Распределение азота и углерода, фазовая структура градиентных слоев и механические свойства стали 20х2Н4А после нитроцементации

• Автор: Малиновская, Виктория Александровна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 241 с. : ил.

1. ОБЗОРНАЯ ГЛАВА

1.1 Структура мартенситной стали и превращения в ней при

термической обработке

1.2. Понятие о структурных уровнях

1.3. Понятие о градиентных структурах

1.4. Поверхностная химико-термическая обработка стали - как способ повышения износостойкости деталей

1.5. Нитроцементация, процессы при её протекании и свойства стали

1.6. Закономерности диффузионных процессов в железе и стали

1.7. Система железо - углерод - азот

1.8. Постановка задачи

2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Материал исследования 3
2.2. Приборы и методы структурных исследований
2.3. Приготовление образцов для различных методов исследования
2.4. Методика количественной обработки результатов исследования
3. МОРФОЛОГИЯ, СТРУКТУРА И ФАЗОВЫЙ СОСТАВ ОСНОВНЫХ И ВТОРИЧНЫХ ФАЗ
3.1. Структура а-фазы
3.2. Структура у-фазы
3.3. Растворимость азота и углерода в а- и у-железе
3.4. Структура цементита
3.5. Структура специальных карбидов и карбонитридов
3.6. Места локализации частиц карбонитридов (Ге,Сг)2з(С,М)6 и (Ее,Сг)2Со.біИо.з9
3.7. Заключение и выводы к гл.З
4. ИЗМЕНЕНИЕ СТРУКТУРЫ СТАЛИ ПОСЛЕ НИТРОЦЕМЕНТАЦИИ. ВЛИЯНИЕ НА НЕЕ ПОСЛЕДУЮЩИХ ТЕРМООБРАБОТОК
4.1. Градиентные структуры, возникающие в стали при нитроцементации. Структурные уровни «Образец в целом» и «Зерно»
4.2. Оптическая картина - карбиды и зерна. Структурный уровень «Зерно»
4.3. Структура исходного материала
4.4. Тонкая структура образовавшихся слоев в результате нитроцементации. «Мезоуровень» и «Микроуровень»
4.5. Влияние термической обработки на качественную картину градиентной структуры на «Мезо-» и «Микроуровнях»
4.6. Количественные параметры градиентной структуры
4.7. Заключение и выводы к гл.4
5. ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ВНЕДРЕНИЯ И ЗАМЕЩЕНИЯ ПРИ НИТРОЦЕМЕНТАЦИИ И ВЛИЯНИЕ ПОСЛЕДУЮЩИХ ТЕРМООБРАБОТОК
5.1. Концентрация элементов внедрения (углерода и азота), введенных в сталь с помощью нитроцементации
5.2. Перераспределение элементов внедрения при термической обработке нитроцементованной стали
5.3. Концентрация элементов замещения (хрома), введенных в сталь с помощью нитроцементации и перераспределение их при термической обработке
5.4. Заключение и выводы к гл.5
6. МЕХАНИЗМЫ УПРОЧНЕНИЯ СТАЛИ 20ХН4А ДО И ПОСЛЕ НИТРОЦЕМЕНТАЦИИ
6.1. Анализ вкладов предела текучести исследуемой стали
6.2. Дислокационная структура и дальнодействующие поля напряжений, их источники и локализация
6.3. Влияние нитроцементации на предел текучести стали 20Х2Н4А
6.4. Влияние отпуска на предел текучести нитроцементованной стали
6.5. Заключение и выводы к гл.6
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
Стали в практике человечества применяются давно и также давно исследуются. Материаловедение сталей интенсивно начало развиваться с XIX века и во все ускоряющемся темпе продолжает развиваться. К середине XX века усилиями школы академика Г.В. Курдюмова начало развиваться физическое материаловедение стали. Во многом большую роль сыграло применение рентгеиоструктурного метода исследования и метода просвечивающей электронной микроскопии.
Во второй половине XX века была разработана новая методическая основа в физическом материаловедении. Она заключалась в классификации всех объектов структуры и процессов по масштабным и, соответственно, структурным уровням.
При одностороннем воздействии на материал возникают градиентные структуры. Такие структуры известны давно, но мало изучены. Первая основная трудность исследования градиентных структур заключается в строгой необходимости выполнения полных измерений. Без цифр описать градиентную структуру невозможно. Вторая трудность заключается в необходимости проводить измерения тонких параметров внутренней дефектной структуры и их измерений на небольших расстояниях. Это требует прецизионных методов исследования и тщательной отработки методики. Последняя трудность заключается в том, что основным методом в этих условиях является метод дифракционной электронной микроскопии на тонких фольгах.
Интенсивные успехи физического материаловедения сталей создали основы науки о их прочности, которые продолжают интенсивно развиваться в настоящее время. В то же время ряд важных вопросов в физическом материаловедении сталей не получил надлежащего развития. В этой связи необходимо отметить явно недостаточное внимание к дислокационной структуре сталей и ее эволюции в ходе термической и химико-термической обработки. Особенно это касается количественных параметров дислокационного ансамбля. Исследование внутренних полей напряжений, особенно локальных, в сталях различного класса к моменту начала работы было выполнено недостаточно.
Нерешенным остался еще один очень крупный вопрос по фазовым превращениям в сталях. Это - карбидные превращения в ходе химико-термической обраСреднее расстояние между частицами определяли методом случайно брошенной секущей по микрофотографиям. При этом выбор методики измерения зависит от формы частиц. Для выделений, имеющих вытянутую или пластинчатую форму (например, цементита), секущие проводятся в направлении, перпендикулярном длине пластинки (см. рис.2.5 а). Для выделений округлой формы выбор направлений секущих является произвольным (см. рис.2.5 б). Необходимо подчеркнуть, что всегда (независимо от формы выделений) измерен расстояний проводится между центрами частиц.
Методика определения объемной доли частиц, находящихся в теле структурных составляющих, зависит как от формы частиц, так и от их размера. Для частиц, размер которых составляет <0.3 мкм, т.е. для частиц, которые можно обнаружить лишь методом электронной микроскопии, объемную долю определяли по формуле [158]:
где Ук - средний объем частицы, 1 - толщина фольги, г - расстояние между частицами. Для частиц округлой формы:
Объемную долю частиц, имеющих размер >0.3 мкм, т.е. частиц, разрешаемых в основном методом оптической микроскопии, определяли иным образом. Методом секущих, описанным выше, определяли средний размер частиц 1 непосредственно по микрофотографии, имеющей площадь Б. Подсчитывалось число частиц N на площади 8. Затем, согласно планиметрическому методу используя формулы (2.6) и (2.7), определяли объемную долю частиц по формулам [157]:
где Уд,| - средняя площадь округлых частиц, - пластинчатых.
Объемную долю частиц, расположенных на границах, определяли также с помощью планиметрического метода по формулам (2.13).
8 = Vk/tr2,
(2.10)
(2.11)
для частиц пластинчатой формы:
(2.12)