автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Исследование условий получения прочного соединения в биметаллах и разработка технологии восстановления изношенной штамповой оснастки методом намораживания

На правах рукописи

Антипин Александр Владимирович

ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ ПОЛУЧЕНИЯ ПРОЧНОГО СОЕДИНЕНИЯ В БИМЕТАЛЛАХ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИЗНОШЕННОЙ ШТАМПОВОЙ ОСНАСТКИ МЕТОДОМ НАМОРАЖИВАНИЯ

Специальность: 05.02.01 -Материаловедение (в машиностроении)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Комсомольск-на-Амуре - 2004

Работа выполнена в Государственном общеобразовательном учреждении высшего профессионального образования «Хабаровский государственный технический университет»

Научный руководитель:

заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор Ри Хосен

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Бабенко Эдуард Гаврилович

кандидат технических наук, доцент Башков Олег Викторович

Ведущая организация:

Институт материаловедения ХНЦДВО РАН (г.Хабаровск)

Защита состоится декабря 2004 года в /О часов

на заседании Диссертационного совета ДМ 212.092.01 в Государственном образовательном учреждении «Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет» по адресу: 681013 Комсомольск-на-Амуре, пр. Ленина 27

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета

Автореферат разослан « 15» ноября 2004 года

Отзывы высылаются в адрес Диссертационного совета, в 2-х экз., заверенные печатью

Ученый секретарь Диссертационного совета,

кандидат технических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Восстановление гоношенных деталей различными методами - химико-термической обработкой, пайкой, сваркой, намораживанием, электроискровой обработкой и другими с использованием самых разнообразных материалов приводит к получению разнообразнейшего сочетания необходимых структур и свойств, даже не встречающихся в монометалле.

При восстановлении изношенных деталей на их поверхность наносятся покрытия из расплавленных металлов. Регулированием химического состава и температуры перегрева расплавленного металла, применением различных операций термической активации восстанавливаемой поверхности деталей добиваются высоких механических свойств, обеспечивающих их увеличение срока службы.

Советские ученые Г.Ф.Баландин, А.Д.Верхотуров, САХолованенко, Д.А.Дудко, В.П.Елютин, Н.Ф.Казаков, КХЛ.Красулин, ЛН.Лариков, Ю.В. Найдич, МГ.Окнов, Б.ЕЛатон, Н.Н.Смеляков, МХ.Шоршоров и другие разработали физико-химические основы взаимодействия разных материалов при создании композиционных соединений в условиях равновесия или при некотором отклонении от него.

Однако многие вопросы, связанные с формированием структуры и свойств покрытий на поверхности изношенной детали, недостаточно изучены.

В связи с этим в работе исследовалось влияние различных технологических факторов (температур нагрева подложки - восстанавливаемой детали и перегрева расплава (покрытия), способа раскисления и т.д.) на процесс структурообразования и прочность соединения биметаллов из различных железоуглеродистых сплавов (сталей углеродистых и легированных, чугунов).

Исследование и разработка технологии восстановления и упрочнения вышедших из строя поверхностей деталей, например, штампового инструмента, представляют большой научно-практический интерес и является актуальной проблемой для машиностроения. При исследовании обращалось большое внимание на взаимосвязь состава сплава (покрытия) со структурой, свойствами и технологическими режимами процесса намораживания.

Цель работы. Целью данной работы явилось исследование условий образования прочного соединения подложки (восстанавливаемой детали) с металлами покрытия при восстановлении изношенных деталей из углеродистых и легированных сталей при неравновесном неизотермическом протекании процесса и оптимизация на этой основе технологии их восстановления методом намораживания.

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА

На основании изучения состояния рассматриваемой проблемы и задания завода «Промсвязь» (преемник ООО «Таим») в работе ставились следующие задачи, подлежащие решению:

1. Исследование структуры переходных зон и прочности соединения (сцепления) железоуглеродистых биметаллов.

2. Установление связи между микроструктурой в приконтактных зонах биметалла из различных железоуглеродистых сплавов и температурой нагрева подложки и покрытия.

3. Выявление закономерности изменения прочности соединения от температуры нагрева подложки и покрытия.

4. Исследование диффузионного перераспределения углерода в биметаллических соединениях методом микротермоэдс, выявление некоторых особенностей диффузии и ее связи с прочностью соединения.

5. Исследование влияния технологических факторов на прочность соединения биметаллов.

6. Разработка рекомендации по технологии восстановления штамповой оснастки методом намораживания.

Научная новизна работы.

