CC BY
12
Тср= 1300 °0 — конечная температура изделия. Расчет для поверхности тигля производится аналогичным образом. Результаты расчета представлены на рис. 3 в виде кривых температура - время.
ТДЗ Ф 2
«1 ¡Гн мз мПГ)? и« ¡иг «8 м) о!)'
Г, ч
Рис. 3. Расчетные кривые нагрева тигля: 1 - середина тигля, 2 - поверхность тигля
Данные зависимости позволяют определить время выдержки, при котором поверхность тигля прогреется до температуры 1300°С, а середина - нет. Однако результаты расчета являются предварительными и будут использоваться в качестве отправной точки для дальнейших экспериментальных исследований по разработке технологии получения композиционного материала.
Список литературы
1. Лилло С.Д., ЛупоД., Соммакал М. Решения нелинейной задачи
теплопроводности на полупрямой, ТМФ, 2007. - 300 с.
2. Немчинский А.Л. Тепловые расчеты термической обработки. - М.:
Судпрогиз, 1953. - 103 с.
3. БудринД. В., Красовский Б.А. Нагрев и охлаждение тел различной
формы//Труды Уральского Индустриального института. Вып. XVII. - Вопросы теплообмена и горения, 1941. - С. 18-42.
УДК 620.179.131
Ю.Г. Гуревич, Е.А. Чудинова
Курганский государственный университет
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ГОРЯЧЕЙ ДЕФОРМАЦИИ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА СТАЛЬ - БЕЛЫЙ ЧУГУН
Аннотация
Установлены основные закономерности режима ковки композиционного материала сталь - белый чугун. Рекомендовано начинать ковку при низкой температуре и небольшой деформации.
Ключевые слова: сталь, белый чугун, пластическая деформация, температура.
Y.G. Gurevich, Е.А. Chudinova Kurgan State University
THE THEORETICAL BASES OF HOT DEFORMATION OF THE COMPOSITE MATERIAL STEEL - WHITE CAST IRON
Annotation
The main consistent patterns of the forging mode of a composite material steel - white cast iron are determined. It is
recommended to begin forging at low temperature and small deformation.
Keywords: steel, white cast iron, plastic deformation, temperature.
Введение
Содержание углерода в композиционном материале сталь-белый чугун 1,6-2,0%. Такое содержание углерода характерно для сверхвысокоуглерод истых сталей, содержащих цементит. Известно, что при деформации таких сталей объемное сжатие способствует восстановлению внутрикристаллических и межкристаллических связей, нарушенных вследствие пластической деформации. При объемном сжатии с увеличением степени деформации происходит уплотнение металла и залечивание различных дефектов структуры [1]. Эти явления должны учитываться при горячей цементации композиционного материала сталь - белый чугун (цементита).
Теоретические основы горячей деформации композиционного материала сталь-белый чугун
Исследования величины наклепа цементита показали, что максимумы частотных кривых микротвердости для недеформированного и деформированного образцов совпадают — (1100 — 1200 МПа). Однако число случаев с микротвердостью выше 1100 — 1200 МПа в деформированном образце больше, чем в недеформированном, а число случаев с более низкой микротвердостью меньше. Это указывает на то, что некоторый наклеп цементита в деформированном образце имеется, но он невелик, так как положение максимума частотной кривой после деформации не изменилось.
Приведенные исследования [1, 2] показывают, что положение свехвысокоуглеродистых волокон в более пластичной матрице обеспечивает им повышенную пластичность, до определенного предела тормозит образование трещин, залечивает микротрещины.
Известны два механизма пластической деформации: деформация двойникованием и путем движения дислокаций (скольжением). Пониженную пластичность сверхвы-сокоуглеродистого металла можно связать с преимущественной реализацией дефомации путем образования двойников, так как деформация двойникованием протекает в тех случаях, когда деформация путем скольжения затруднена. Деформация двойникованием обычно возрастает с понижением температуры. Этим явлением объясняется тот факт, что метеоритное железо куется только при низкой температуре.
Поскольку смещение по каждой плоскости происходит только один раз и на часть межатомного расстояния, двойникование не приводит к значительной остаточной деформации металла. Поэтому для кристаллов, в кото-рыхдеформация осуществляется преимущественно двойникованием, резко ограничена величина остаточной деформации, и они являются "хрупкими" материалами.
Двойники отличаются от матрицы мелким зерном и более высокой плотностью дислокаций, так как сдвиг «отодвигает» скопление дислокаций и помогает им преодолевать препятствия так называемой «ползучестью».
Стендфордские ученые [2] установили, что при содержании в высокоуглеродистых сталях углерода менее 1 % металл становится крупнозернистым и получить сверхпроводимость на таком металле нельзя.
Возникновение двойников приводит к повышению сопротивления пластической деформации, так как создаются дополнительные барьеры в виде двойниковых границ, которые являются препятствием для движения дислокаций. Установлено, что измельчение зерна предотвращает деформацию двойникованием.
