentially raises stress rupture strength at the high temperatures.
УДК 621.039.531
Канд. фiз.-мат наук Г. В. Сыжной1, канд. фiз.-мат наук В. Л. Сыжной2
1 Нацюнальний техшчний ушверситет, 2 Нацюнальний ушверситет
м. Запор1жжя
КЛАСТЕРНИЙ МЕХАН1ЗМ ЗАРОДЖЕННЯ МАРТЕНСИТУ В ЗАЛ1ЗОН1КЕЛЕВИХ СПЛАВАХ
Показано, що в сплавах Н15, Н23, Н25 з iзотермiчною юнетикою мартенсит зароджуетъся з аустетту, в якому кнуе антиферомагнiтна i феромагнiтна взаeмодiя мiж атомами. У сплавах з атермiчною юнетикою Н26.6, Н27.3, Н29, Н31 мартенсит зароджуетъся з аустенiту, в якому переважае або iснуе тiлъки феромагнiтна взаемодiя мiж атомами.
Вступ №-15^26 %, С-0,52 %, Бе- все шше) i сталей 43Х2Н19,
У роботах [1, 2] показано, що магнетизм у- фази 53Н20 зумовлений наявшстю в нш маленьких феро-
(аустешту) вуглецевих сплавi в Ре-Сг-№ (Сг-2 %, магнгтних областей (кластерiв). Природа кластерiв по© Г. В. Сыжной, В. Л. Сыжной, 2009
24
в язана з магнiтними i структурними неоднор.дностя-ми. Розглянуто, що суперпарамагнiтнi кластери в у-фазi сприяють зародженню кластерiв феромагштно! а- фази. Збiльшення вмiсту N1 у сплавах Сг-№ при-зводить до значного збшьшення намагнiченостi у-фази, при цьому магнiтний стан у- фази змiнюeться зi зниженням температури вiд парамагнiтного до супер-парамагштного, а в сплавах з високим вмiстом N1 - до феромагштного стану. У зв'язку з цим виникае потреба дослiдити магштний стан у- фази (аустенiту) низь-ковуглецевих залiзонiкелевих сплавiв, у яких вщбу-ваеться мартенситне у ^ а перетворення. Так1 експе-риментальш дослiдження дадуть можливiсть проаналiзувати магштний стан аустенпу поблизу Т8, а також прослщкувати змiну магштного стану у- фази та можливе утворення феромагнiтних кластерiв у сплавах з iзотермiчною та атермiчною кинетикою.
Дослвдження магнiтних властивостей Ре-№-сплаыв досить в широкому iнтервалi температур i з'ясування змiн в аустент поблизу Т8 з iзотермiчною та атермь чною кинетикою i е метою ще! роботи.
Матерiали та методика дослiджень
Хiмiчний склад дослщжуваних сплавiв наведено в таблицi 1.
Таблиця 1 - Хiмiчний склад дослщжуваних Fe-Ni сплавiв
Склад, мас., %
N1
С Мп
Н15 0,05 15,1 0,41 0,35
Н23 0,05 23,1 0,45 0,35
Н25 0,04 25,0 0,40 0,38
Н26,6 0,06 26,6 0,37 0,60
Н27,3 0,05 27,3 0,39 0,49
Н29 0,04 29,3 0,42 0,37
Н31 0,02 31,2 0,28 0,35
Виплавленi сплави у вщкритш iндукцiйнiй печi проковували в заготовки перерiзом 15x15 мм2. Заготовки шддавалися гомонiзуючому вщпалу при 1400 К протягом 20 хв. з наступним гартуванням у вод. З центрально! частини вирiзалися зразки, близьк1 до сфе-рично! форми дiаметром 2 ^4 мм, як1 хiмiчно травили-ся з метою зняття мехашчних напруг. Дослвди здiйснювалися на магнiтометричних терезах [3], зруч-них для дослщження початково! стадп у-а- перетворення. Зразки нагр.валися в аргонi до 1120 К, витри-мувались 3 хв., попм охолоджувалися в однаковому режимi зi швидк1стю, яка виключае можливiсть дифу-зiйного розпаду аустенпу. При пiдходi до Т8 середня швидк1сть охолодження становила 1,1 К/хв.
