CC BY
33
Микротвердость поверхностиэоны... карбоборирования... Цвиркун ОА., БудовскихЕ.А, Петрунин В.А. идр.
УДК 548.4
О. А. Цвиркун, Е. А. Будовских, В. А. Петрунин, В. Я. Целлермаер, В. Е. Громов
МИКРОТВЕРДОСТЬ ПОВЕРХНОСТИ ЗОНЫ ЭЛЕКТРОВЗРЫВНОГО КАРБОБОРИРОВАНИЯ И НАУГЛЕРОЖИВАНИЯ ЖЕЛЕЗА
Настоящая работа госвящена анализу изменения микротвердости с глубиной зоны электровзрывного карбоборирования и науглероживания железа. Суть этого способа поверхностного упрочнения металлов состоит в импульсном оплавлении и насыщении поверхностных слоев продуктами электрического взрыва проводников с последующей самозакалкой Для его осуществления использовали плазменный ускоритель, состоящий из коаксиально-торцевых токоподводящих электродов, разрядной камеры, локализующей продукты взрыва, и формирующего сопла , по которому они истекали в вакуумируемую технологическую камеру. В качестве материала взрываемого проводника использовали углегра-фиговые волокна. При карбоборировании в об -ласти взрыва размещали навеску порошка аморфного бора, которая увлекалась формируе-мой струей и, частично переходя в плазменное состояние, переносилась на облучаемую поверхность. Длительность импульса (100 мкс) полагали равной одному периоду разрядного тока от емкостного накопителя энергии Среднее эффективное значение поглощаемой плотности мощности при обработке составляло 6,0 ГВт/м2, давление в ударно-сжатом слое вблизи поверхности - 14,2 МПа. Обработке подвергали образцы рафинированного железа марки 0,08ЖР с размерами 30x30x3 мм. Измерение микротвердости модифицированных слоев на поперечных шлифах и с облученной поверхности проводили с использованием прибора ПМТ-3 при нагрузке на инденгор 1 Н. Область, в которой проводили измерения, располагалась на расстоянии 10-12 мм от оси зоны плазменного воздействия. Относительная ошибка измерений не превышала 10%.
По изменению микротвердости НУ с глубиной z зоны легирования (см. рисунок) можно заключить , что по мере удаления от поверхности степень насыщения распиава продуктами взрыва уменьшалась. Это соответствует результатам послойных электронно-микроскопических исследований Так, в работе [1] было установлено, что зона карбоборирования железа имеет ярко выраженное градиентное строение, вызванное изменением концентрации легирующих элементов по глубине. На поверхности формировался тонкий (примерно микронной толщины) наност-руктурный слой карбидов и боридов, а под ним -слой[ с ячеистой кристаллизацией. С глубиной размеры ячеек твердого раствора непрерывно
увеличивались, а разделяющих их прослоек боридов и карбоборидов уменьшались. Аналогично после науглероживания [2] на поверхности в тонком слое наблюдались глобулы графита, разделенные прослойками твердого раствора углерода в железе. Здесь же наблюдались выделения частиц карбида железа состава Бе2С. Ниже располагался слой, сформированный структурой закалки пересыщенного углеродом железа и состоящий из кристаллов мартенсита, остаточного аустенига и карбвдов Бе3С и Бе2С. Максимальное значение микротвердости на поверхности после карбоборирования составляло 15, а после науглероживания - 7,4 ГПа, что соответственно примерно в 10 и 5 раз больше, чем в основе.