54
ВЕСТНИК КГУ. 2012. № 2 (24)
Подавление двойникования с измельчением зерна объясняется следующими причинами:
большой плотностью дислокаций перед началом двойникования в мелкозернистом материале по сравнению с крупнозернистым;
меньшей концентрацией напряжений в мелкозернистом материале;
межзеренные границы являются препятствиями, которые ограничивают рост двойника. При большей частоте вероятной встречи двойника с границей зерен будет затруднено формирование двойника критической величины [3].
В начальный период ковки деформация сверхвысо-коуглеродистых волокон протекает преимущественно путем двойникования. После истечения короткого периода ковки пластичность высокоуглеродистых волокон возрастает, что позволяет увеличить интенсивность ковки и величину единоразовых обжатий.
Сущность возрастающей пластичности высокоуглеродистых волокон состоит в том, что пара движущихся дислокаций порождает сотни и сотни новых, в результате чего плотность дислокаций возрастает. Известно, что при температуре выше 0,5 Тпл дислокации обходят препятствия переползанием, как и при обычной высокотемпературной ползучести [3], и деформация дальше проходит по механизму скольжения, скорость ее резко увеличивается.
Выводы
Ковка композиционного материала сталь - белый чугун должна осуществляться при сравнительно низких температурах и начальная степень деформации должна быть сравнительно небольшой.
После появления возможности горячей деформации за счет движения дислокаций можно увеличить температуру ковки и степень деформации композиционного материала.
Список литературы
1.Портер П.Ф., Допковски Д.С. Регулирование зерна термоциклировани-
ем // Сверхмелкие зерна в металлах/ Пер. с англ. - М.: Металлургия. - 1973. - С. 135-163.
2. Шерби О., Уодсфорд Д. Дамасская сталь//В мире науки. - 1985. - №4.
- С.73-80.
3. Новиков И.Н. Теория термической обработки металлов. - М.:
Металлургия. -1986. - С. 480.
УДК 621.19 В.Е. Овсянников
Курганский государственный университет
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РЕАКЦИЙ ДИФФУЗИОННОГО ХРОМИРОВАНИЯ ЧУГУНА В БЕСХЛОРИДНОЙ СРЕДЕ
Аннотация
В данной работе рассмотрены вопросы термодинамического анализа реакций диффузионного хромирования серого чугуна в бесхлоридной среде. Установлено, что использование традиционной парадигмы термодинамического анализа систем, основанной на определении термохимической составляющей энергии Гиббса неприемлемо в случае поверхностных реакций. Показано, что на протекание химических реакций на поверхности металлов и сплавов оказывает влияние поверхностная энергия Гиббса.
Ключевые слова: поверхностная энергия, энергия Гиббса, реакция, хромирование.
V.E. Ovsyannikov Kurgan State University
THE THERMODYNAMIC ANALYSIS OF REACTIONS OF DIFFUSIVE CHROMIUM PLATING OF CAST IRON IN THE CHLORIDE-FREE ENVIRONMENT
Annotation
In this work questions of the thermodynamic analysis of reactions of diffusive chromium plating of gray cast iron in the chloride-free environment are considered. It is established that usage of the traditional paradigm of the thermodynamic analysis of the systems, is not acceptable for the thermo chemical component of Gibbs energy, based on the determination in case of superficial reactions. It is shown that course of chemical reactions on surfaces of metals and alloys is influenced by Gibbs superficial energy.
Keywords: superficial energy, Gibbs energy, reaction, chromium plating.
Введение
В работе [1] было установлено, что величина энергии Гиббса реакции диффузионного хромирования серого чугуна положительна. Это говорит о том, что данная реакция не может протекать при рассматриваемых условиях. Однако экспериментальные исследования показали, что реакция диффузионного хромирования протекает достаточно активно и углерод окисляется до равновесного состояния. Данное явление нельзя объяснить на основе общепринятой методологии термодинамического анализа систем, основанной на определении термохимической составляющей энергии Гиббса.
Известно, что поверхность металлов и сплавов является активной, количественной мерой этой активности служит поверхностная энергия Гиббса [2]. Как будет показано ниже, поверхностная энергия Гибсса оказывает влияние на ход химических реакций в твердофазных системах и способствует диссоциации оксидов на поверхности металлов и сплавов. Как показывают исследования [2], поверхностная энергия оказывает влияние на ход химических реакций, поэтому при термодинамических расчетах реакций, протекающих на поверхности металлов и сплавов, необходимо учитывать этот фактор. В данном случае уравнение полного изменения энергии Гиббса с учетом обоих составляющих имеет вид [2]:
A GT s = AGs + A GT ,
где AGTS-общая энергия Гиббса в межфазном слое.
Целью данной работы является уточнение методики термодинамического анализа систем для случая поверхностных реакций, заключающееся в обосновании влияния поверхностной энергии Гиббса на диссоциацию молекулы оксида хрома.
Определение термохимической составляющей энергии Гиббса
Если оксид хрома будет диссоциировать на поверхности железоуглеродистого сплава, то в системе должны протекать следующие реакции:
СГ203+ЗС->ЗС0+2СГ. (1)
Константу равновесия реакции (2.36) определим по закону Гесса:
2Сг+3/202->СГ203; (2)
lgK2 =59128Т"1+13,41; (3)
С+1/202->С0; (4)
СЕРИЯ «ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ», ВЫПУСК 7
55
