Ви є тут

Вплив легування та ультразвукової ударної обробки на фізико-механічні властивості інварних ГЦК сплавів системи Fe - Ni - С

Автор: 
Семенов Денис Валентинович
Тип роботи: 
Дис. канд. наук
Рік: 
2007
Артикул:
0407U000342
129 грн
Додати в кошик

Вміст

РОЗДІЛ 2. Матеріали і методика дослідження

2.1. Хімічний склад сплавів на основі Fe-Ni

Головну увагу в даній роботі було приділено дослідженням інварних ГЦК-сплавів на основі системи Fe-Ni з наявністю вуглецю, а також з відсутністю вуглецю. Вибір цих сплавів пов'язано з тим, що для них зафіксовано досить низькі значення температури початку мартенситного перетворення (нижче за температуру кипіння рідкого азоту); окрім того, за рахунок вуглецю надтонка магнітна структура значно більш розвинута у порівнянні з надтонкою магнітною структурою бінарного Fe-Ni сплаву [11, 13]. Бінарні сплави системи Fe-Ni було досліджено для порівняння з даними про сплави, які містять вуглець. Хімічні склади сплавів наведені в табл. 2.1.

Таблиця 2.1 -Хімічний склад досліджуваних сплавів (% мас.)№ спл.NiMnCoYTbCFe№129,2баланс№230,3- // -№330,4- // -№434,1 - // -№525,30,78- // -№630,11,18- // -№730,01,3- // -№830,51,5- // -№935,90,61- // -№1030,51,481,11- // -№1129,80,61- // -№1230,01,481,01,07- // -№1330,10,441,22- // -№1430,30,51,22- // -№1530,11,01,05- // -№1630,11,00,0071,03- // -№1730,11,00,031,04- // -№1830,00,0091,37- // -№1930,31,492,00,031,06- // -№2030,21,491,00,031,06- // -№2128,71,462,00,031,08- // - Сплави було виплавлено у вакуумній індукційній печі в захисній атмосфері аргону. Концентрацію вуглецю встановлено хімічним аналізом, вміст нікелю виміряно за допомогою рентгеноспектрального аналізу.
2.2. Термічна обробка сплавів Fe-Ni і Fe-Ni-С

Зливки після чищення поверхні відпалювали у вакуумі при 1273 K протягом 3 годин. Пластинки товщиною 1 мм механічно полірували абразивом і потоншували хімічним травленням. Зразками для мессбауерівської спектроскопії були фольги товщиною 20-25 мкм, які відпалювали при 1373 K протягом 30 хв. з наступним гартуванням у вакуумне масло. Один з досліджуваних зразків (Fe-30,0%Ni-1,3%C) було додатково відпалено при 773 K. Фазовий склад після виплавки і відпалу контролювали за допомогою рентгеноструктурного аналізу. Встановлено, що після термічної обробки сплави перебували в аустенітному стані.

2.3. Ударна ультразвукова і низькочастотна обробка сплавів

Механічну обробку сплавів здійснювали за двома способами: поверхнева ударна ультразвукова обробка (УУЗО) і ударна низькочастотна обробка (УНЧО). Ультразвукова обробка зразків у вигляді фольг та пластин здійснювалась шляхом піддання цих зразків впливу циклічних ударних навантажень, що виникають внаслідок контактування поверхні зразка з хвилеводом магнітострикційного перетворювача. На рис. 2.1 зображено схему установки для ударної ультразвукової обробки зразків.
Установка складається з магнітострикційного перетворювача ПМС 15А-18 (поз. 1) і наковальні 5, яка підкріплена до спільної з магнітостриктором опори (башти) 2 за допомогою пружини 4 через роз'єднувані замки 5. Зразок 8 розміщувався проміж торцем хвилеводу ПМС і змінною ударною шайбою 7, й підтискувався наковальнею 6 через її під'єднання до пружини.
Магнітострикційний перетворювач був під'єднаний до генератору ультразвукових коливань УЗГ2 - 4М, який створює в обмотках ПМС змінний струм частотою 20 000 Гц. Амплітуда ударів наконечника хвилеводу складала 20 мкм, результуюча частота ударів у коливальній системі - приблизно 3000 Гц.
Рис. 2.1 Схема устаткування для УУЗО зразків у вакуумі:
1 - магнітострикційний перетворювач ПМС 15А-18;
2 - башта;
3 - пружина;
4 - роз'єднувані замки;
5 - наковальня;
6 - ударна шайба;
7 - зразок;
8 - ковпак вакуумної камери.
Робочу камеру вкривали герметичним ковпаком 3 і відкачували вакуум до рівня 3?10-5 мм. рт. ст. Тривалість одноразової обробки кожного зразка не перевищувала 20 сек.
При УУЗО використовували окремо два ультразвукових генератори різної потужності: УЗГ2-4М (4,5 кВт) і УЗГ10-22 (10 кВт). Резонансна частота магнітостриктора складала 18 кГц, середня частота ударів по зразку з наковальнею 1 - 3 кГц. Оцінку потужності, яка передається в зразок при УУЗО, здійснено за наступним виразом [68]:
, (2.1)
де A - амплітуда коливань хвилеводу, [мкм]; f0 - частота коливань хвилеводу, [кГц]; f - частота ударів по зразку, [кГц]; C - константа, яка враховує умови навантаження і масу зразка (для даного випадку встановлено величину C = 9,6?10-6).
Таблиця 2.2. -Потужність дії УУЗО і УНЧО на зразокОбробкаf, ГцAP, Дж/сУУЗО1000 ? 300020 мкм2,4 [69]28 мкм4,7 [70]УНЧО0,78 0,2 м0,15 [69]
Величина потужності дії ударної низькочастотної обробки УНЧО (потужність 0,15 Дж/с, частота ударів 0,78 Гц) [69] на зразок, а також розраховані за формулою (2.1) величини потужності дії УУЗО (для розрахунку прийнято середнє значення частоти ударів f = 2 кГц) зведені в табл. 2.2.

2.4. Методи механічних випробовувань
2.4.1. Випробування на одновісний розтяг

Механічні випробування на одновісний розтяг здійснювались в температурному інтервалі 300?150 К на випробувальній машині АЛА - ТОО (ИМАШ -20 - 75). Вихідну форму і розміри зразків, які піддавали випробуванням, представлено на рис. 2.2.

Рис. 2.2 Форма і розміри зразка для механічних випробовувань
При випробовуваннях визначали величини межі плинності ?0,2, межі міцності ?В, а також розраховували коефіцієнт деформаційного зміцнення nТ за формулою [71]:
, (2.2)
де ?р - ступінь рівномірної деформації, яка відповідає точці межі тимичасового опору (межі міцності) на діаграмі напруження-деформація.
2.4.2. Випробування на втому при циклічних знакозмінних навантаженнях

Механічні випробування зразків було проведено на обладнанні у лабораторії Фізичної металургії і матеріалознавства в Лільському університеті (Франція). Зразки було виготовлено токарним способом. Зразок являє собою гантелепод