Реферат Курсовая Конспект
Аналіз структурних діаграм, контактна взаємодія та змочування в системах сплавів Fe – Ti – C – В - раздел Образование, Об’єкт дослідження – порошкові карбідосталі що виготовлені з сумішей єлементарних порошків Вибір Оптимальних По Властивостям Та Складу Композитів На Осн...
|
Вибір оптимальних по властивостям та складу композитів на основі системи Fe – Ti – C, режимів їх спікання та термічної обробки заснований на аналізі відповідних діаграм стану системи.
Перед тим як перейти до розгляду діаграми стану потрійної системи, коротко зупинемося на і розглянемо бінарні системи Fe – Ti та Ті – С.
Таблиця 2.1 – Основні фізико – механічні характеристики карбідів, боридів та нітридів перехідних металів IV a … VI a підгрупи [239, 241]
Сполука | Е, ГПа | Мікротвердість | α×106, К-1 | λ, Вт/(м×К) | Тпл, К | γ, кг/м-3 | σзтиснення, ГПа |
TiC ZrC HfC VC NbC TaC Cr3C2 Mo2C WC | 7,59 7,01 6,80 7,25 7,21 7,8 11,7 7,8 3,9 | 6,8 11,6 16,3 9,8 15,0 31,8 19,1 31,8 29,3 | 1,38 1,60 — 0,62 2,42 1,75 1,05 — 2,72 | ||||
TiN ZrN HfN VN NbN TaN | 9,35 7,24 6,90 9,20 10,1 3,6 | 41,8 28,2 19,0 2,9 4,2 5,5 | 1,30 1,00 — — — — | ||||
TiB2 ZrB2 HfB2 VB2 NbB2 TaB2 CrB2 Mo2B5 W2B5 | 4,6 5,9 6,3 6,1 8,0 8,2 10,5 8,6 7,8 | 66,4 57,9 51,0 42,2 24,0 16,0 31,8 50,2 25,9 | 1,35 1,59 — — — — 1,28 — — |
В системі Fe – Ti (рис. 2.2) існує дві інтерметалідні фази: Fe2Ti, що містить близько 30,0 % Ti, та FeTi с 46,17 % Ti з температурами плавлення відповідно 1427 та 1317 °С. Сполука Fe2Ti має більш широку область гомогенності (близько 10 % ат. долей при 1300 °С), ніж FeTi (не більше 4 % ат. долей). Температура евтектичного перетворення Fe + Fe2Ti складає, по даним роботи [46], близько 1289 °С, однак в літературі приводяться і інші значення (по даним [47] – 1340 °С).
Гранична розчинність титану в a-Fe, при температурі евтектики досить висока і складає, по даним різних дослідників, від 8 до 13,74 % ат. [41]. При зниженні температури розчинність різко зменшується, складаючи при 700 °С близько 2,3 % ат. Розчинність Ti в g-Fe більш низька: максимально 0,7¸0,9 [46] і навіть 0,2 % ат. [43] при 1100 0С.
В системі Ti – C й досі не існує єдиної думки про температуру плавлення карбіду титану: різні автори вказують температури від 2940 до 3250 °С [46, 47]. Максимальний вміст вуглецю в TiC змінюється від 50 % ат. (20 % мас.) при температурі евтектики TiC + С близько 2900 °С, до 47,8 % ат. при температурі евтектики b-Ti + TiС при 1645 °С (Рис. 2.3).
Карбід титану має широку область гомогенності: низьковуглецева границя діаграми розміщена при температурі евтектики b-Ti + TiС, по даним різних авторів від 18 до 33 % ат., що відповідає складам від TiС0,22 до TiС0,49 [43]. Високовуглецева границя точно не встановлена. При температурі евтектики TiС + С (2776 °С) склад карбіду близький до TiС1,0, а область гомогенності зазвичай приймається в межах TiС0,48 – TiС0,98 [40].
Система залізо – титан – вуглець відноситься до групи систем Me¢ - C - Me¢¢, где Me¢ – перехідний метал IV a підгрупи, Me¢¢ – метал групи заліза, типовим для якого є квазібінарна рівновага евтектичного типу між Me¢C та Fe, Co або Ni [48]. Однак, квазібінарна рівновага існує лише в достатньо вузьких межах складу карбіду в області гомогенності, близькому до стехіометричного складу. При зниженні або підвищенні вмісті вуглецю за межами квазібінарної рівноваги з’являються надлишкові фази, що зазвичай призводять до зниження механічних властивостей сплавів.
