Formation of structure and properties by heat treatment in high-strenght Fe-Ni-C invar alloys, doped with cobalt, vanadium and molybdenum

Nell'introduzione l'attualità del tema della tesi, formulata l'obiettivo e obiettivi dello studio sono mostrati novità scientifica, il significato pratico del lavoro riflette le principali disposizioni per la difesa, la fiducia e il contributo personale dell'autore. Il primo capitolo rivisto la letteratura nazionale ed estero, discute le cause fisiche di basso coefficiente di dilatazione lineare delle leghe Invar. Esempi di leghe di varie composizioni chimiche e il loro uso è considerato. Abbiamo analizzato le carenze di Invars classici e definito presupposti per migliorare le proprietà meccaniche del loro. L'effetto della composizione chimica sulla struttura, proprietà meccaniche e speciali delle leghe Invar. E 'dimostrato che senza il trattamento termico non è possibile avere valori contemporaneamente bassi del coefficiente di dilatazione lineare e maggiori proprietà di resistenza. Analisi della letteratura mostra che ci sono solo alcuni dati sparsi sugli effetti del trattamento termico sulle proprietà meccaniche di alta resistenza leghe Invar con un basso coefficiente di dilatazione lineare. Non c'è consenso sull'effetto di temperatura e tempo parametri del trattamento termico non è disponibile. E 'formulato l'obiettivo del lavoro e ha fornito il problema di ricerca. Il secondo capitolo descrive i materiali e le tecniche sperimentali. Per indagare leghe invar sono stati selezionati sulla base del sistema di Fe-Ni, lega con elementi letteratura che assicuri l'indurimento di queste leghe di carbonio e carburo di formatura a causa della fase di carburo dispersa. Doping cobalto viene utilizzato per ridurre il coefficiente di espansione. Le leghe sono stati fusi in un forno a induzione sotto vuoto a 60 kg lingotti, forgiati e poi laminati in barre. Trattamento termico dei campioni è stata effettuata in un PL-20 laboratorio elettrico "Termodat" centralina e condotto nelle seguenti modalità: - Tempra da una temperatura di 1200 1250 °C e raffreddato in acqua e olio; - Il riscaldamento dei campioni temprati a temperature di 300, 500, 600, 650, 700 e 800 °C, tenuta per 1 ora e raffreddamento in aria; - Riscaldamento e mantenimento dei campioni a 80 °C per 48 ore. La microstruttura è stata esaminata al microscopio ottico Meiji Techno e microscopio elettronico a scansione sistema di microanalisi JEOL JSM-6490LV con INCA Energy 450. L'analisi quantitativa è stata effettuata utilizzando Thixomet sistema di analisi dell'immagine del computer PRO. La quantità di campione statistico costituito da 150 a 300 unità. errore di misura relativa non supera 5-7%. Analisi diffrattometrica è stata effettuata su diffrattometro XRD-7000 SHIMADZU tubo radiogeno con anodo di cromo (λ = 2.285 Å) ad una tensione di 40 kV e una corrente di 30 mA. Determinazione della composizione fase è stata realizzata in un pacchetto software International Centre for Diffraction dati PDF-2 di uscita 2014, con un database integrato in esso. La durezza è stata misurata mediante Vickers secondo GOST 2999-75 sul universale durometro test M4S075G3 Emso piramide diamante indentazione sotto un carico di 29.42 N (3 kgf) e il tempo di esposizione sotto un carico di 15 secondi. Le caratteristiche di resistenza del materiale è stato determinato secondo GOST 1497-1484 in una prova di trazione campioni con porzione cilindrica attiva lunga 30 mm e 6 mm su una macchina di prova universale AG-IC 300 kN SHIMADZU. Simulazione di trattamento termico e la determinazione coefficiente di dilatazione termica è stata eseguita su campioni da 10 mm di diametro e 80-90 mm di lunghezza Gleeble 3500 complicato, mantiene le sezioni trasversali temperatura uniforme nel centro del campione in modalità di raffreddamento con diverse velocità di riscaldamento diverso o. Per le prove di dilatazione con sensore ad alta precisione, la cui risoluzione è 0,4 micron. Thermal regime test per determinare il coefficiente