1. Экспериментально установлен и научно обоснован выбор оптимальных температурных режимов нагрева подложки в биметаллах из железоуглеродистых сплавов, показана их связь с диаграммой состояния железо-цементит и прочностью соединения.

2. На основании металлографического исследования границ раздела биметаллов предложена классификация типов структур и их связь с прочностью соединения.

3. Установлена связь между микротермоэлектродвижущей силой (мтэдс), структурой и пределом прочности соединения биметаллов:

- при оптимальных температурно-временных режимах термической активации подложки наблюдаются равномерное распределение структурных составляющих (уменьшение размаха значений мтэдс) и постоянство ее значений по сечению диффузионной зоны, что обеспечивает высокую прочность соединения биметалла;

- критерием неоднородности структуры в биметаллах служит дисперсия мтэдс, отражающая степень гетерогенности и дисперности структурных составляющих в диффузионной зоне;

- метод измерения мтэдс можно использовать как критерий неразрушающего контроля качества и прочности соединения биметаллов.

4. Экспериментально установлена зависимость между содержанием углерода в железоуглеродистых сплавах и величиной мтэдс, позволяющая использовать данный метод для прогнозирования распределения углерода по сечениям биметаллов:

- анализирована физическая модель процесса диффузии углерода в жидкой фазе при направленной кристаллизации, определен эффективный

коэффициент распределения углерода и проведен расчет коэффициента диффузии углерода;

- дана количественная оценка ширины диффузионной зоны биметаллов с заданным значением разброса концентрации углерода; с ростом эффективного коэффициента распределения углерода расчетная ширина диффузионной зоны с заданным значением ДС = 10% возрастает;

- разработана методика расчета однородности распределения концентрации углерода; установлено, что равномерное распределение углерода вблизи границы раздела при разнице по обе стороны границы до 30% способствует получению высокой прочности соединения биметалла и повышению эффективного коэффициента распределения углерода;

5. Разработан температурно-временной режим получения биметаллов из легированных сталей пар 5ХНМ - 5ХНМ и 5ХНВ - 5ХНМ; установлен характер распределения легирующих элементов в диффузионной зоне.

Практическая значимость работы.

Предложенная технология восстановления штамповой оснастки для холодной (из стали У12) и горячей (из сталей 5ХНМ и 5 ХНВ) штамповки путем намораживания апробирована и внедрена на ООО «Таим». Внедрение данной технологии позволило получить годовой экономический эффект в размере 315230 руб. только за счет экономии дорогостоящей легированной стали.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Технологические основы получения биметаллов из железоуглеродистых сплавов.

2. Классификация типов структур на границе раздела биметаллов.

3. Связь между мтэдс, структурой и прочностью соединения биметаллов; разработка критерия неоднородности структуры в биметаллах на основе анализа дисперсии мтэдс, отражающей степень гетерогенности и дисперсности структурных составляющих в диффузионной зоне.

4. Методики расчета ширины диффузионной зоны, однородности распределения концентрации углерода вблизи границы раздела и определения эффективного коэффициента распределения углерода.

5. Технологические основы получения биметаллов из легированных сталей 5ХНМ и 5ХНВ.

6. Технология восстановления штамповой оснастки для холодной и горячей штамповки путем намораживания.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава (1975 - 1982); на VII краевой научно-технической конференции «Улучшение технологии и повышение точности отливок, поковок, штамповок», 1978; на краевой научно-технической конференции

«Повышение эффективности литейного производства и качества литых заготовок», 1981.

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 15 источниках.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных выводов, списка литературы. Изложена на 166 страницах машинописного текста, содержит 58 рисунков, 20 таблиц и список литературы из 147 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении формулируются преимущества биметаллических композиций, указываются сложности их получения при различных внешних условиях и применении различных металлов и сплавов. На этом основании обосновывается актуальность работы, формулируется цель исследований и раскрыты основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе диссертации проведен критический анализ литературных данных, раскрывающих физико-химические основы взаимодействия в контактном слое биметаллов в условиях равновесия, в неравновесных, неизотермических и неравновесных неизотермических условиях. Эти условия протекания процессов взаимодействия в биметаллах можно выразить так:

для равновесных систем (1)

для неравновесных систем Тж = Тт; Рж = Рт; цж ЦТ, (2) где Тж, Тт - температуры жидкой и твердой фаз; Рж, Рт - давление в жидкой и твердой фазах; рж, цт - химические потенциалы соответствующих фаз. Для неравновесного неизотермического взаимодействия жидкой фазы с твердым материалом условия протекания процессов примут вид

Тж Ф Тт; Рж = Рг; цж Ф цт (цж = цт). (3)

Также подробно рассмотрены вопросы о взаимосвязи химического потенциала с диффузией и прочностью соединения биметаллов.