Для визначення досить низького вмюту мартенситу, починаючи з 0,005 % i вище, використовувався чут-ливий магнiтометричний метод, який враховуе вплив магштного моменту парамагнитного аустенпу на визначення процентного вмюту мартенситу [4].
Результата та 1х обговорення
На рис. 1 представлен типовi залежностi питомо! магштно! сприйнятливосп X дослiджуваних зразк1в сплавiв Н15, Н23, Н25, Н26.6, Н27.3 в магштному полi 6 А
Н = 0,2 • 10 — вiд температури Т i подальшою вит-
м
римкою вiдповiдно в мартенситних точках Т8 = 505, 446, 405, 307, 285 К.
На рис. 1 стршками на осях ординат показаш мар-тенситш точки Т8, питомi магнит сприйнятливостi
i хп вщповщно в початковий i к1нцевий момент часу.
У сплавах Н15, Н23 i Н25 в точках Т8 спостерь гаеться iзотермiчна мiкрокiнетика, для яко! характер-ний розвиток мартенситно! реакцп з часом.
У сплавах Н26.6 i Н27.3 в точках Т8 маемо рiзкий миттевий перший стрибок зароджуваного мартенситу i з подальшим понижениям температури мартенситна реакцiя з часом не розвиваеться (горизонтальна площадка). Далi спостерижтъся другий i т.д. стрибки пiсля горизонтальних площадок. Така поведiнка мартенсит-ного перетворення (МП) у сплавах Н26.6 i Н27.3 вщпо-вiдае атермiчному перетворенню.
Характер обмшно! взаемодп мiж магштними атомами речовини можна ощнювати, певною мiрою, за температурною залежшстю И магштно! сприйнятли-востi. Для опису поведiнки магштно! сприйнятливостi речовини в широкому температурному iнтервалi використовувався вираз [5]:
-1 = Т_
Х С
л
X Л
1 + У—
гр
п=1Тп )
(1)
лiнiйною. Форма криво!
де коефщент Хп е функщею кристал.чно! структури, магнiтного моменту атома i типу взаемодп мiж моментами; п - цше число, С - константа.
Вираз (1) переходить у звичайний закон Кюрь Вей-
са при п = 1, якщо п > 1, то залежшсть х-1(Т) вже не е
" С (т]
рiвияниям (1), чутлива до типу обмшно! взаемодп мiж атомами. На рис. 2 наведеш запозичеш iз [5] теоре-
. .С I Тс
тичнi залежиостi —I —
ХТ I Т
для р.зних випадк1в обмшно! взаемодп м.ж магнiтни-ми атомами речовини.
Розглянул наступнi випадки: А - ильки феромагш-тна (позитивна) взаемодая м.ж ближшми суадами; В -тшьки антиферомагнина (ввд'емна) взаемод.я м.ж ближшми суадами; С - ств.снування феромагштно! взаемодп м.ж ближшми суадами . далеко! антиферо-магнино!; Б - сшв^нування антиферомагштно! взаемодп м.ж ближшми суадами . далеко! феромагштно!.
яка визначаеться
(Тс - температура Кюр.)
Рис. 1. Типов1 температурш залежност питомо!' магнггао! сприйнятливост X (Н = 0,2 •106-Л| Бе-М сплав1в з витримкою
I м)
в точках Т, . Стрижами показан стартов1 (з шдексом я) 1 кшцев1 (з шдексом п) значения X в точщ Т.
Рис. 2. Залежност — вщ наведено!' температури, яю
ХТ
теоретично отримаш в [5]
%
'10 , кг/м
Н15 Н29
220
180
140
24
20
16
12
Л"Н1
Г1 429 Н25
Ушш Н27.3
1123 Н25 1126.6
Н27.3
125
105
65
45
25
243
323
403
4КЗ
563
643 Т, К
Рис. 3. Температурна залежшсть обернено! питомо! сприйнятливост Бе-М сплав1в
Теоретичш висновки, наведенi в роботi [5], були шдтверджеш експериментально пiд час дослщження магнiтних властивостей ряду аустештних сталей [1].