di espansione termica corrisponde GOST 14.080-78. Il terzo capitolo presenta i risultati di studi di struttura leghe prima e dopo l'indurimento. La struttura tondino laminato a caldo costituito da grani del substrato metallico e le particelle di seconda fase di diverse dimensioni. I risultati delle analisi di analisi microsonda hanno rivelato che gli spettri delle leghe a base di metallo si trovano in tutti i picchi di ferro, nichel, carbonio, e cobalto - in lega 32NKF, molibdeno - e una lega 34NFM di vanadio - e nelle leghe 32NFK 34NFM. -Analisi diffrattometrica portato leghe matrice identificazione come soluzione γ-solido con fcc lattice contenente questi elementi. Mappa di distribuzione degli elementi chimici e spettri mikrorentgenovskie registrati dai singoli inclusioni dimostrare di essere concentrato carbonio, vanadio, molibdeno, titanio, e quasi non rilevabili ferro, nichel e cobalto, che ha permesso l'identificazione di tali particelle come carburi degli elementi di lega. Oltre alla struttura di queste particelle grandi vengono osservate in cui l'analisi microsonda elettronica indica la presenza di una serie di elementi specifici di inclusioni non metalliche origine metallurgica. Queste particelle hanno preferibilmente una forma arrotondata, che conferma la loro separazione dalla massa fusa. La composizione chimica e la quantità di inclusioni non metalliche quando utilizzate per leghe fusori cinque opzioni disossidanti composizioni erano diverse. Sulla base dei risultati di analisi microscopica, microscopia elettronica e analisi microsonda elettronica, si è riscontrato che il più adatto è la composizione disossidante: 0,15% Mn raf, 0,35% NiMg (0,15% Mg), 0,1% di Si Cr, 0 1% Sica, 0,06% di Al 0,07-0,1% di Tispugna, che fornisce meno forma, più piccolo e più favorevole di inclusioni non metalliche origine metallurgica. Dopo tempra dal 1200 e 1250 °C in acqua e in olio nel grano fisso particelle di carburo struttura base metallica di dimensioni diverse, con un mezzo di raffreddamento di qualsiasi effetto significativo sulla natura della struttura non ha. Spiegazione diffrazione ottenuti mediante analisi ai raggi X dimostrava che la base di metallo delle leghe, nonché nella condizione iniziale laminati a caldo ha FCC lattice, ossia γ polimorfico → trasformazione α durante la tempra è assente. Aumentando la temperatura di riscaldamento per raffreddamento si osserva aumento della granulometria e riducendo il numero delle particelle di carburo rispetto allo stato iniziale, come confermato da analisi quantitativa. Metodo dilatometrico analisi stabilito che la dissoluzione della fase di carburo durante il riscaldamento per tempra inizia ad una temperatura di 950-960 °C e continua per la tenuta isotermica, come dimostrano le inflessioni caratteristici delle curve dilatometriche delle leghe. Studi radiografici hanno dimostrato che i modelli di diffrazione di campioni bonifica di tutte e tre le leghe, uno spostamento dei picchi caratteristici riflessi da piani cristallografici rispetto allo stato iniziale. parametri reticolari modifica è stata trovata una soluzione γ-solida sulla base dei risultati dell'analisi calcolati diffrazione di raggi X, che indicano un cambiamento nella lega soluzione γ-solida durante l'indurimento dovuto al passaggio ad esso e gli atomi di carbonio degli elementi di lega della fase carburo, disciolti sotto riscaldamento. Il quarto capitolo presenta i risultati di studi sulla struttura e le proprietà meccaniche delle leghe Invar sottoposti dopo tempra di calore. Un aumento della temperatura da 300 a 650-700 °C è accompagnata da un aumento della durezza e ad alte temperature fino a 800 °C provoca il declino. La durezza e resistenza alla trazione dopo riscaldamento dei campioni precedentemente bonificato da alta temperatura 1250 °C, è stata superiore rispetto alle proprietà di campioni bonifica da una temperatura inferiore di 1200 °C. In questo caso il mezzo di raffreddamento non ha alcun effetto significativo sulla durezza dei campioni dopo