Выясним, с чем связан такой рост микротвердости на поверхности. По литературным данным [3], полученным на технически чистом железе, средняя микротвердость участков зоны лазерного борирования, содержащих смесь боридов Бе2В+БеВ, составляет 1785 ГПа, а у структуры эвтектического типа - 1100 ГПа. Полагая, что в нашем случае при измерении микротвердости с поверхности вклад в ее значения в равной степени давали оба названных выше слоя, по этим данным получим усредненное значение 1440 ГПа. С учетом точности измерений можно считать, что это оценочное расчетное значение совпадает с измеренным. Микротвердость же слоя зоны легирования с ячеистой структурой, располагающегося на глубине 5-7 мкм, как видно из рисунка, совпадает с микротвердостью эвтектической структуры лазерного борирования железа. Полученные нами значения микротвердости на поверхности образцов после электро-
Распределение микротвердости по глубине после карбоборирования (1) и науглероживания (2) поверхностных слоев железа
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
взрывного науглероживания согласно данным Таким образом, можно заключить, что ос -
работы [4] по микротвердости сплавов железа с новной вклад в упрочнение поверхностных
углеродом соответствуют ледебуригной эвтекти- слоев при эле ктро взрыв ном легировании вно-
ке, формирующейся призакалкесплавов из жид- сят частицы новых фаз (карбидов, боридов,
кого состояния. Результаты электронно-микро- карбоборидов и др.), формирующиеся в усло-
скопических исследований структурно-фазовых виях высокоскоростной самозакалки из жидко-
состояний согласуются с этими данными го состояния.
Библиографический список
1. Электровзрывное карбоборирование железа: рельеф поверхности, фазовый состав и дефектная субструкгура модифицированного слоя / Багаутдинов А.Я., Будовских Е.А., Иванов Ю.Ф. и др. // Вопросы материаловедения. 2005. № 3 (43). С. 32-39.
2. Электровзры вное легирование железа углеродом: рельеф поверхности, фазовый состав и дефектная субструкгу-ра / БагаутдиновА.Я., Будовских Е.А., Иванов Ю.Ф. и др. // Изв. вузов. Физика. 2005. № 9. С. 36-41.
3. Лахтин Ю.М., Коган Я.Д., Бурякин А.В. поверхностное насыщение стали бором при воздействии излучения лазера // Металловедение и термическая обработка металлов. 1985. № 11. С. 9-11.
4. Григорович В.К. Электронное строение и термодинамика сплавов железа. М.: Наука, 1970. 292 с.
УДК 669.14.017
В. Н. Урцев, В. Н. Дегтярев, Е. Д. Мокшин, А. В. Шмаков, Н. В. Урцев
ОСОБЕННОСТИ ЭВТЕКТОИДНОГО ПРЕВРАЩЕНИЯ ПРИ ОХЛАЖДЕНИИ СТАЛЬНЫХ ОБРАЗЦОВ В РАСПЛАВЕ СЕЛИТРЫ
В существующих технологиях переработки катанки используется охлаждение металла в изотермической среде с температурой 400-500°С, которое обычно рассматривают как «быстрый» процесс, при котором само структурное превра-щение происходит в течение нескольких секунд. При этом время охлаждения до температур распада зависит от площади сечения и составляет 20-25 с для катанки диаметром 6,5 мм.
Термокинетические кривые охлаждения, приводимые в литературе [1], представляют собой плавную линию, имеющую перегиб только в момент распада аустенига, вдущего экзотермически Температура изотермической среды в иго-
ге определяет скорость охлаждения и температуру начала превращения.
В ИТЦ «Аусферр» проведен ряд работ по изучению влияния скорости охлаждения на кинетику распада аустенига в изотермических средах с различной температурой
В ходе эксперимента образцы из стали 85, представляющие собой круглые прутки диаметром 8 мм, подвергали предварительному нагреву до температуры 1050°С и выдерживали при этой температуре не менее 15 мин, затем помещали в печь-ванну с расплавом селитры (Траспл =440°С). Кривая охлаждения записывалась с термопары зачеканенной на глубину 1/2 R (рис. 1). Для записи кривых охлаждения использовался модуль аналогового ввода для подключения термопар ADAM 6018, позволяющий измерять температуру по восьми независимым каналам с частотой опроса 10 изм./с.
На рис. 2 представлена кривая охлаждения, полученная сотрудниками ИТЦ «Аусферр» в конце декабря 2005 г. Очень интересен участок ВС, демонстрирующий явное тепловыделение, которое обычно ассоциируется с фазовым превращением.
Отметим, что это не может быть следствием перлитного превращения, поскольку если прервать охлаждение, например в точке С, и закалить образец, то он будет иметь структуру мартенсита. Перлитное превращение происходит на участке DE (кинетическая кривая приведена на рис. 3).
