Диффузионное легирование марганцем горячедеформированных порошковых сталей

• Автор: Величко, Александр Григорьевич
• Шифр специальности: 05.16.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Новочеркасск
• Количество страниц: 150 с.

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Диффузионные процессы при химико термической обработке металлов и сплавов

1.1.1 Диффузионные процессы при легировании марганцем металлов и сплавов

1.1.2 Классификация и сравнительная оценка методов диффузионного насыщения поверхности металлов марганцем
1.1.3 Методы интенсификации химико термической обработки металлов и их влияние на диффузионные процессы

1.2 Особенности формирования диффузионных слоев на порошковых материалах

1.2.1 Диффузионные процессы при насыщении порошковых материалов

1.2.2 Насыщение проницаемых материалов

1.2.3 Диффузионное насыщение марганцем порошковых материалов

1.2.4 Пути интенсификации диффузионных процессов при диффузионном насыщении марганцем порошковых материалов

1.3 Выводы, цели и задачи и задачи исследования

2 МАТЕРИАЛЫ, ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Характеристики исходных порошков
2.2 Оборудование, оснастка и технология изготовления образцов
2.3 Оборудование и методика изучения структуры и свойств
2.3.1 Микроструктурный анализ
2.3.2 Электронная микроскопия
2.3.3 Рентгенофазовый анализ
2.3.4 Микрорентгеноспектральный анализ
2.3.5 Механические испытания
2.3.6 Определение общей и поверхностной пористости
2.3.7 Испытания на коррозионную стойкость
2.4 Оптимизация технологии диффузионного насыщения марганцем
3 КИНЕТИКА ПРОЦЕССА ОБРАЗОВАНИЯ ДИФФУЗИОННОГО СЛОЯ
3.1 Общие требования к диффузионному слою
3.2 Процесс осаждения и диффузии при ДНМ
3.3 Особенности процессов структурообразования при диффузионном насыщении марганцем порошковых сталей
3.4 Кинетика диффузионного насыщения марганцем порошковых материалов
3.5 Подготовка поверхностного слоя порошкового материала перед диффузионным насыщением марганцем
3.6 Выводы
4 СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ ПОСЛЕ ДИФФУЗИОННОГО НАСЫЩЕНИЯ МАРГАНЦЕМ И ТЕРМООБРАБОТКИ
4.1 Влияние скорости охлаждения после горячей допрессовки на структуру и свойства образцов
4.2 Диффузионный отжиг
4.3 Коррозионная стойкость горячедеформированных порошковых материалов после диффузионного насыщения марганцем
4.3.1 Исследование коррозионной стойкости горячедеформированных порошковых материалов подвергнутых ДНМ
4.4 Износостойкость порошковых сталей после ДНМ
4.5 Влияние последовательности технологических операций при диффузионном насыщении марганцем на показатели качества поверхностного слоя
4.6 Выводы
5 РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ВЫПОЛНЕННЫХ ИССЛЕДОВА

5.1 Целесообразность использования метода ДНМ путем электролиза ионных расплавов солей при получении ГДПМ
5.2 Промышленное внедрение результатов ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА


Диффузионные слои, образующиеся при насыщении марганцем сплавов, могут иметь однофазное и многофазное обычно двухфазное строение. Термодинамика, кинетика и механизм пограничной и объемной диффузии во всех аллотропных формах твердого железа изучены достаточно подробно , . В а железе приоритетное место занимает зернограничная диффузия, вследствие сравнительно малой энергии ее активации. В у железе, в котором размер октаэдрических междоузлий относительно велик, вплоть до низких температур, наряду с граничной, существенное значение имеет объемная диффузия. Существенное влияние на параметры диффузии углерода в у железе оказывают примеси других элементов, образующих твердые растворы замещения и внедрения. Размещаясь в кристаллической решетке атомы легирующего элемента могут вносить локальные искажения, изменять энергию межатомных связей, что в итоге приводит к ускорению или замедлению диффузионной подвижности. Так марганец, обладающий большим сродством к углероду, чем железо, снижает активность углерода в стали и затрудняет его диффузию . В литой стали 1 ЮГ л марганец является легирующим элементом, расширяющим у область. Так как углерод тоже расширяет у область, то при совместном присутствии в стали Мп и С это их влияние усиливается, что обеспечивает получение аустенитной структуры стали при комнатных температурах. Зависимость структуры литых марганцовистых сталей от содержания марганца была представлена Гийе . Из диаграммы видно, что эти стали могут быть перлитными, мартенситнопсрлитными, мартенситными, аустенитномартенситными и аустенитными. Процесс ДНМ стали с содержанием углерода 0,8 1,0 и 1,2 масс, неконтактным способом автор работы описывает следующим образом. В период нагрева контейнера до С углерод диффундирует из сердцевины образца к поверхности и тем быстрее, чем выше его содержание в стали. Далее в поверхностных зонах увеличивается концентрация марганца в аустените. До полиморфного превращения происходит реакция с формированием тонкой зоны карбидной фазы Мп2зСб, толщина и скорость образования которой пропорциональна содержанию углерода. В структуре карбида Мп2зСг, отсутствуют столбчатые кристаллы в уфазе, обычно возникающие по теории чистой диффузии в результате уа превращения. Ближе к сердцевине образуется карбид МщСз, более обогащенный углеродом и бедный марганцем. Карбидная зона преграждает углероду, диффундирующему из сердцевины изделия, доступ к поверхности. Источником поступления углерода в поверхностные слои для образования новых участков карбидных фаз служит зона высокоуглеродистого аустенита 1С, Мп. Еще ближе к сердцевине изделия образуется обезуглероженная зона, которая практически отсутствует при содержании в стали ,8 масс. После завершения ДНМ образовавшаяся диффузионная зона имеет следующую структуру . На поверхности образуется карбид Мп2зСб. Ближе к сердцевине образуется карбид М7С3. Промежуточная зона обогащенного углеродом аустенита после охлаждения приобретает дисперсную структуру, включающую смесь двух фаз а Мп2зСб при содержании С 0,8 и у Мп7С3 при содержании С 1,0. При медленном охлаждении микротвердость этой зоны составляет МПа, а при быстром 0 МПа. Это обусловлено тем, что высоколегированный марганцем аустенит приобретает склонность к переохлаждению и претерпевает мартенситное превращение. При использовании скоростного электронагрева или нагрева ТВЧ авторами работ было установлено повышение скорости диффузии марганца. Авторы связывают это с малым размером зерен и блоков под действием быстрого нагрева. Глубина слоя марганца возрастает в 2 3 раза для железа и в 4 6 раз для стали. Это еще раз говорит о сильном влиянии методов и режимов насыщения на диффузионные процессы при насыщении марганцем. Первым российским ученым, давшим наиболее полную и обоснованную классификацию процессов диффузионного насыщения поверхностей изделий металлами и металлоидами, был Георгий Николаевич Дубинин. В его работе по насыщению сплавов металлами были изложены основы, а затем в работе 7 и детальная классификация методов диффузионного насыщения, основанная на физикохимической характеристике насыщающей среды активной фазы. По данным Г.