il calore, in modo che il trattamento termico come acqua mezzo di raffreddamento può essere raccomandato come più ecologico. Il più grande rinforzo nelle leghe 34NFM (durezza 300 HV, la resistenza alla trazione Rm = 870 N / mm2, snervamento σ0,2 = 780 N / mm2) e 32NF (durezza 400 HV, la resistenza alla trazione Rm = 1150 N / mm2, snervamento σ0,2= 1030 N / mm2) temperatura raggiunta dalla tempra da 1250 °C seguito da riscaldamento a 700 °C. La più grande rinforzo per lega 32NFK (durezza 250 HV, resistenza alla trazione Rm = 800 N / mm2, snervamento σ0,2 = 720 N / mm2) è realizzato con la tempra dalla temperatura di 1250 °C seguito da riscaldamento a 650 °C. Dopo il riscaldamento, le particelle grossolane vengono osservate le leghe metalliche di base non completamente fusi durante il riscaldamento per il raffreddamento, e le particelle disperse dimensioni fra 70 e 320 nm. L'analisi quantitativa mostra che la proporzione relativa delle particelle grossolane dopo il campione riscaldamento temprato non è cambiato rispetto allo stato indurito, e la quantità di particolato aumentando la temperatura di riscaldamento da 300 a 700 °C aumentato. Ciò dimostra l'assegnazione delle particelle di decadimento soluzione satura solido ottenuto dalla tempra. Electron metodo microsonda, le particelle sono stati identificati come carburi contenenti vanadio. La formazione di fasi intermetalliche, è stato rilevato caratteristica del sistema Fe-Ni, confermata dai risultati di analisi a raggi X, e carburi formula può essere descritto come VC (V4C3). Nell'interpretazione pattern di diffrazione ottenuti con l'analisi ai raggi X ha rivelato che dopo l'invecchiamento dei campioni di lega temprati, uno spostamento caratteristici picchi di riflessione. Il parametro reticolare calcolato rispetto allo stato indurito di cambiamento che indica un cambiamento in lega di soluzione di γ-solida durante l'invecchiamento a causa della transizione degli atomi di carbonio ed elementi carburo formano nella fase di stand-carburo. Metodo dilatometrico analisi cambiamenti caratteristici dell'angolo delle curve sono stati registrati, che è anche evidenziato dal assegnazione di particelle di carburo disperse durante l'invecchiamento. Più alta è la temperatura di riscaldamento per il raffreddamento fornire più completa dissoluzione del carburo di partenza particelle maggiore saturazione del carbonio soluzione solida e elementi di lega, e, di conseguenza, un maggiore effetto indurimento per precipitazione in suo decadimento, che spiega la maggiore durezza. Riduzione della durezza all'aumentare della temperatura di invecchiamento a 800 °C di coagulazione è spiegato particelle di carburo, come dimostrato da studi microstrutturali. In molibdeno lega 34NFM è presente soprattutto in grandi carburi, che non completamente dissolvono quando riscaldato per l'indurimento, soluzione γ-solido leggermente saturo di molibdeno, e la proporzione di carburi molibdeno dispersi, rilasciato durante il successivo riscaldamento è piccola. Pertanto, drogaggio di molibdeno nel ridurre il contenuto di carbonio e vanadio nel 34NFM lega era meno efficace per il rinforzo precipitazione rispetto solo il vanadio 32NF drogata: la massima durezza della lega durante 34NFM invecchiamento era 100 HV, e la resistenza alla trazione - 450 N / mm2 seguito, di lega di 32NF. Il 32NFK lega osservato minor numero di particelle di carburo disperse precipitate durante l'invecchiamento, e la durezza bassa, a causa di un minor contenuto di carbonio in esso (rispetto al 32NF lega) ed elementi formando carburo (rispetto lega 34NFM). Così, dopo invecchiamento queste leghe precipitazione indurimento avviene, accompagnato da un aumento di durezza per effetto di carburi disperse di elementi di lega. Il quinto capitolo illustra le caratteristiche di espansione termica delle leghe Invar studiati 32NF, 34NFM e 32NFK, così come effetto del trattamento termico sui valori del coefficiente di dilatazione termica e stabilità. L'analisi della curva di dilatometrico di riscaldamento