ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ

В работе представлены результаты микроструктурного анализа высокопрочного чугуна ВЧ 50. Степень глобулярности включений графита определяли через фактор формы F2, который в свою очередь определяется как отношение диаметров вписанной в частицу окружности к диаметру окружности, описанной вокруг частицы: чем ближе данное отношение к 1, тем выше степень глобулярности. Из данных о факторе формы F2 включений графита следует, что только 32,7 об. % графитных включений имеют близкую к глобулярной форму. Это свидетельствует о нарушении технологии модификации чугуна и получении в образце недомодифицированного графита. Проведенные исследования также показали, что представленный на исследование образец чугуна не проходил термической обработки, либо, в случае проведения термической обработки, она проводилась с неправильными параметрами: вероятнее всего температура термической обработки была меньше рекомендованной температуры (700 °С). Нарушение технологии модификации и дальнейшей термической обработки отливки приводит к ухудшению эксплуатационных характеристик чугуна. Проведение повторной термической обработки по правильному режиму позволило улучшить микроструктуру и нивелировать эти недостатки. После повторной термической обработки в виде отжига при температуре 700 °С в течение 4 часов с последующим охлаждением до 400 °С вместе с печью, далее - на воздухе, позволило увеличить долю сфероидизированных частиц графита с 32,7 до 65 об. %. Отжиг проводили с целью повышения прочностных свойств материала, а также пластичности и ударной вязкости.

Проведено исследование сплава 0,6Mg1Si, с добавками скандия (0,05 %) и циркония (0,15 %), и изучены особенности его упрочнения как с помощью β’’-фазы (Mg5Si6), так и Al3Sc (и ее модификации). Для сплава 0,6Mg1Si0,05Sc0,15Zr многоступенчатая термическая обработка была осуществлена следующим образом: 550 °С 8 ч + 440 °С 8 ч + 500 °С 0,5 ч + 180 °С 5 ч, для сплава 0,6Mg1Si: 550 °С 8 ч + 180 °С 5 ч. Изучение мелкодисперсных упрочняющих частиц проводилось с помощью просвечивающей электронной микроскопии. Кроме того, после каждого этапа термической обработки определялись механические свойства. Было установлено, что без применения термической обработки добавки Sc и Zr способствуют увеличению предела текучести в 3 раза и предела прочности в 2 раза. После термической обработки базовый сплав показывает большие прочностные показатели, чем легированный цирконием и скандием. Более низкие значения прочности связанны прежде всего с тем, что при естественном старении формируется в сплаве с добавками скандия формируется меньшее количество β’’-фазы (Mg5Si6) чем в базовом сплаве. Это связано с тем, что в сплаве с содержанием скандия невозможно проведение полноценной закалки, так как она будет вызвать растворение образовавшихся частиц (AlSi)3(Sc, Zr). В тоже время количество частиц формирующихся в ходе термической обработки частиц (AlSi)3(Sc, Zr) достаточно мало кроме того они имею неравноостную форму и не вносят заметного вклада в упрочнение.

Присутствие остаточного аустенита после закалки конструкционной подшипниковой стали ШХ15 часто приводит к более низкой твердости и ударной вязкости, что нежелательно при изготовлении деталей прецизионного назначения. В настоящей работе установлена взаимосвязь структурных изменений вызванных разными режимами термической обработкой с механическими свойствами стали ШХ15, в том числе с применением обработки при отрицательных температурах как продолжение закалки. Исследовалось влияние отпуска при температурах 170 °C и 260 °C, сопряженного с обработкой холодом при -60 °C и криогенной обработкой в жидком азоте при -196 °C, на механические свойства закаленной стали ШХ15. Повышение температуры отпуска стали до 260 °С приводит к снижению всех показателей механических и эксплуатационных свойств (σв, КС и HRC). Обработка холодом и криогенная обработка способствуют увеличению доли мартенсита, сопровождающееся снижением остаточного аустенита, что вызывает повышение твердости. Наиболее оптимальной совокупностью механических, а следовательно, и эксплуатационных свойств будет обладать сталь ШХ15, подвергнутая закалке с температуры 845 °С, обработке холодом при -60 °С и последующему отпуску при 170 °С.

Наличие остаточного аустенита нежелательно в случае изготовления из стали ШХ15 деталей прецизионного назначения в силу того, что при эксплуатации неизбежно его превращение в мартенсит, следствием которого является изменение геометрических размеров деталей, что в итоге может привести к заклиниванию прецизионных пар, либо образованию трещин и выходу из строя прецизионного узла или агрегата. В настоящем исследовании показано изменение структурно-фазового состояния и микроструктуры закаленной конструкционной стали ШХ15 в зависимости от режима температуры отпуска и обработки холодом. Установлено, что стимуляция мартенситного превращения путем обработки холодом либо криогенной обработки приводит к дроблению аустенитных включений, незначительно снижая при этом общее содержание остаточного аустенита. Размер карбидных включений в случае обработки холодом либо криогенной обработки можно считать инвариантным, при этом общее количество частиц карбидных выделений увеличивается в 6,5 и в 8,4 раза соответственно в случае обработки холодом при -60 °С и криогенной обработке при -196 °С по сравнению с традиционной термической обработкой.

В работе представлены результаты анализа изменений микроструктуры твердофазных соединений (ТФС) из высоколегированных никелевых сплавов ЭК61(Ni3Nb) и ЭП975 {(Ni3(Al, Ti)} с различным типом упрочняющей фазы после сварки давлением и термической обработки. Также изучены особенности строения поверхности разрушения в сварных образцах после механических испытаний на растяжение при комнатной температуре и 650 °С. Сварку давлением цилиндрических образцов в сочетании сплавов ЭК61//ЭП975 проводили в вакууме в интервале температур (850÷925) °С, который соответствует интервалу проявления сверхпластичности сплава ЭК61 с ультрамелкозернистой структурой. Последующая термическая обработка (ТО) сварных образцов включала закалку и старение, которые применяются для сплава ЭК61. Показано, что в сварных образцах, полученных при Т=850 °С, малоугловые границы обнаруживаются как в сплаве ЭК61, так и в сплаве ЭП975. С ростом температуры сварки доля малоугловых границ в сплаве ЭК61 снижается, а в сварных образцах, полученных при Т=925 °С, они практически не наблюдаются. Термическая обработка приводит к появлению двойников отжига и росту зерен в сплаве ЭК61. Фрактографический анализ поверхности разрушения сварных образцов показал, что характер разрушения в значительной степени обусловлен строением зоны ТФС сплавов ЭК61//ЭП975. Несмотря на то, что разрушение во всех случаях произошло по зоне твердофазного соединения, вид поверхности излома свидетельствует о преимущественном вязком характере разрушения.

В работе представлены результаты микроструктурного анализа высокопрочного чугуна ВЧ 50, полученного методом литья в холодно-твердеющие смеси. Для металлографического анализа взяты образцы лопатки дробеметной установки, в составе которых достаточно много цементита (от 8,00 до 14,36 об. %). При большом увеличении явно видна структура эвтектики, представляющая собой смесь цементита и перлита. Чугуны, в составе которых наряду с графитом присутствует цементит, имеют повышенную твердость, большую хрупкость, плохо обрабатываются резанием и могут применяться только после графитизирующего отжига, который исправляет этот литейный брак. Для улучшения структуры был проведен отжиг при температуре 700 °С, который позволил гомогенизировать структурно - фазовое состояние и понизить твердость материала примерно в 2 раза. Повторная термообработка позволила получить равновесную структуру с мартенситной матрицей, повысить пластичность и ударную вязкость материала образцов на 20-27 %.