На рис. 3 наведет знайдет нами експериментальнi температурш залежностi обернено! питомо! магнгтно!
1
яка визначаеться екстраполяцieю лiнiйноi дмнки за-
лежностi
. 1
- (Т)
X
на вюь температури.
Для сплаву Н26.6 в деяких зразках пiд час набли-ження до Т. спостерiгалися вщхилення залежностi
сприйнятливостi - для сплав№ Н15, Н23, Н25, Н26.6, 1 (Т) (рис. 3, пунктирна шшя), що вказуе на подабний
X
Н27.3, Н29. Стрiлками на кривих показанi мартенситнi точки Т. , в яких спостерiгаеться початок утворення феромагнiтного а-мартенситу. Видно , що при набли-женнi до мартенситно! точки Т. в Н15, Н23, Н25 на-хил кривих вщизняеться ввд нахилу кривих для сплаыв Н26.6, Н27.3, Н29. При цьому експериментальнi за-
лежиостi 1 (Т) не пiдлягають закону Кюрi-Вейсса:
X =
С
Т-0
(2)
де С - константа Кюрц 0 - парамагштна точка Кюр^
X
характер вище розташованих кривих.
1 (1
На рис. 4 подаш залежносп — | для дослд-
XТ VТ )
жуваних сплавiв. Порiвнюючи з рис.1, бачимо, що на-1 (1
хил кривих —т| поблизу Т. для сплавiв Н15, Н23,
Н25 е позитивним. Це сввдчить про те, що зi збшьшен-ням нiкелю в сплавах зменшуеться антиферомагнiтна i посилюеться феромагштна взаемодiя мiж атомами в аустент пiд час наближення до мартенситно! точки. З подальшим збiльшениям шкелю в сплавах Н26.6, Н27.3, Н29 встановлюеться переважно або тiльки феромагнгтна взаемодiя мiж атомами в аустент.
Як видно з рис. 4 (сплав Н15), при температурах
1 Г1
бшьших за ~ 570 К нахил криво!-1 — | е позитив-
хТ ^ Т,
ним, що св.дчить про те, що при цих температурах переважним видом е негативна обмшна взаемод.я м.ж атомами, тобто переважае антиферомагнетизм. А при температурах менших вщ 570 К нахил криво! стае ввд'емним . магштний стан сплаву Н15 буде зумовле-ний в основному позитивною обмшною енерпею, тобто переважае феромагштна взаемод.я м.ж атомами. Для сплав.в Н23, Н25 спостер.гаеться з. знижен-ням температури зменшення антиферомагштно! взае-модп м.ж близькими атомами . посилюеться феромагштна. Для нашо! вар.ацп шкелю сплав Н26.6 е шбито критичним, в аустент якого поблизу Т3 переважае позитивна взаемод.я м.ж атомами, тобто феромагштна взаемод.я м.ж атомами. Для сплав.в Н27.3, Н29
поблизу Т8 переважае або .снуе тшьки феромагшт-
ний стан аустешту.
Очевидно, що мартенсит з .зотерм.чною кинетикою
зароджуеться в точщ Т8 з аустешту, в якому юнуе ан-тиферомагштна . феромагштна взаемод.я м.ж атомами.
У сплавах Н26.6, Н27.3, Н29 з атерм.чною шнети-кою мартенсит зароджуеться в точщ Т8 з аустешту, в
якому юнуе переважно або тшьки феромагштна взае-мод.я м.ж атомами.
Звщси можна припустити, що для нашого шдбору сплав.в вм.ст шкелю 26^27 % (мас.) е граничним. З. збшьшенням шкелю у сплавах Н15, Н23, Н25 змен-шуеться антиферомагштний стан . посилюеться фе-
ромагштний стан аустешту поблизу Т8, що призво-дить до затухання .зотерм.чно! кшетики. У сплавах
Н26.6, Н27.3, Н29, для яких переважае феромагнпний стан аустешту, спостер.гаеться атерм.чна кинетика.