per l'indurimento fino a 1200 e 1250 °C ha mostrato che si sono registrati alcuni intoppi. Nell'intervallo di temperatura da temperatura ambiente a 300 °C, la curva non è lineare a causa della manifestazione di un effetto magnetostrittivo Invar "deterrente" espansione termica. Nell'intervallo di temperatura dalla curva 300 a 950-960 °C è di natura lineare, indicando transizioni di fase strutturali. Ad una temperatura di 950-960 °C a seconda della composizione della lega cambia l'angolo della curva, che indica un rallentamento della dilatazione termica associata al processo di sviluppo dissoluzione della fase carburo. Tenendo ad una temperatura di 1200 °C o 1250 provoca una riduzione delle dimensioni lineari, indicando la dissoluzione di carburi. Successivamente quenching rapido raffreddamento in acqua e modellazione fissa trasformazioni di fase gamma-soluzione solida, senza perdite, caratterizzato da una drastica riduzione delle dimensioni lineari a causa della contrazione termica. Prova CTE leghe indurite hanno mostrato che il coefficiente di espansione per tutte le leghe nell'intervallo 0,5 × 10-6 K-1 ≤ α ≤ 3 × 10-6 K-1. In lega 32NFK bonificato dalla temperatura di 1250 °C, il coefficiente di espansione termica è estremamente basso valore di α = 0,91 × 10-6 K-1, nonostante la saturazione di una soluzione solida di carbonio e vanadio, che può essere spiegato dall'effetto di cobalto, che sono in reticolo cristallino aumenta effetti magnetostrittivi. Vale la pena notare che dopo i valori indurimento del coefficiente di dilatazione termica corrispondono ai requisiti tecnici, ma le proprietà meccaniche non li incontrano. Con l'invecchiamento vanno esposizione isotermica per 1 ora a 650 e 700 °C, un aumento di dimensioni lineari, che può essere spiegato dal rilascio della fase di carburo dalla soluzione solida sovrassatura con la tempra registrata. È noto che durante l'invecchiamento dei campioni temprati carboniosi leghe invar drogati con elementi di carburo di formazione, si verificano due processi competitivi: la deplezione di atomi di soluzione di carbonio solido, con una conseguente riduzione del volume e la precipitazione di carburi, causando un aumento di volume. In questo caso, la precipitazione di carburi ha influenza dominante aumento di volume specifico rispetto al trattamento degli atomi di carbonio della soluzione solida. Dopo l'invecchiamento del coefficiente di dilatazione termica delle leghe è nel campo di 0,5 × 10-6 K-1 ≤ α ≤ 3 × 10-6 K-1 ed è conforme alle specifiche. Tuttavia, la struttura del dominio cristallina e magnetico ad alta resistenza leghe Invar sulla base del sistema Fe-Ni, inoltre legato con carbonio ed elementi carburo di formazione, è in uno stato instabile, rendendole difficili da usare per i prodotti che devono dimensioni costanza delle variazioni di temperatura delle condizioni operative. Per aumentare la stabilità di Invar leghe dimensioni, di solito si utilizza uno speciale trattamento termico, che consiste nell'estratto a 80 °C per 48 ore. Dopo stabilizzanti valori trattamento del coefficiente di espansione termica per tutte le leghe erano nell'intervallo definito dai requisiti specificati (0, 5 × 10-6 K-1 ≤ α ≤ 3 × 10-6 K-1). Riscaldare a 150 °C per 1 ora, leggermente modifica i valori di coefficiente di dilatazione termica, confermando le fasi di lavorazione stabilizzanti. Quindi, il trattamento termico proposto delle leghe dovrebbe fornire una elevata stabilità termica. Sulle sperimentale-industriale leghe campioni 34NFM, 32NF e 32NFK sotto fabbrica "MZ" sono stati testati i regimi di trattamento termico, che diedero le proprietà condizioni specificate. L'analisi dei risultati dello studio hanno permesso di raccomandare 32NF leghe 34NFM 32NFK e per l'organizzazione della produzione su piccola stazza dei grezzi in lega Invar, che viene confermata da un atto di attuazione. Le leghe di prova sottoposti ad un trattamento termico di indurimento, superiori alle proprietà o almeno non inferiori alla prossima controparti estere.