Особенности формирования структуры закаленных и градиентных углеродистых сталей и специальных сплавов железа, связанные с взаимодействием дефектов кристаллической решетки

• Автор: Капуткин, Дмитрий Ефимович
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 207 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Равновесные и неравновесные состояния структуры сплавов железа Равновесное состояние

Избыточная свободная энергия неравновесных структурнофазовых

состояний сплавов железа

Сильно неравновесные состояния

Способы приближения материалов к равновесию

Заключение по главе

Способы получения и структурные особенности сильно неравновесных состояний

Закалка без полиморфных превращений

Переохлажденный аустенит

Разупорядоченный атвердый раствор
Аморфное состояние сплавов
Закалка с полиморфным превращением
Закалка в твердом состоянии на мартенсит
Структура мартенсита и способы релаксации напряжений
Обратимое мартенситнос превращение в железоуглеродистых сплавах
Ре1,9С и Ре2,Мп1,6С
Закалка из жидкости быстрая кристаллизация
Способы закалки из жидкости. Оценка скорости охлаждения Параметры кристаллизации и измельчение зерна сплавов железа Направленность теплоотвода, ориентированность роста и преимущественность реализации ориентационных соотношений при мартенситном превращении
Влияние измельчения зерна на магнитномягкие свойства сплавов железа Закалка из газа напыление
Электролитическое осаждение Структура материалов Превращения при нагреве Диффузия при насыщении углеродом Изменение структуры при закалке Холодная пластическая деформация
2.5. Заключение по главе 2
Глава 3. Превращения при переходе материалов к равновесию
3.1. Перлитное превращение переохлажденного аустенита
3 2. Превращения при отпуске закаленных сплавов железоуглерод
3.2.1. Температурновременные интервалы путей диффузии дефектов решетки железа
3.2.2. Распад цепочек вакансий
3.2.3. Образование комплексов с участием точечных дефектов
3.2.4. Двухфазный распад мартенсита и образование скарбида
3.2.5. Превращение акарбида в цементит
3.2.6. Рекристаллизация и рост зерна
3.2.7. Изменение времени жизни позитронов при отпуске
3.2.8. Превращения остаточного аустенита
3.2.9. Общая картина процессов отпуска
3.3. Упорядочение в РсБГА и влияние на него Т1С, ТИЗд
3 4. Нанокристаллизация аморфных материалов
3.5. Заключение по главе 3
Глава 4. Взаимодействие механических и магнитных дефектов структуры.
Глава 5. Градиентные материалы на основе сплавов железа
5.1. Поведение материала в процессе термической обработки коробление
5.2. Структура и свойства сплавов после поверхностной термической обработки
5.2.1. Лазерная обработка
5 2 2. Обработка сфокусированным светом
5 3. Исходно градиентные материалы
5.3.1. Градиентные композиты Т 1Схсталь и их поведение при изготовлении и 6 термической обработке
5.3 2. Соединения разнородных сплавов железа различными способами
5 3 2.1. Наплавка
5.3.2.2. Пайка
5.4. Заключение по главе 5
Выводы
Список используемых источников


Оценка максимального уровня упругих напряжений может быть осуществлена по пределу текучести материала. Дб,, Н. Джмоль, где Е 2п Па модуль
Юнга. При образовании твердых растворов наличие растворенного элемента дает возможность появиться новым добавочным вкладам в свободную энергию. Элементы с малым атомным радиусом в частности, углерод, образуют растворы внедрения. Хс мольная доля улерода в сплаве, Т температура, Я универсальная газовая постоянная. При эвтектоидной температуре Хснасьгш 7 4, а при комнатной Хснась1и 4. То есть, если охладить феррит, насыщенный при К, до 0 К так быстро, чтобы зафиксировать утлерод в твердом растворе, то молярная избыточная свободная энергия ДО Джмоль. Для сталей характерно образование пересыщенного твердого раствора углерода в ажелезе в ходе мартенситного превращения. В этом случае дополнительная свободная энергия при 0 К при 5 ат. С 1, мае. С Дб Джмоль, а при 9, ат. С 2, мае. С ДО Джмоль. Помимо объемноцентрированной существует и гранецентрированная модификация железа аустеннт. Ав 0Хс ,Т Хс ХсКТ1пасл 1 ХсКТ. ДОо 9,4Т 5,Т2 9,Т3 при Тот до К. При наличии углерода в железе после охлаждения из области ГЦК твердого раствора может оставаться переохлажденный аустенит, в котором расположение атомов железа не соответствует минимуму свободной энергии. При 0 К в аустените, содержащем 5 ат С 1, мае. С ДО7 Джмоль, а при 9, ат. С 2, мае. С Дб Джмоль. Сравнение полученных величин с ДО показывает, что при содержании углерода 9, ат. Поэтому мартенситная точка в таком материале лежит ниже 0 К. Элементы с достаточно большим атомным радиусом создают в железе растворы замещения, которые могут упорядочиваться. Если подавить процесс упорядочения, то избыточная свободная энергия разупорядоченного твердого раствора ДС1 ДНТД8. Например, для сплава Рсат. ДО6 3,5 кДжмоль. В некоторых случаях удается подавить образование дальнего порядка в расположении атомов. При этом получается вещество в аморфном состоянии, которое обладает повышенной энергией. Молярная избыточная энергия составляет ДОаЗООО. Джмоль . Сравнивая эти значения с величинами избыточной свободной энергии, характерными для других состояний, описанных выше, видно, что в некоторых случаях образование аморфной фазы энергетически выгоднее, чем образование кристаллического твердого раствора со слишком большим пересыщением. Поэтому аморфное состояние вещества и становится возможным и относительно устойчивым. Поскольку железо в состояниях с объемноцентрированной решеткой является ферромагнетиком, то в нем возможны дефекты магнитной структуры, также повышающие его энергию. Если бы было возможно добиться его полного магнитного разупорядочения, то добавка к свободной энергии была бы равна общей энергии магнитного обменного взаимодействия. А магнитная обменная энергия, приходящаяся на один атом. Величину А можно оценить из соотношения А акТсЛО Дж, где Тс температура Кюри, для железа равная К. Огсюда ДЕт4,3 кДжмоль. Поскольку при образовании магнитного порядка изменение объема весьма мало, то ДС,П ДЕт ТДБ. При температуре Кюри ДСт 0, следовательно при температуре ТТС ДОш ДЕт1ТТс, то есть при 0 К ДСт3,1 кДжмоль. Поскольку обменное взаимодействие имеет электростатическую природу, то магнитный порядок устанавливается очень быстро, и подавить его увеличением скорости охлаждения от температуры выше точки Кюри не представляется возможным. Однако, так как ДСт сравнима с ДОа, в некоторых случаях при образовании аморфной фазы удается сильно изменить тип и степень магнитного порядка, что проявляется в значительном изменении индукции насыщения аморфных сплавов при небольшом изменении их химического состава вблизи некоторых критических значений концентрации легирующих элементов И. Другой вклад в энергию магнитной структуры вызван образованием стенок магнитных доменов. Магнитные домены, как правило, плоские, поэтому объемная плотность энергии их границ V может быть оценена
где у поверхностная плотность энергии границ доменов, с,п толщина одного домена. Для железа у 3 Джм2 , а минимально возможный размер доменов равен юЛ. ЛОм .