Изменение фазового состава, структуры и свойств металлокерамики карбид титана-сталь при термической обработке

• Автор: Свердлова, Наталия Рашитовна
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 126 с. : ил.

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Выбор материала.

1.2. Диаграммы состояния ТС и БеТ.

1.3. Термодинамические, теплофизические, химические и электрофизические свойства карбида титана.

1.4. Механические и технологические свойства карбида титана.

1.5. Диффузионные процессы в системе ТС.

1.6. Смачиваемость карбида титана металлами и сталями.

1.7. Формирование структуры при спекании.

1.8. Концепция функциональных градиентных материалов ФГМ

1.9. Металлокерамика на основе карбида титана

1 Области применения

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Характеристика исходных материалов.
2.2. Методы исследования и испытаний
2.2.1. Металлографический анализ
2.2.2. Рентгеноструктурный анализ.
2.2.3. Микрорентгеноспектральный анализ.
2.2.4. Измерение твердости
3. ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ МЕТАЛЛОКЕРАМИКИ КАРБИД ТИТАНА СТАЛЬ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СОДЕРЖАНИЯ УГЛЕРОДА В КАРБИДЕ ПРИ ПРОПИТКЕ И ПОСЛЕДУЮЩЕЙ ТЕРМООБРАБОТКЕ
3.1. Структура и свойства после пропитки
3.1.1. Исследование металлокерамики ТС0,7 сталь У8, ТС0, сталь У8
3.1.1.1. Размеры и распределение частиц карбида титана.
3.1.1.2. Фазовый состав металлокерамики
3.1.1.3. Распределение титана, железа и углерода между компонентами после пропитки
3.1.1.4. Твердость композита.
3.1.2. Исследование металлокерамики ТС0,7сталь Р6М5, ТС0,сталь Р6М5
3.1.2.1. Размеры и распределение частиц карбида титана.
3.1.2.2. Фазовый состав металлокерамики
3.1.2.3. Распределение титана, железа, легирующих элементов и углерода
между компонентами после пропитки
3.1.2.4. Твердость композита.
3.2. Структура и свойства после закалки.
3.2.1. Исследование металлокерамики ТСо,7 сталь У8, ТСо, сталь У8
3.2.1.1. Размеры и распределение частиц карбида титана.
3.2.1.2. Фазовый состав и содержание углерода в компонентах металлокерамики
3.2.1.3. Твердость композита.
3.2.2. Исследование метлокерамики ТСо,гсталь Р6М5, ТС0сталь Р6М5
3.2.2.1. Размеры и распределение частиц карбида титана.
3.2.2.2. Фазовый состав и содержание углерода в компонентах металлокерамики
3.2.2.3. Твердость композита.
3.3. Изменение структуры и свойств при отпуске.
3.3.1. Исследование металлокерамики ТС0,7 сталь У8, ТСо, сталь У8
3.3.1.1. Размеры и распределение частиц карбида титана.
3.3.1.2. Изменение фазового состава и строения металлической связки металлокерамики
3.3.1.3. Твердость композита.
3.3.2. Исследование металлокерамики ИСо.гсталь Р6М5, Т1С0,сталь Р6М5
3.3.2.1. Размеры и распределение частиц карбида титана.
3.3.2.2. Изменение фазового состава и строения металлической связки металлокерамики
3.3.2.3. Твердость композита.
Заключение по главе 3
4. ГРАДИЕНТНАЯ МЕТАЛЛОКЕРАМИКА ТгСцьт У8
4.1. Формирование структуры и свойств при пропитке.
4.1.1. Размеры и распределение частиц карбида титана по высоте образца
4.1.2. Фазовый состав компонентов металлокерамики
4.1.3. Распределение твердости по высоте образца.
4.2. Формирование структуры и свойств при закалке
4.2.1. Размеры и распределение частиц карбида титана по высоте образца
4.2.2. Фазовый состав компонентов металлокерамики.
4.2.3. Распределение твердости по высоте образца .С
4.3. Изменение структуры и свойств при отпуске.
4.3 Л. Размеры и распределение частиц карбида титана по высоте образца
4.3.2. Фазовый состав компонентов металлокерамики.
4.3.3. Распределение твердости металлокерамики по высоте образца.
Заключение по главе 4.
5. ВЛИЯНИЕ СОДЕРЖАНИЯ УГЛЕРОДА В ПРОПИТЫВАЮЩЕЙ СТАЛИ НА СВОЙСТВА МЕТАЛЛОКЕРАМИКИ ПРИ ПРОПИТКЕ И ПОСЛЕДУЮЩЕЙ ТЕРМООБРАБОТКЕ.
5.1. Исследование металлокерамики после пропитки.
5.1.1. Размеры и распределение частиц карбида титана.
5.1.2. Фазовый и химический состав компонентов металлокерамики.
5.1.3. Микротвердость частиц карбида и металлической связки, твердость композита
5.2. Исследование металлокерамики после закалки.
5.2.1. Размеры и распределение частиц карбида титана
5.2.2. Фазовый и химический состав компонентов металлокерамики
5.2.3. Микротвердость частиц карбида и металлической связки, твердость композита
5.3. Исследование металлокерамики после отпуска
5.3.1. Размеры и распределение частиц карбида титана.
5.3.2. Фазовый состав компонентов металлокерамики
5.3.3. Твердость композита. 6
