Структура и свойства гетерофазных металлических материалов конструкционного и инструментального назначения после высокотемпературного нагрева с образованием локальных объемов жидкой фазы

• Автор: Буров, Владимир Григорьевич
• Шифр специальности: 05.16.09
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 452 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Страницы
ВВЕДЕНИЕ
1 СТРУКТУРА И СВОЙСТВА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ, ПОДВЕРГНУТЫХ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОМУ НАГРЕВУ (АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР)
1.1 Структурная теория прочности применительно к локальным объемам материалов, подвергнутым высокотемпературному нагреву
1.2 Формирование структуры неоднородных материалов в присутствии жидкой фазы и влияние геометрии структурных составляющих на процессы кристаллизации

1.2.1 Смачивание расплавом твердых структурных составляющих

1.2.2 Формирование структуры неоднородных материалов в процессах

сварки
1.2.3 Формирование структуры неоднородных материалов в процессах наплавки и жидкофазного спекания упрочняющих слоев и покрытий
1.2.4 Формирование структуры неоднородных материалов в процессах термической обработки и поверхностного легирования с использованием
источников энергии высокой концентрации
1.3 Цель и задачи исследования
2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1 Методы термического воздействия на локальные объемы материалов и оборудование для их осуществления
2.2 Материалы, используемые для исследования закономерностей формирования структуры при высокотемпературном воздействии на локальные объемы
2.3 Методика проведения экспериментальных исследований по высокотемпературному воздействию на локальные объемы при сварке и наплавке металлических материалов
2.3.1 Электроконтактная сварка разнородных сталей
2.3.2 Электродуговая и лазерная сварка
2.3.3 Наплавка слоев из порошковой хромоникелевой стали, восстанавливающих размеры стальных изделий
2.3.4 Оборудование и режимы сварки металлов взрывом
2.4 Методика проведения экспериментальных исследований по формированию композиционных покрытий методом жидкофазного спекания порошковых твердосплавных смесей на углеродистых сталях
2.6 Методы деформационного воздействия на локальные объемы материалов
и оборудование для их реализации
2.7 Методика проведения экспериментальных исследований по определению влияния исходной структуры углеродистой стали на возможность появления жидкой фазы при электронно-лучевой и лазерной термической обработке
2.8 Структурные исследования
2.8.1 Металлографические исследования
2.8.2 Растровая электронная микроскопия и рентгеноспектральный микроанализ
2.8.3 Трансмиссионная электронная микроскопия
2.8.4 Рентгеноструктурный анализ
2.8.5 Термогравиметрический анализ и дифференциальная сканирующая калориметрия
2.8.6 Измерение микротвердости фаз
2.9 Испытания прочности, пластичности и эксплуатационные испытания материалов после нагрева их локальных объемов до температур, близких к температурам появления жидкой фазы
2.9.1 Прочностные свойства и показатели пластичности при статическом нагружении
2.9.2 Статическая трещиностойкость
2.9.3 Усталостная трещиностойкость

2.9.4 Ударно-усталостная трещиностойкость
2.9.5 Контакно-усталостная выносливость
2.9.6 Ударная вязкость
2.9.7 Износостойкость материалов в условиях трения скольжения
2.9.8 Износостойкость материалов в условиях трения о закрепленные частицы абразива
2.9.9 Износостойкость в условиях трения о нежестко закрепленные частицы
абразива
3 РОЛЬ ЖИДКОЙ ФАЗЫ В ФОРМИРОВАНИИ СТРУКТУРЫ И ОБЕСПЕЧЕНИИ КОМПЛЕКСА МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ В ПРОЦЕССАХ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ И НАПЛАВКИ
3.1 Особенности формирования структуры низкоуглеродистых сталей при электродуговой сварке
3.2 Влияние структурных составляющих сварных швов на их конструктивную прочность
3.3 Особенности формирования структуры сварных швов на заготовках из высокоуглеродистых и легированных сталей при электродуговой сварке
3.4 Особенности структурообразования сварных швов разнородных сталей на примере электроконтактной сварки рельсовых окончаний железнодорожных переводов
3.4.1 Структура свариваемых материалов
3.4.2 Прочность сварных швов и характер их разрушения
3.5 Формирование структуры углеродистых сталей при лазерной сварке
3.6 Формирование структуры легированных сталей при лазерной сварке
3.7 Формирование структуры поверхностных слоев при электроискровой наплавке порошковых материалов
3.8 Формирование структуры металлических материалов при реализации процессов сварки плавлением и наплавке

расплава с твердой фазой, в первую очередь, диффузионными процессами и химическими реакциями. Скорость протекания диффузионных процессов зависит от свойств металла расплава (температура, размер атомов) и свойствам материала твердого тела (размеры атомов, тип кристаллической решетки, количество дефектов кристаллического строения и их характер). Скорость протекания химических реакций (образование новых химических соединений) зависит также от свойств контактируемых материалов при температуре расплава. Значительную роль оказывает развитость поверхности твердого тела. Это влияние наиболее заметно на примере сравнения скорости смачивания в одинаковых условиях шероховатой и гладкой поверхностей.
Еще сложнее оценить краевой угол смачивания порошковых материалов, так как уровень поверхностной энергии порошков зависит от величины частиц и развитости их поверхности. Порошковые материалы склонны к адсорбированию на свои поверхности молекул из газовой атмосферы, а также к агрегатированию, при котором снижается уровень суммарной поверхностной энергии и начинают играть роль капиллярные эффекты. В большинстве случаев рассчитать краевой угол смачивания исследуемых сложных многофазных систем, в которых имеется расплавленный металл, возможным не представляется. Напротив, по измеренному углу смачивания можно оценивать энергетическое состояние поверхности твердого тела [10].
Смачивание твердых компонентов металла расплавом имеет значение не только при создании композиционных материалов, но и в процессе сварки плавлением, в котором наличие жидкой фазы также является обязательным. Нулевой угол смачивания твердой фазы расплавом не является гарантом получения высокой прочности материала. Во-первых, появление жидкой фазы может быть за счет образования хрупких химических соединений различных металлов между собой и с неметаллическими включениями - интерметаллидов, сульфидов, силицидов и др. В этом случае имеют значение размеры образовавшихся хрупких фаз, которые являются причиной снижения прочности, как при формировании композиционных материалов и покрытий, так и при