Биметаллические изделия получаются при подаче присадочного расплавленного материала (покрытия) на всю наплавляемую поверхность изношенной детали, предварительно нагретую и очищенную от оксидных пленок жидким флюсом. Расплав можно получить при различных технологических операциях: сварке, наплавке, пайке, литье намораживанием и т.д. При формировании покрытия имеют место известные процессы, например, смачивание, адгезия, адсорбция, диффузия, растворение, кристаллизация и другие, которыми в определенной степени нужно управлять.

В институте электросварки им. Е.О.Патона разработана технология изготовления биметаллических изделий наплавкой намораживанием из

расплава, которая обеспечивает строго заданный химический состав и постоянство свойств. Однако ряд вопросов новой технологии требуют дальнейшего глубокого изучения, прежде всего это касается диффузионных процессов.

Установлено, что после контакта жидкого металла с твердой поверхностью устанавливается металлическая связь и от поверхности оплавленных зерен начинают расти кристаллы своеобразной формы. При этом связь устанавливается лишь в некоторых благоприятных точках поверхности. Зародыши новой фазы в покрытиях на основе исходной твердой фазы определяют не только ориентацию развивающихся кристаллов, но и тонкую структуру кристаллических образований новой фазы. Механизм и характер схватывания твердых тел с расплавом могут быть весьма сложными и зависящими от природы металлов, температуры, условий охлаждения, свойств границ соприкасающихся металлов. Эти вопросы изучены в недостаточной степени.

Различные теоретические, научные выкладки, посвященные проблеме получения биметаллических изделий, решают отдельные задачи. Поэтому при разработке технологии восстановления или изготовления биметаллического соединения в отдельных моментах трудности могут быть и не преодолимыми. Получение прочного биметаллического соединения является важнейшим звеном при решении этих задач. На основании проведенного анализа литературных данных поставлены соответствующие задачи исследований.

Во второй главе изложены используемые методы экспериментальных исследований и характеристики использованных материалов, оборудования и приборов.

Для изучения влияния углерода на прочность соединения выбраны армко-железо, сталь 45, сталь У8, сталь У12 и серые чугуны СЧ20 и СЧ25; для исследования прочности соединения выбран метод отрыва штифта.

Влияние кислорода устраняли достижением вакуума глубиной 10"3 — 10"4 мм рт.ст. В водоохлаждаемой печи предусмотрены два горизонтальных разъема и три смотровых окна. В дно печи встроены четыре электрода, с помощью которых осуществлялось ведение процесса в широком диапазоне температур: на подложке - до ЮОО'С, на верхнем нагревателе - до 1550 С. Для изготовления нагревателей различной конструкции использовался тантал, вольфрам, молибден, графит.

Измерение температуры подогрева образца и плавления металла производилось с помощью переносного потенциометра ПП-63 класса 0,5 (ГОСТ 9245-68) и вольфрамрениевых термопар (ТУ 11-72 0.021.142 ТУ) ВР-5/ВР-20, градуировка 1, градуировочная таблица по ГОСТ 3044-74.

При исследовании биметаллических образцов и штамповой оснастки применены методы металлографического анализа, измерения микро-

твердости, механических испытаний, микротермоэлектродвижущей силы (мтэдс) и микрорентгеноспектрального анализа.

Изучение структуры контактных слоев проводилось на микроскопе МИМ-8М с применением увеличения от 100 до 2000.

Микротвердость контактных слоев биметалла определяли на приборе ПМТ-3 с нагрузкой 0,5 Н.

Предел прочности биметаллических штифтов определялся на разрывной машине ЦЦМ-10 при скорости нагружения 10 мм/мин.

С целью изучения диффузионных потоков углерода в металлах и биметаллах применялся метод мтэдс, аналогичный методике измерения микротвердости. Наконечником при этом служила вольфрамовая игла, подогреваемая до 120°С.

В третьей главе «Исследование структуры переходных зон и прочности сцепления (соединения) железоуглеродистых биметаллов» исследовано структурообразование на границе раздела между подложкой из армко- железа, сталей 45, У8, У12, СЧ20 и покрытиями из железоуглеродистых сплавов вышеуказанных марок.