Дослідження системи Fe – Ti – C, результати яких приведені в публікаціях [49], дозволили визначити, що в останній існують наступні тверді фази: a та b тверді розчини на основі титану, графіт, інтерметаліди FeTi та Fe2Ti, тверді розчини заліза a та g і карбідна фаза TiC. Потрійних сполук, що зайдені, наприклад, в системах Me¢C – Me¢¢, а також подвійних карбідів титанут або заліза не знайдено. Щодо твердо фазної розчинності Ti, Fe і C, то не перевищує 2 % ат. в більшості фаз аж до температури плавлення. Розчинність Fe в TiC0,9 при 1475 °С складає близько 1 ат. %, а у відповідності до [47] – 0,7 мас. % при 1100 °С. Твердофазна розчинність TiC в a-Fe або g-Fe при будь-яких аж до температури евтектики (1475 °С) не перевищує 0,6 мас. % і швидко знижується зі зниженням температури: 0,2 % при 1200 0С та 0,04 % при 920 °С [50]. Розчинність вуглецю в фазах Fe2Ti та FeTi згідно даним [49] не перевищує
Рисунок 2.3 - Діаграма стану системи Ti – С
На Рис. 2.4 а, б представлені ізотермічні перерізи діаграм системи Fe – Ti – С, отримані в різний час в роботах [49]. Для обох приведених перерізів діаграми характерна наявність областей фазової рівноваги: d + g-Fe; d + g-Fe +
|
a-Fe, a-Fe + d. Ці області головним чином цікаві тим, що оскільки саме в них знаходяться склади сплавів, маючих практичне значення. В той же час, дані приведені в [49] відрізняються від даних [48] існуванням трьохфазної області TiС + Fe3C + g-Fe, що вказує на той факт, що підвищення концентрації вуглецю в сплаві TiС – Fe веде до появи не вільного вуглецю, як у відомих системах Ti – Ni - C або Ti – Co – C, а цементиту Fe3C. При цьому, дані отримані з обох робіт схожі тим, що при зміщенні по діаграмі стану в сторону зменшення в сплаві заліза, ширина областей d + g-Fe + a-Fe і d + g-Fe зменшується, а областей a-Fe + d збільшується. З чого слідує, що зі збільшенням в сплаві вмісту TiC зменшується можливість отримання сплавів, що можна піддати гартуванню, через те що зі зменшенням вмісту вуглецю нижче лінії:
d + g-Fe + a-Fe = d + g - Fe
сплави стають нетермооброблюваними в зв’язку з відсутністю a Û g переходу.
Неоднозначна думка різних дослідників відносно температури протікання двох псевдобінарних евтектичних реакцій:
L = TiC + Fe2Ti і L = TiC + a-Fe.
Так, по даним [49] ці значення складають 1370 °С и 1475 °С відповідно, в той же час [47] вказують на значення температури 1350 и 1520 °С. Дані отримані В.Н. Єременко щодо реакції L = TiC + a-Fe близькі за температурою перетворення (1460 °С) до даних [49], однак різняться у визначенні складу евтектики: 3,8 % мас. TiC (7 мол. %) по даним [50] при 13 мол. % TiC в роботі [49]. В той же час склади евтектик, отримані в роботах [46] и [49] досить близькі.
Формування структури карбідосталі, а отже, її основні властивості в значній мірі залежать від характеристик змочування застосовуваної сталі – зв’язки по відношенню до тугоплавкої фази, температурної залежності зміни краєвого кута змочування карбіду титану сталлю, вихідного стану компонентів по вмісту домішок, що впливають на термокінетичні параметри процесу спікання. Змочування забезпечує тісний контакт на міжфазній поверхні тверде тіло – рідина та, таким чином, міцний зв'язок на контактній поверхні тугоплавкої та металевої фази отриманого композиту. Крім того, змочування в значній мірі визначає рівномірність розподілення твердої та металевої фаз в об’ємі матеріалу [41].
Значний інтерес представляє можливість оцінити впливу легування заліза різними елементами на змочування карбіду титану. При цьому, в першому наближенні характеристику змочування можна оцінити виходячи із значення поверхневого натягу розплаву жт, зменшення якого призводить до зменшення краєвого кута змочування. У відповідності до роботи [51] поверхнево – активні елементи, що знижують жт є: Cu, B, Si, Zr, P, O, S, Cr, Sb, As, Mn, Ni. Поверхнево неактивним є: C, N, V, Co, а підвищують значення жт - Ti, Mo, W.