Природно припустити [1, 2], що у дослщжуваних
Fe-Ni сплавах з. зниженням температури до Т8 позитивна обмшна взаемод.я може привести до утворення маленьких однодоменних феромагштно упорядкова -них областей (кластер.в), як1 мають магштний момент не р.вний нулю. 1мов.рно, кластери будуть мати р.зш розм.ри . тому р.зш магштш моменти. Величина магнитного моменту кластера буде зростати з. зниженням температури, тому що умови для обмшно! взаемодп ашшв всередиш обласп . на !! периферп р.зн. При високих температурах основний внесок у результую-чий магштний момент кластера вносять внутршньо феромагштно упорядковаш атоми. З. зниженням температури все б.льша частина перифершних ашшв буце брати участь у створенш результуючого магнитного моменту. Звшси можна припустити, що у Fe-Ni сплавах при шдход. до точки Т8 в аустент виникають
маленьш обласп феромагниного порядку (кластери). Ц. кластери е найбшьш .мов.рними мюцями зароджен-ня кристал.в мартенситу.
Висновки
1. Магштний стан зал.зошкелевих сплав.в вище ввд температури початку у ^ а перетворення пере-важно описуеться сшв.снуванням ввд'емно! . позитивно! обмшних взаемодш м.ж магштноактивними атомами. Мартенсит з .зотерм.чною кшетикою в мартенситнш точщ зароджуеться з аустешту, в яко-
му icHye антиферомагнiтна i феромагнiтна взаемо-дiя мiж атомами. У сплавах з атермiчною кшетикою мартенсит зароджуеться з аycтенiтy, в якому переважае або icHye тшьки феромагштна взаeмодiя мiж атомами.
2. 3i зниженням температури до мартенситно! точки в залiзонiкелевих сплавах позитивна обмiнна взае-модiя мiж атомами призводить до утворення маленьких однодоменних областей (клаcтерiв), як1 е найбiльш iмовiрними мюцями зародження криcталiв мартенситу.
Перелiк посилань
1. Ромашев Л. Н. Изменение магнитных свойств стали вблизи мартенситой точки / Л. Н. Ромашев, Л. Д. Во-рончихин, И. Г. Факиров // ФММ. - 1973. - Т. 36. -С. 291-294.
2. Ромашев Л. Н. Роль магнитного состояния у- фазы сплавов Fe-Cr-Ni в структурном у ^ а превращении под влиянием магнитного поля / Л. Н. Ромашев, И. Г. Факиров // ФТТ. - 1974. - Т. 16. - С. 2793-2797.
3. Мирошниченко Ф. Д. Магнитометрические весы с униполярно-астатической системой и механико-магнитным зацеплением призмы / Ф. Д. Мирошниченко, В. Л. Снежной // Приборостроение. - 1966. - № 2. - С. 48-52.
4. Влияние магнитного момента парамагнитной матрицы на определение низких содержаний а- фазы в аусте-нитных сталях / [В. Л. Снежной, Ф. Д. Мирошниченко, В. Г. Каниболоцкий, Г. А. Охромий] // ФММ. - 1970. -Т. 30. - С. 363-370.
5. Daniellan A. On interpreting high temperature magnetic susceptibility data / A. Daniellan // Proc. Phys. Soc. - 1962. -Vol. 8. - P. 981-985.
Одержано 08.10.2008
Показано, что в сплавах Н15, Н23, Н25 с изотермической кинетикой мартенсит зарождается из аустенита, в котором существует антиферромагнитное и ферромагнитное взаимодействие между атомами. В сплавах с атермическою кинетикой Н26.6, Н27.3, Н29, Н31 мартенсит зарождается из аустенита, в котором преобладает или существует только ферромагнитное взаимодействие между атомами.
It is shown that in isothermal kinetic alloys Н15, Н23, Н25 martensite arises from austenite which has an antifer-romagnetic andferromagnetic interaction between atoms. In athermal kinetic alloysН26.6, Н27.3, Н29, Н31 martensite arises from austenite which has only ferromagnetic interaction between atoms.
