CC BY
107
Таблица 2
Угол поворота плоскости рихтовки
Диаметр Угол поворота каната в эксперименте, град Угол поворота каната, условно по одноплоскостной схеме В. Н. Чаругина, град Рекомендуемый угол
каната, мм поворота второй плоскости рихтовки, град
26,3 132 14 -76
26,8 138 15 -75
31,8 70 52 -38
33,9 50 62 -28
Список литературы
1. Бреславцева И.В. Современное состояние вопроса изучения напряженно-деформированного состояния проволок каната // Материалы 49-й науч.-практ. конф. преп., студ. и аспирантов ШИ ЮРГУ, 2000. С. 23-32.
2. Сергеев С.Т. Стальные канаты. Изд.-во «Техника», Киев. 1974. 358 с.
3. Мольнар В.Г., Владимиров Ю.В. Технологические основы производства стальных канатов. М.: Металлургия, 1975. 200 с.
References
1. Breslavtseva I.V. Modern condition of studying stress-strain state of rope wire // Proceedings of the 49th scientific-practical conference prep., stud, and postgraduates. SHI YURGA, 2000. pp. 23-32.
2. Sergeev S.T. The ropes // Kiev: Tekhnika, 1974. 358 pp.
3. Molnar V.G., Vladimirov J.V. Technological principles production of steel ropes. Moscow: Metallurgy, 1975. 200 pp.
УДК 621.771
ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ ПРИ ЗАКАЛКЕ ВЫСОКОПРОЧНЫХ ИНВАРНЫХ СПЛАВОВ С НИЗКИМ ТЕМПЕРАТУРНЫМ КОЭФФИЦИЕНТОМ ЛИНЕЙНОГО РАСШИРЕНИЯ
Копцева Н.В., Чукин Д.М., Никитенко О.А., Ефимова Ю.Ю., Голубчик Э.М., Ильина Н.Н.
ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им Г.И. Носова»
Современный мировой опыт развития техники и технологий показывает, что одним из приоритетных направлений в настоящее является разработка и внедрение новых материалов, в том числе, высокопрочных сплавов, обладающих комплексом уникальных физико-химических и механических свойств. В ряде случаев необходимо обеспечить высокую стабильность геометрических форм и размеров отдельных частей или всего изделия при изменении окружающей температуры. Для этой цели обычно используют специальные железо-никелевые сплавы - инвары. Учеными ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный
технический университет им. Г.И. Носова» совместно со специалистами ОАО «Мотовили-хинские заводы» (Пермь) реализуется проект по созданию минизавода по производству заготовок из инновационных высокопрочных сплавов инварного класса, дополнительно легированных углеродом, кобальтом, ванадием и молибденом [ 1 -2]. Основным свойством инварных сплавов является низкая величина температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР). Однако известные инварные сплавы имеют неудовлетворительные дополнительные свойства: прочность, твердость [3]. Поэтому, в первую очередь, важно повысить прочность инварных сплавов, что позволит использовать их в высоконагруженных конструкциях. В связи с этим были созданы новые типы инварных сплавов на основе системы Бе-М-С с дополнительным легированием карбидообразующими элементами.
Следует отметить, что формирование конечных свойств изделий из исследуемых инварных сплавов в значительной степени определяется режимами термической обработки в процессе их изготовления, включая закалку от высоких температур [4-5].
Целью работы является изучение особенностей структуры полученной в результате закалки высокопрочных сплавов инварного класса системы Бе-М-С.
В качестве основы приняты Бе-М композиции традиционных составов с легированием углеродом, кобальтом, молибденом и ванадием для дополнительного упрочнения [6-8]. Химический состав исследуемых сплавов представлен в таблице.
Исследуемые сплавы были подвергнуты закалке от 1200 °С в воде, чтобы обеспечить максимальное насыщение твердого раствора углеродом и легирующими элементами.
Для достижения поставленной цели был проведен комплекс электронно-микроскопических исследований, а также микрорентгеноспектральный анализ образцов после закалки. Для микроанализа из образцов по стандартной методике были приготовлены поперечные и продольные микрошлифы. Приготовление шлифов проводилось с использованием запрессовки образцов в смолу «Тгапвор^с» на автоматическом прессе 81шрНше1 1000 на линии пробоподготовки фирмы ВиесЫег. Для выявления микроструктуры поверхность шлифов подвергалась травлению в 4 %-ном растворе азотной кислоты в этиловом спирте методом погружения полированной поверхности в ванну с реактивом [9-10].