В літературі приведено багато даних щодо змочування карбіду титану залізом та сплавами на його основі [51 - 54 та ін.]. Головним чином, інтерес представляють, дані про змочування TiC в вакуумі, оскільки технологічні процеси отримання карбідосталей (спікання, просочування) проводяться, як правило, в вакуумі. В середовищі аргону та особливо водню залізо та його сплави змочують карбід титану помітно гірше [52], що можна пояснити наявністю певної кількості залишкового кисню в застосовуваних захисних газах та погіршенням очищення оксидних плівок в газах на відміну від вакууму.
Краєвий кут змочування TiC чистим залізом по даним більшості авторів становить 40 °, в той час як змочування карбіду титану сплавами заліза може, в залежності від складу сплаву, чистоти карбіду та температури, змінюватися в широких межах від 0 до 82° [52, 53].
Автори роботи [54], досліджуючи контактну взаємодію карбіду титану зі сплавами на основі заліза в температурному інтервалі 1480 – 1500 °С, показали, що добавки Ni, Cr і Si, введені в залізо, поліпшують його адгезію до карбіду титану, тобто є міжфазноактивними елементами, а також сприяють формування гетерофазної, дрібнозернистої структури контактної зони взаємодії. При цьому, для кожної з розглянутих добавок існує її оптимальний вміст в сплаві, що мінімізує краєвий кут змочування. Так, зі збільшенням вмісту нікелю в сплаві до 12 мас. % контактний кут збільшується до 54 °, а потім, при вмісті нікелю 20 – 30 мас. % – зменшується до 11 °. Оптимальне значення вмісту хрому в Fe – Cr сплаві, що забезпечує кут змочування карбіду титану в межах 30 – 34 °, складає 11 – 16 мас. %. Більш високі адгезій ні характеристики по відношенню до TiC забезпечують Fe – Si сплави, що пояснюється досить високою міжфазною активністю кремнію. При вмісті кремнію в сплаві 2,9 мас. % краєвий кут складає 18 °, та досягає нульового значення при 5,4 мас. % [54]. Іншим сильним розкислювачем є – алюміній, також проявляє в розплавах Fe – Ni та Fe – Cr значну між фазну активність, призводячи до значного зменшення q та підвищенню роботи адгезії.
Певний інтерес представляє питання впливу вмісту вуглецю в сталевій зв’язці на змочування карбідної складової. Автори роботи [52] показали, що при нагріванні в вакуумі рівновісні та нерівновісні кути змочування карбідів (TiC та ZrC) розплавами Fe – C збільшуються при підвищенні вмісту вуглецю в залізі від 1 до 4 %. Зростання значення q при збільшенні вмісту вуглецю в сталі від 0,6 до 1,0 % відмічено в роботі [54]. Ці дані відповідають загальним уявленням про змочування, згідно до яких по мірі наближення системи до стану рівноваги, що відбувається при збільшенні вмісту вуглецю в сталі, взаємодія між карбідом та рідким металом послаблюється, а значення q, відповідно, збільшується [52].
Ступінь змочування карбідів в деякій мірі змінюється, також, зі зміною складу карбідної фази. Для системи карбід – метал з хімічною взаємодією на міжфазній границі величина θ зменшується разом зі збільшенням дефектності карбіду по вуглецю [53]. Поліпшення змочування може бути досягнуто, також, шляхом легування TiC карбідами перехідних металів V а та VI а підгруп, що краще змочуються металами групи заліза, ніж карбіди перехідних металів Iv а підгрупи, до яких належить TiC. Одним з прикладів такого підходу є ефект зниження q при змочуванні подвійного карбіду (Ti, Nb)C нікелем [52].
– Конец работы –
Эта тема принадлежит разделу:
Пояснювальна записка книга стор рис табл джерел... Об єкт дослідження порошкові карбідосталі що виготовлені з сумішей... Мета роботи дослідження структуроутворення в процесі реакційного спікання та гарячого деформування порошкових...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Аналіз структурних діаграм, контактна взаємодія та змочування в системах сплавів Fe – Ti – C – В
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Твитнуть |
Новости и инфо для студентов