Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Уникальность свойств фаз внедрения — большая твердость,, високая температура плавления, хоровая износостойкость, необычное сочетание электрических а. термических характеристик — обусловила их широкое применение в современном материаловедении. Однако большой практический интерес зачастую представляют не сачи фазы Внедрения, а материалы, в которые они входят в качестве упрочняющего элемента. Это могут быть естественные композиты {дисперсионно-упрочняекые стали и сплавы), а также искусственные композиционг ные ' материалы (жаропрочные и . твердосплавные материалы, арируемые карбидтдга.'нитридннш, оксидными волокнами).
Совершенствование технологии обработки подобных.материалов с целью улучшения комплекса присущих им фззако-кеханических свойств или увеличения срока их эксплуатации требует -достоверной информации о процессах иезфэзного. диффузионного взаимодействия, реализующихся в результате термического воздействия на композицию — фаза внедрения/твердый, раствор.
Математическое моделирование процесса диффузионного взаимодействия фаз внедрения с твердыми растворами позволяет исследовать влияние различных факторов- (температуры, времени, химических составов, сосуществующие в системе фаз) без привлечения многочисленных 'экспериментов и оптимизировать темгоратурно-времянннв характеристики' термической обработки естественных и искусственных композиционных материалов.
Цель работы. Экспериментальное исследование кинетики диффузионного взаимодействия фаз внедрения (карбидов, нитридов и карбонитридов) переходных- неталлов. с твврддан растворами яа.
основе железа и никеля. На основе экспериментально получению, данных построение достаточно общей математической модели, описывающей процесс межфазного, диффузионного взаимодействия в системе, состоящей из трех и более элементов, а таксе изучение возможности использования математических расчетов для прогнозирования реальных физических процессов, происходящих в сталях и сплавах при их термической обработке.
" Научная новизна работы. В результате исследования диффузионного взаимодействия фаз внедрения переходных металлов (карбидов TIC, NbC, WC, NbgC, V2C, W2C; нитрида TIB; карбонитридов TiCxN ; комплексного карбида Nb^VyC ) с твердыми растворами на осново полоза а никеля установлены основные закономерности подобных диффузионных процессов.
На основе полученных экспериментальных данных с использованием современных достижений в области численных решений дифференциальных, уравнений математической физики построена оригинальная математическая модель процесса диффузионного' взаимодействия фаз внедрения с твердыми растворами высокой степени общности. Математический метод, заложенный в модель, основан на совместном решении аналитических уравнений термодинамики, опре-делящих условия равновесия на межфазных границах, уравнений массового баланса и. уравнений Зика в конечно-разностной форме, модель учитывает возможную многофазвость задачи, .. многокоипонент ность диффузионного процесса, концентрационные зависимости коэф фициентов диффузии, элементов, три возможные геометрии задачи (плоскую, цилиндрическую и сферическую), а также перекрытие концентрационных полей диффундирующих элементов.
- 5 - "
Практическое значение работы определяется тем, что полученные в ней результаты имеют непосредственное отношение к даффузионно-контролируемым процессам маїфазного взаимодействия, реализующимся в процессе термической обработки естественных и искусственных материалов или при химико-термическом создании диффузионных покрытий с использованием элементов внедрения.
Результаты работы могут быть использованы при выборе оптимальных темпэратурно-временных режимов дисперсионно-упрочняемых сталей и сплавов (аустенитизации, отпуска, гомогенизации): для прогнозирования толщшы фазовых слоев в покрытиях при химико-термической обработке материалов; при прогнозировании долговечности работы сложных композиционных покрытий, эксплуатируемых при высоких температурах.
Для практического использования в работе построены номограммы, позволяющие определять время растворения карбидов титана и ниобия в низколегированных углеродистых сталях в зависимости от размеров частиц и температуры изотермического отжига.
На защиту ецкослтся:
1. Результаты экспериментальных исследований' процесса
диффузионного взаимодействия фаз внедрения переходных металлов
(карбидов, нитридов и карбонитридов) с твердыми растворами на
основе железа и никеля, полученные на диффузионных парах.
2. Математическая модель процесса диффузионного взаимодей
ствия фазы внедрения с твердым раствором.
3. Результаты расчетов на ЭВМ по кинетике растворения
карбидов переходных металлов в аустените углеродистых сталей.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсулщены на научно-технических конференциях УПИ им. С.М.Кирова
- б -
"Совершенствовагле способов получения и технологии обработки металлов и сплавов" (Свердловск, 1984) и "Повышение эффективности способов' получения металлов и сплавов, создание новых материалов, технологий и машин, улучшение качества металлоконструкций" (Свердловск, І988); Уральских школах металловедов-термистов: 1Х--=й — "Достижения в области металловедения и термической обработки металлов" (Свердловск, 1935), X—.й — "Ускорение научно-технического прогресса в металловедении и термообработке" (Устиное, -1937), XI—Я — "Проблемы металловедения и термической обработки сталей и сплавов" (Свердловск, 1989); XVI—й Всесоюзной научно-технической конференции "Порошковая металлургия" (Свердловск, 1989).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ.
Объем и структура диссертации. Диссертация содержит 136