Химический состав исследуемых сплавов на основе системы Fe-Ni-C
Маркировка сплава Массовая доля элементов, % Доля включений, %
Fe № Со V С Мо До закалки После закалки
30НУК ост. 30,5 5,0 - 0,6 - 1,01 0,88
32НУФК ост. 32,1 4,5 1,2 0,5 - 2,23 1,55
32НУМ ост. 33,2 - - 0,60 3,40 2,16 1,08
34НУФМ ост. 34,7 - 1,0 0,40 2,30 1,56 1,2
Для выявления качественных и количественных структурных особенностей поверхность микрошлифов была исследована на оптическом микроскопе Meiji Techno при увеличениях от 50 до 1000 крат с использованием системы компьютерного анализа изображений Thixomet PRO. Изображение микроструктуры с помощью цифровой камеры вводи-
лось в компьютер и затем анализировалось с применением специализированных программ. При этом использовались методики, адаптированные в соответствии с требованиями ГОСТ 5639-82.
Микроструктура при увеличениях более 1000 крат исследовалась методом растровой электронной микроскопии (РЭМ) во вторичных и упруго отраженных электронах с помощью сканирующего электронного микроскопа JSM 6490 LV. Микрорентгеноспектральный анализ (МРСА) проводился с использованием специальной приставки к сканирующему микроскопу - системы INCA Energy.
Микротвердость оценивалась методом вдавливания алмазной пирамиды на твердомере Buehler Micromet в соответствии с ГОСТ 9475-76.
На нетравленых шлифах были обнаружены многочисленные неметаллические включения, относительная объемная доля которых приведена в таблице. Анализ полученных результатов свидетельствует об уменьшении количества включений после закалки по сравнению с исходным состоянием перед термической обработкой. Таким образом, при нагреве под закалку обеспечивается растворение части включений.
Результаты световой микроскопии показали, что микроструктура всех исследованных сплавов представляет собой гетерогенную систему, состоящую из зерен различного размера и частиц второй фазы (рис. 1). При этом были обнаружены следующие различия в микроструктуре закаленных сплавов.
Рис. 1. Общий вид микроструктуры сплавов ЗОНУК (я), 32 НУФК (б), 32НУМ (в) и 34НУФМ (г) после закалки от1200 °С в воде, х 200
В сплавах ЗОНУК и 32НУФК, легированных кобальтом, имеющим при температуре выше 427 °С ГЦК решетку, а ниже этой температуры - ГПУ решетку, в зернах у-твердого раствора отчетливо наблюдаются двойники (см. рис. 1 а, б), при этом величина зерна составляет до 400-900 мкм в поперечнике, что соответствует номеру зерна № 4-6.
В сплавах, легированных молибденом, имеющим ОЦК решетку, двойники в структуре у-твердого раствора не обнаруживаются (см. рис. 1 в, г), причем величина зерна существенно меньше, чем в сплавах, легированных кобальтом, и составляет в сплаве 32НУМ от 310 до 600 мкм (зерно от № 5 до № 7, а в сплаве 34НУФМ - около 8 мкм (зерно № 11).
Для сплавов ЗОНУК, 32НУФК и 32НУМ характерна разнозернистость.
Типичная микроструктура закаленных сплавов, наблюдаемая при исследовании методом РЭМ, приведена на рис. 2. Для идентификации химических элементов, входящих в состав структурных составляющих сплавов был проведен МРСА, результаты которого иллюстрирует рис. 3.
■ 1 ■ ШЛ
г
~ — 20кУ ХЗ.000 5рт_09 40 БЕ! | 20кУ Х2.000 Юрт , 10.40 ЭЕ!
а б
• Г
г
Рис. 2. Микроструктура сплавов ЗОНУК и 32НУФК (а), 32НУМ и 34НУФМ(б)
после закалки от 1200 °С в воде
Карты распределения химических элементов подтвердили, что в частицах второй фазы сосредоточены карбидообразующие элементы V, Мо, Тл и С и практически не обнаруживаются Бе, №, Со (см. рис. 3). Таким образом, основываясь на результатах микрорентгеноспек-трального анализа, частицы второй фазы, наблюдаемые в структуре исследуемого сплава, можно идентифицировать как карбиды легирующих элементов. В исследуемых системах, по
мнению большинства исследователей, наблюдается карбид состава МС с кубической решеткой. В данном случае - это карбиды ТЮ, МоС, а также комплексные карбиды (V, Тл)С, (Мо, У)С, (Мо, И)С, (Мо, V, Тл)С. Наличие карбидов титана объясняется тем, что титан используется в составе раскислителя и, будучи самым сильным карбидообразующим элементов из указанных элементов, связывает углерод в стойкие карбиды. Можно утверждать, что при нагреве под закалку обеспечивается растворение части включений карбидных фаз для насыщения твердого раствора углеродом и легирующими элементами.
Самое большое количество карбидов в структуре не растворившихся при нагреве под закалку наблюдается в сплаве 34НУФМ, легированном одновременно Мо и V. Карбиды сдерживают рост зерна при нагреве под закалку, в результате чего зерно в этом сплаве получилось самым мелким (см. рис. 1).
Таким образом, закалка от 1200 °С в воде зафиксировала у-твердый раствор во всех сплавах. При этом часть карбидов, в первую очередь - более дисперсных растворяется. Оставшиеся нерастворенные карбидные частицы сдерживают рост зерна при нагреве под закалку, особенно - в сплаве 34НУФМ, легированных одновременно несколькими сильными кар-бидообразующими элементами: Мо и V.
