Другие журналы
|
научное издание МГТУ им. Н.Э. БауманаНАУКА и ОБРАЗОВАНИЕИздатель ФГБОУ ВПО "МГТУ им. Н.Э. Баумана". Эл № ФС 77 - 48211. ISSN 1994-0408![]()
Расчет влияния предварительной термической обработки перед азотированием на размер зародышей нитрида железа.
# 11, ноябрь 2012 DOI: 10.7463/1112.0496755
Файл статьи:
![]() УДК. 669-1 Россия, МГТУ им. Н.Э. Баумана tatiana_valer@inbox.ru Введение Консерватизм технологии азотирования не учитывает влияния предварительной термической обработки на размер зародышей нитрида железа, формирующихся перед азотированием. Установлено [1], что режимы предварительной термической обработки влияют на наноструктуру и соответственно на свойства сплавов. Каждой температуре соответствует своя структура, которая влияет на механические свойства сталей. Проведенными исследованиями структуры азотированных сталей в МГТУ им Н.Э. Баумана [2] подтверждено влияние основных факторов на механические свойства азотированных изделий. К ним относятся: 1) размер и плотность нитридных выделений; 2) типы связей кристаллических решеток твердого раствора и нитридов железа - когерентный, полукогерентный , некогерентный; 3) мисфит - параметр несоответствия кристаллических решеток 4) объемная доля и характер распределения фаз нитрида железа; 5) химический состав зародышей фаз нитрида железа. Впервые в работе С.А. Герасимова показано [3], что в процессе диффузионного насыщения сталей формирование структуры может происходить аналогично распаду пересыщенных твердых растворов в стареющих сплавах. В зависимости от состава сталей и температуры азотирования формируются следующие виды структур: структура, характеризующаяся образованием однослойных зародышей нитридной фазы, полностью когерентных с решеткой матрицы - начальная стадия зарождения нитрида железа; структура с частичной когерентностью нитридной фазы (размер нитридов составляет 2- 4 Подобные эффекты наблюдались и в стали 38Х2МЮА [4] Цель работы - расчет влияния температурно-временных параметров предварительной термической обработки конструкционных сталей на начальные стадии формирования тонкой структуры перед азотированием. Научная новизна - с помощью программы «Теrmodin», разработанной на кафедре «Материаловедения», МГТУ им Н.Э. Баумана, рассчитаны критические радиусы зародышей нитрида железа, параметры диффузии; кинетические параметры зарождения и роста фазы Fe4N, время формирования заданной объемной доли
Материал и методы исследования В соответствии с диаграммой состояния Fe-N, представленной на рисунке 1, в равновесном состоянии находятся
а) б) Рис. 1. Равновесная диаграмма состояния Fe-N
Предварительную термическую обработку (ПТО) проводили в лабораторных камерных печах как для бинарного сплава Fe- 5,6%N , так и для легированной стали 38X2MЮА. Стали закаливали при 950 Результаты и обсуждения. С помощью разработанной программы «Termodin» рассчитан критический радиус зародышей нитрида железа Fe4N в интервале температур 500-590 Таблица 1 – Расчетные данные начальных стадий зарождения нитрида железа (Fe4N)
Из таблицы 1 видно, что при увеличении температуры изотермической выдержки диффузионные процессы протекают интенсивнее, следовательно, критический размер зародыша увеличивается от 1,61 нм при t= 500 С помощью программы «Termodin» рассчитан промежуток времени, в течение которого образуется заданная объемная доля
Таблица 2.- Расчет кинетики образования зародышей нитрида железа размером 3 нм в процессе высокотемпературного отпуска.
Полученные расчетные данные согласуются с экспериментальными значениями критического размера зародыша, образующегося при распаде пересыщенного твердого раствора Электронномикроскопическое исследование сплава Fe-5,6%Nпоказало, что при распаде мартенсита при температуре старения 500 На рисунке 2 представлены кинетические кривые распада сплава Fe- 5,6% N для расчетных температур в интервале 500- 590
Рис. 2. Кинетические кривые распада
Как видно из графиков, закристаллизовавшийся объем вначале распада растет очень медленно (малое число растущих кристаллов и малая поверхность каждого из них), затем рост резко ускоряется, кривая круто поднимается вверх, и, наконец, когда незакристаллизовавшийся объем уменьшается до 10 % от первоначального, кривая вновь делается пологой. Заключение Результаты экспериментальных исследований и расчетов, проведенных в программе «Termodin» согласуются, с погрешностью не более 4 %. В процессе проведения экспериментальных исследований при температуре 500
Список литературы
1. Герасимов C.А., Жихарев А.В., Березина Е.В., Зубарев Г.И., Прянишников В.А. Новые идеи о механизме образования структуры азотированных сталей // МиТОМ. 2004. № 1. С. 13-17. 2. Герасимов С.А., Жихарев А.В., Голиков В.А. и др. Влияние предварительной термической обработки на структуру и свойства азотированных сталей // МиТОМ. 2000. № 6. С.24-25. 3. Гаврилова А.В., Герасимов С.А., Косолапов Г.Ф., Тяпкин Ю.Д. Исследование структуры азотированных сталей // МиТОМ. 1974. № 3. С. 14-17. 4. Герасимов С.А. Исследование структуры и свойств азотированных сталей: автореф. дисс. … канд. техн. наук. М., 1973. 14 с. 5. Paranjpe V.G., Floe C.F., Cohen M., Beuer M.B. The Iron Nitrogen System // Journal of Metals. 1950. Vol. 188, no. 2. P. 261-267. 6. Косолапов Г.Ф., Герасимов С.А., Бабенко Н.П. Тонкая структура и свойства азотированного слоя // Новые сплавы и методы упрочнения деталей машин / под. ред. Б.Н. Арзамасова. М.: Nзд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1981. С. 95-105. 7. Rembges W. Einfluss der Warmebehandlung auf das Nitriedverhalten von Vergutungsstahlen // Z. f. wirtsch. Ferting. 1978. Vol. 73, nr. 6. S. 329-332.
Публикации с ключевыми словами: термическая обработка, азотирование, кинетика, нитрид железа, критический радиус, коэффициент диффузии, объемная доля фазы Публикации со словами: термическая обработка, азотирование, кинетика, нитрид железа, критический радиус, коэффициент диффузии, объемная доля фазы Смотри также: Тематические рубрики: Поделиться:
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|