Процессы формирования структуры и свойства механически легированных сталей с метастабильными и сверхтвердыми фазами

• Автор: Оглезнева, Светлана Аркадьевна
• Шифр специальности: 05.16.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 320 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
1 ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ПОРОШКОВЫХ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИ
НЕРАВНОВЕСНЫХ СИСТЕМ (обзор литературы)
1.1 Диссипативные системы и принципы повышения прочности материалов
1.2 Формирование структуры в дисперсных порошковых
материалах
1.3 Легирование сталей неметаллами в концентрациях, отличающихся от равновесных
1.3.1 Структура и свойства фосфоросодержащих сталей
] .3.2 Порошковые стали, легированные азотом
1.3.2.1 Взаимодействие в системе «железо - азот»
1.3.2.2 Азотированные порошковые стали и их свойства
1.3.3 Легирование железа углеродом
1.4 Метастабильные стали, легированные никелем
1.4.1 Структура, фазовые превращения и свойства сплавов
системы Ее-М
1.4.2 Стали с метастабильным аустенитом
1.5. Структура и свойства алмазного инструмента
1.5.1 Принципы конструирования структуры алмазного инструмента.
1.5.2 Технологические приемы улучшения эксплуатационных
свойств алмазного инструмента
2 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ. МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТА И ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1 Постановка задачи
2.2 Методики эксперимента и исследований
2.2.1 Методики изготовления образцов
2.2.2 Определение размеров и формы механически легированных
частиц порошков
2.2.3 Определение удельной поверхности порошков
2.2.4 Рентгенографический анализ субструктурных
характеристик порошковых материалов на основе железа
2.2.5 Определение количества углерода в порошках и сталях
2.2.6 Методика определения содержания кислорода и азота в
порошках и сталях
2.2.7 Определение плотности
2.2.8 Методика металлографического анализа
2.2.9 Статистический микрорентгеноспектральный анализ
2.2.10 Определение количества остаточного аустенита
2.2.11 Исследование кинетики распада аустенита
2.2.12 Методика расчета коэффициента диффузии и энергии
активации
2.2.13 Методика проведения термомеханического анализа
2.2.14 Определение физико-механических свойств
2.2.15 Методика определения триботехнических свойств материала
2.2.16 Методика испытания абразивостойкости
2.2.17 Метод определения режущих свойств алмазного инструмента (коэффициента шлифования)
2.2.18 Методики определения коррозионных свойств
2.2.18.1 Определение атмосферной коррозионной стойкости и в растворе ;аСІ
2.2.18.2 Потенциостатический метод
2.2.19 Статистическая обработка результатов исследований
3 ДИССИПАТИВНЫЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ МЕХАНИЧЕСКОМ ЛЕГИРОВАНИИ ЖЕЛЕЗА НЕМЕТАЛЛАМИ
3.1 Исследование измельчения порошка железа
3.1.1 Влияние длительности процесса измельчения и ПАВ на
размер частиц железа
3.1.2 Исследование микроструктурных характеристик порошков
3.1.3 Дилатометрические исследования кинетики усадки и температуры фазовых превращений
3.1.4 Исследование микроструктуры консолидированных образцов
3.2 Структура и свойства механически легированных систем
железо-углерод
3.2.1 Исследование структуры МЛ порошков
3.2.2 Исследование структуры и свойств сталей
3.3 Структура и свойства механически легированных систем железо-фосфор
3.3.1 Исследование измельчения на макроуровне
3.3.2 Исследование измельчения на мезоуровне
3.3.3. Исследование измельчения на микроуровне
3.3.4 Влияние ПАВ на структуру МЛ систем
3.3.5 Исследование диффузионных процессов в системе
железо - феррофосфор
3.3.6 Исследование структуры спеченных фосфористых сталей
3.3.7 Распад переохлажденного аустенита фосфористых сталей
3.3.8 Исследование свойств спеченных фосфористых сталей
3.3.9 Прогнозирование свойств МЛ порошковых фосфористых сталей
3.4 Стали с неравновесным содержанием азота
3.4.1 Экспериментальное исследование структуры и свойств механически легированных систем железо-азот
3.4.2 Термодинамические расчеты фазового равновесия
4 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ПОРИСТОЙ СТРУКТУРЫ НА СВОЙСТВА СТАЛЕЙ
4.1 Мезоскопическая модель усадки порошковых сталей
4.2 Дискретная зависимость свойств порошковых сталей от
спекания при 600 °С значительно высоки - предел прочности 1730 МПа, относительное удлинение 37 % [71].
1.4 Метастабильные стали, легированные никелем
1.4.1 Структура, фазовые превращения и свойства сплавов Ке-№
При температурах от 840 до 1390 °С система Ре-ЬН характеризуется существованием непрерывного ряда твердых растворов между у-Ре и N1 [72]. При понижении температуры имеет место образование промежуточных упорядоченных фаз: Ре№з, БеМ и БезМ. При температуре 345 °С происходит эвтектоидный распад (уф) <-> (а-Ре) + Ре1%, характеризующий развитие фазового превращения. Вследствие низкой диффузионной подвижности атомов N1, фазовые превращения в сплавах Ре-№ протекают не по равновесной, а по метастабильной диаграмме при любых практически приемлемых скоростях охлаждения [73, 74].
Образование мартенситных кристаллов сопровождается увеличением удельного объёма и изменением формы превращённой области. Аустенитное зерно разбивается мартенситными кристаллами на фрагменты, несколько развёрнутые друг относительно друга. Участки аустенита, примыкающие к превращённым областям, претерпевают некоторую деформацию.
Считается, что с изменением типа кристаллического строения полиморфных металлов и сплавов изменяется электронная структура их атомов, а, следовательно, и физические свойства. В частности, при переходе атомов Ре из а- в у-кристаллическую модификацию в них отмечается уменьшение числа Бр-электронов, то есть внутриатомное перераспределение типа яр —» <7, сопровождающееся уплотнением электронной периферии [73]. При полиморфных превращениях Ре-№ сплавов отмечается их способность находиться в термодинамически устойчивом метастабильном состоянии как с ОЦК-, так и с ГЦК-решёткой в широком интервале температур [74]. То или иное содержание N1 определяет структуру Ре-№ сплавов, что иллюстрирует табл. 1.1. При содержании N1 1 % и более, у-фаза образуется при 840 °С и