Введение к работе
Актуальность проблемы. В машиностроении и ряде ведущих отраслей техники наиболее важной проблемой является повыиение надёжности и долговечности оборудования, аппаратов, машин, которое связано с применением для их изготовления коррозионностойких и нзносос; зй:::'х конструкционных ме'галличес.-::::. материалов. Наиболее стойкими является нержавеющие стали и сплави на основе хрома и никеля. В связи с быстрым развитием машиностроения, химической, лёгкой и других отраслей промышленности потребность в высоколегированных сталях и сплавах непрерывно возрастает. Однако вследствие их ограниченного производства в настоящее время вынуждены широко применять углеродистые и малолегированные стали, имеющие низкую коррозионную стойкость. При этом потери металла от коррозии и износа велики - составляют ^ 30:1 годового производства, причём ~ 1С'э теряется безвозвратно, что монет сохраниться ещё в течение длительного времени.
Необходимость борьбы с коррозией очевидна. Поэтому противокоррозионная защита углеродистых и малолегироззнных сталей и, в первую очередь, проката, как основы металлопродукции, а также разработка дешёвых замрнителей нерхавесдих сталей на базе обычных конструкционных сталей с защитными металлопокрытиями представляет собой одну из важнейших народнохозяйственных задач.
Совершенствование и широкое применение методов поверхностного упрочнения - эффективное технологическое средство повышения надёжности машин и механизмов различного назначения. Развитие промышленной технологии защиты изделий покрытиями, обеспечивающими заданные поверхностные и объёмные свойства, требует исследования механизма и кинетики их формирования. При этом для ус-
- Ч -пепного решения вопросов диффузионной металлизации, плакирования, химико-термической обработки, наплавки, напыления, сваркі других видов упрочкяшдей обработки необходимы детальные исслеї вания взаимной диффузии и объёмных изменений в области защиткь покрытий и поверхностных слоев.
В связи с этим возникает необходимость в детальном иссле; вании физико-химических процессов, происходящих в зоне контакт покрытие-основа, в частности, в системах железо-хром и никель-хром, которые во многом определягт эксплуатационные свойства и териалов и покрытий. Такие детальные сведения о механизме и ки нетике диффузии, а такке об основных количественных характерне тиках процесса кассопереноса - таких, как плотности диффузиокк потоков, парциальных коэффициентах диффузии, скорости изменен;: размера микрообьзмов и других, представляется возможным получи при исследовании эффектоз Киркендалла и Френкеля ка многослойн: образцах со.встроенными метками.
Цель работы - детальное'Исследование кинетики и термодинамики диффузионных процессов в системах железо-хром и никель-хром, недостаточно подробно исследованных и имевших ОС - "^ пр< вращение, в широких интерзалах температуры и Бремени выдержки, такке анализ эффектов Киркендалла и Френкеля в основном в связ; с особенностями.развития объёмных эффектоз.
- Научная новизна работы заключается в том, что.впервые-про-иіден комплекс исследований процессов взаимной диффузии, эффектов Киркендалла и Френкеля, изменений структуры и субегруктуры на многослойных образцах систем железо-хром и никель-хром. Изучены процессы пластического течения в области зоны взаимной дні фузии.и за её пределами и связанные с ними явления пересыщения вакансиями. Исследована кинетика развития дефектов в.диффузионной области биметаллов. Исследованы и определены термодинампчес
- 5 -кие величины (коэффициенты активности железа, никеля и хрома; термодинамические мнозители компонентов при взаимной диффузии в системах железо-хром и никель-хром; разность химических потенциалов компонентов) из диффузионных данных систем железо-хром и никель-хром.
Практическая ценность диссертации замечается в том, что её результаты могут быть основой: і) правильной разработки режимов получения бездефектных хромовых покрытий; 2) выбова оптимальных режимов эксплуатации биметаллических изделий; 3) оценки каро-прочности и жаростойкости марок стали, легированных хромом.
.Б диссертации определены концентрационные зависимости коэффициентов взаимной диффузии, распределения —личин эффектов Кнр-кендалла и Оренкрля з диффузионной зоне, парциальных коэффициентов диффузии и распределения неразновесных вакансий в диффузионных зонах систем нелезо-хром и никель-хром в лнроком-іштерззле температур и времён отнига. Определены функциональные зависимости параметров диффузии от концентрации в соответствующих системах биметаллов. Получены термодинамические величины систем нелезо-хром и нихель-хром во всей концентрационной области.
Разработано и использовано в исследованиях устройство для обработки деталей в вакууме, для высокотемпературных от'кнгоз многослойных образцов бинарных систем нелезо-хром и нпкелъ-хром, для нанесения защитных покрытий в вакууме пар:фазным методом, для различных видов термической и хнмико-тернической обработки з вакууме.
Разработан и ппроко использован в диссертации способ полу
чения координатной .объёмной сетки в многослойных образцах для
исследования объёмных деформаций при эффектах Киркендаллз и
Френкеля... -.-
Апробация работы. Основные материалы и результаты д:::серта-
- б - . ..
ции докладывали и обсуждали на следующих конференциях и семинарах:
-
XII ВсесоБЗная конференция по физике прочности и пластичности металлов и сплавов, г. Куйбышев, 27-29 июня 1989 г.
-
XXIII семинар по диффузионному насыщению и защитным покрытиям "Нанесение, упрочнение и свойства защитных покрытий на металлах", г. Ивано-Франковск, 18-21 сентября 1990 г.
-
III Зональная научно-техническая конференция "Пут:: повы шения качества и надёжности инструмента", г. Барнаул, 1989 г.
Ц. Межреспубликанская научно-техническая конференция "Прог рессивные методы получения конструкционных материалов и покрытий, повьгааюцих долговечность деталей машин", г. Волгоград, 198 г.
-
Менреспубликанская научно-техническая конференция "Конструкционная прочность, долговечность, упрочнение материалов и деталей малин", г. Волгоград, 1990 г.
-
Региональная конференция молодых учёных и специалистов научных организаций и предприятий "Современные материалы з маш? нестроении", г. Пермь, 29 мая 1990 г.
-
Областная научно-техническая конференция "Молодые учёнь и специалисты - производству", г. Куйбыиев, ноябрь 1990 г.
Диссертация обсуждена и одобрена на объединённом научном семинаре-кафедр "Материаловедения и технологии металлов", "Физ;1 ки", "Сопротивления материалов" и Научно-исследовательской лабс раторип № 10 Тольлттинского политехнического института и Базові научно-исследовательской лаборатории Института металлургии имєї А.А. Байкова,-Академии наук СССР, г. Тольятти, 1991 г.
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано ] 12 печатных работах, получено 2 авторских свидетельства на изо-
- 7 -Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, эаклвчения и выводов и содержит 159 страниц машинописного текста, ЧЧ рисунка, 18 таблиц и список использованной литературы из 203 наименований.