Заключение по главе 5
ВЫВОДЫ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Термическая обработка металлокерамики с металлической связкой, в частности закалка и отпуск, может заметно изменить свойства связки и, соответственно, всей металлокерамики, например, существенно повысить твердость и прочность, вместе с тем для правильного выбора режимов термической обработки необходимо учитывать процессы взаимодействия составляющих компонентов металлокерамики на всех этапах получения и обработок, что обычно не делается. Изменение составов карбида и связки влияет на получаемые свойства металлокерамики за счет изменения смачиваемости карбида титана, области гомогенности состава, скорости диффузии, а также на выбор режимов термической обработки для достижения заданных свойств. Обоснованность выбора карбида титана в качестве основного компонента карбидосталей разного назначения можно проследить, сравнивая свойства тугоплавких соединений металлов IV Vi подгрупп Периодической системы. При выборе необходимо ориентироваться, в первую очередь на микротвердость и характеристики упругости. Карбид титана i по микротвердости превосходит другие карбиды переходных металлов. Он имеет высокую термодинамическую стабильность в металлических расплавах, высокую температуру плавления, низкую плотность, высокую коррозионную стойкость 1, 2. Немаловажно, что геохимические данные по содержанию титана в земной коре дают основание считать, что титан не является ни рассеянным, ни редким элементом, а представляет собой один из распространенных в природе металлов . Недостатками i, по сравнению с , является его значительная хрупкость, большой коэффициент термического расширения, низкая теплопроводность, относительно плохая смачиваемость металлами, более низкая жаропрочность горячая твердость по сравнению с . Принципиальным отличием является то, что он имеет широкую область гомогенности и способен образовывать широкие области твердых растворов с другими карбидами металлов IV Vi подгрупп. Рассмотрим возможность использовать в качестве основы твердых сплавов другие карбиды переходных металлов. Карбиды металлов IV подгруппы , мало отличаются от i по основным свойствам. Однако дефицитен и имеет высокую стоимость, , имея наиболее высокую термодинамическую стойкость, отличается нетехнологичностью при получении. Кроме того, он плохо смачивается жидкими металлами 6. Карбиды металлов V подгруппы имеют термодинамическую стойкость меньше и смачиваются металлами лучше, чем карбиды металлов IV подгруппы. ТЮ, однако, дает с используемыми в качестве связки металлами группы Ре низкоплавкие эвтектики, что снижает жаропрочность сплавов на его основе. Карбиды ТаС и ЫЬС имеют существенно меньшую твердость, чем ТЮ, что не обеспечивает твердым сплавам нужной твердости. Эти карбиды уступают ТЮ и по значению модуля упругости. В работе 7 проведено сравнительное исследование свойств карбидосталей на основе ТЮ, УС, ТаС, ИЬС. Наиболее высокими механическими свойствами обладали сплавы на основе ТЮ. Им в наименьшей степени по твердости уступают сплавы на основе ТаС. Сплавы на основе Р1ЬС, ТаС и особенно УС имеют, кроме того, размер карбидных частиц больше, чем в сплавах на основе ТЮ. Карбиды металлов 1Уа У1а подгрупп имеют твердость выше УС. Однако это преимущество исчезает при нагреве до высоких температур. Исключение составляет УС, горячая твердость которого в 1, раза превышает твердость УС 8. Твердость не всегда характеризует износостойкость материалов. Карбид титана наиболее тверд, однако, и наиболее хрупок среди карбидов переходных металлов. С ростом хрупкости абразивная износостойкость может понижаться. Несмотря на более низкую твердость ТаС имеет более высокую износостойкость по сравнению с ТЮ. Наибольшую пластичность имеет ТаС по данным работы 9, в которой карбиды располагают по росту пластичности в ряд УСТЮ2гСНЮЫЬСУСТаС. Очевидно, по этим причинам ведутся работы по созданию жаропрочных твердых сплавов на основе ТаС и ТаС, И . Из карбидов металлов У1а подгруппы СГ3С2, Мо2С ограниченное применение в качестве основы твердых сплавов находит Сг3С2. Такие сплавы отличаются высокой коррозионной стойкостью, но они хрупки. Имеются также попытки применять Сг3С2 в карбидосталях, однако, такие сплавы таюке отличаются невысокой твердостью и прочностью. Единственный стабильный в широком интервале температур карбид молибдена Мо2С недостаточно тверд и не нашел применения в качестве основы твердых сплавов, несмотря на его высокую износостойкость.