Рис. 3. Электронное изображение микроструктуры сплава 32НУФМ после закалки от 1200 °С в воде и картины распределения Ре, N1, С, V, Мо и "Л
Список литературы
1. Освоение новых технологий производства многофункциональных сплавов инварного класса с повышенными эксплуатационными свойствами / В.М. Колокольцев, М.В. Чукин, Э.М. Голубчик, Ю.Л. Родионов, Н.Ю. Бухвалов // Металлургические процессы и оборудование. 2013. №3. С. 47-52.
2. Исследование режимов термической обработки при производстве высокопрочных инварных сплавов нового поколения / М.В. Чукин, Н.В. Копцева, Э.М. Голубчик, Д.М. Чукин, Е.М. Медведева//Металлург. 2014. № 4. С. 97-102.
3. Захаров А.И. Физика прецизионных сплавов с особыми тепловыми свойствами. М.: Металлургия, 1986. 97 с.
4. Разработка композиций многофункциональных сплавов инварного класса с расширенными эксплуатационными характеристиками / М.В. Чукин, Э.М. Голубчик, А.С. Кузнецова, Ю.Л. Родионов, И.А. Корме, Н.Ю. Бухвалов А.В, Касаткин. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им Г.И. Носова 2013. № 3. С. 56 - 60.
5. Шамилов Т.Г. Разработка новых типов высокопрочных инварных сплавов системы Fe-Ni-C: дис. ... канд.техн. наук. М., 1991.
6. Патент 2446027, РФ. МПК В21С 1/00, B21J 5/06, C21D 7/00.
7. Патент 2154692, РФ. МПК С22С30/00, С22С38/14, С22С19/03.
8. Копцева Н.В., Голубчик Э.М., Ефимова Ю.Ю., Чукин Д.М., Медведева Е.М., Родионов Ю.Л., Корме И.А. Особенности формирования комплекса физико-механических в высокопрочных инварных сплавах // Сталь. 2014. № 2(986). С. 97-99.
9. Исследование формирования субмикрокристаллической структуры поверхностного слоя стальной проволоки с целью повышения уровня ее механических свойств / Г.С. Гун, М.В. Чукин М.В., Д.Г. Емалеева, Н.В. Копцева, Ю.Ю. Ефимова, М.П. Барышников // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2007. № 3 (19). С. 84-86.
10. Особенности реологических свойств конструкционных наносталей / М.В. Чукин, Г.С. Гун, М.П. Барышников, Р.З. Валиев, Г.И. Рааб // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2008. № 1 (21). С. 24-27.
References
1. Development of new production technologies Invar alloys multi class with improved performance properties / V.M. Kolokoltsev, M.V. Chukin, E.M. Golubchik, J.L. Rodionov, N.Yu. Buhvalov //Metallurgical processes and equipment. 2013. № 3. Pp. 47-52.
2. Investigation of heat treatment in the production of high alloy Invar new generation / M. V. Chukin, N.V. Koptseva, E.M. Golubchik, D M. Chukin, E.M. Medvedeva // Metallurg. 2014. № 4. Pp. 97-102.
3. Zakharov A.I. Physics of Precision Alloys with special thermal properties. Moscow: Metallurgy, 1986. 97 p.
4. Development of Invar alloy compositions multi class with enhanced performance / M.V. Chukin, E.M. Golubchik, A.S. Kuznetsova, J.L. Rodionov, I.A. Korms, N.Yu. Buhvalov, A.V. Kasatkin. / / Vestnik of Nosov Magnitogorsk State Technical University. 2013. № 3. Pp. 56 - 60.
5. Shamilov T.G. Development of new types of high-Invar alloys Fe Ni C: Dis. ... Kand.tehn. Sciences. M., 1991.
6. Patent 2,446,027, Russia. IPC V21S 1/00, V21J 5/06, C21D 7/00.
7. Patent 2,154,692, Russia. IPC C22C30/00, C22C38/14, C22C19/03.
8. Koptseva N.V., Golubchik E.M., Efimova Yu.Yu., Chukin D.M., E.M. Medvedeva, Rodionov Y.L., Korms I.A. Features of the complex formation in high physico-mechanical Invar alloys // Steel. 2014. № 2 (986). Pp. 97-99.
9. Investigation of forming the carbon wire surface layer submicrostructure for enhancing its mechanical properties / G.S. Gun, M.V. Chukin, D.G. Emaleyeva, N.V. Koptseva, Yu.Yu. Efimova, M.P. Baryshnikov // Vestnik of Nosov Magnitogorsk state technical university. 2007. № 3 (19). Pp. 84-86.
10. Peculiarities of construction steels reological properties / M.V. Chukin, G.S. Gun, M.P. Baryshnikov, R.Z. Valiev, G.I. Raab // Vestnik of Nosov Magnitogorsk state technical university. 2008. № 1 (21). Pp. 24-27.