Рассмотрим структуру и прочность биметалла при участии в качестве подложки армко-железа. При взаимодействии подложки и расплава из армко-железа разность химических потенциалов равна нулю. В соответствии с теорией Онзагера прочному сцеплению в этом случае будет способствовать градиент температуры между подложкой и покрытием. В связи с этим исследовалось влияние температуры подогрева подложки от 650 до на строение и прочность соединений биметаллов при нанесении на ее поверхности железоуглеродистых расплавов с различным содержанием углерода: армко-железа, сталей 45, У8, У12 и серого чугуна СЧ20.

Микроструктура границы раздела биметалла из армко-железа при нагреве подложки до ЮОО'С показана на рис.1, а И б*. Как видно, граница раздела представляет собой совокупность чередования дефектных кристаллических зерен различной протяженности. При больших увеличениях микроструктура этой зоны представляет собой

поверхностные нарушения, состоящие из точечных или пунктирных дефектов, проходящих через зерна подложки и покрытия.

Для биметаллов из армко-железа возможна кристаллизация металла покрытия двумя способами:

- при отсутствии на границе раздела поверхностных дефектов кристаллизация покрытия происходит на поверхности уже имеющегося зерна кристалла (зерно 1 на рис.1, б); рост зерна в покрытии происходит от поверхности готовой подложки, если соблюдается кристаллографическое соответствие между ними;

* Здесь и далее подложка расположена в нижней части фотографии, а покрытие- в верхней.

Рис 1. Микроструктуры армко - железа на дефектной границе раздела в объеме зерна (а), с зерном 1, общим для подложки и покрытия (б), х 500, в - при отсутствии сцепления между подложкой и покрытием, х 100, температура нагрева подложки -

а б в

Рис. 2. Микроструктуры биметаллов а - армко-железо + ст 45; температура нагрева подложки 900°С, б - армко-железо + ст 45; температура нагрева подложки 850"С, х

100 Шлифы протравлены 4%-ным раствором HNO, в - армко-железо + сталь У8, температура нагрева подложки 850°С, х 500 Шлиф протравлен 4%-ным раствором HNO3

Рис. 3. Микроструктуры биметаллов а - армко-железо + сталь У12, температура нагрева подложки - 900°С,

шлиф протравлен 4%-ным раствором HNO3,х 100; б - армко-железо + серый чугун СЧ20, температура нагрева подложки -

900°С; шлиф протравлен 4%-ным раствором HCl,х500, в - армко-железо + серый чугун СЧ20, температура нагрева подложки -900'С,шлиф протравлен 4%-ным раствором HCl,х2000;

- при наличии сплошных поверхностных дефектов на границе раздела зоны биметалла кристаллизация зерен в покрытии происходит за счет переохлаждения расплава с образованием новых зерен, кристаллографически не ориентированных к зернам подложки.

Если температура нагрева подложки ниже 1000'С, то образуется сплошная зона поверхностных дефектов, препятствующая сцеплению подложки с покрытием (рис.1, в). Как правило, с понижением температуры подогрева подложки наблюдается утолщение полосы поверхностных дефектов, окантованных ферритной полоской со стороны подложки.

Анализ микроструктур биметалла из армко - железа (рис. 1) позволяет сделать следующие выводы:

- при создании определенного температурного градиента (535... 550 °С) между подложкой и покрытием реализуется эпитаксионный механизм кристаллизации (рис.1, б, зерно 1); при этом обеспечивается сток дефектов с границы раздела в обе стороны от нее по границам будущих зерен феррита;

- при наличии точечного или штрихпунктирного дефекта на границе биметалла (рис.1, а) также наблюдается эпитаксионный механизм роста кристаллов феррита;

- при одинаковых температурных режимах намораживания покрытия снижение температуры подогрева подложки (например, до 600 - 900 "С, рис. 1, в) способствует увеличению степени переохлаждения и затрудняет процесс стока дефектов с границы раздела в обе стороны от нее по границам ферритных зерен; формируется сплошная дефектная структура на границе биметалла, препятствующая сцеплению покрытия и подложки; при этом формируется полоска ферритной структуры под границей раздела большой протяженности. Данное явление, по-видимому, связано с полигонизацией (беспорядочно расположенные внутри зерна феррита дислокации собираются, образуя стенку и создавая ячеистую структуру, которая может быть устойчивой и перемещаться в сторону границы раздела биметалла), либо с коалесценцией (укрупнение фазы в твердых телах).

Граница раздела - дефект поверхностного слоя по ширине. Если ширина этого слоя значительно больше ширины границ зерен, то сцепление биметалла отсутствует (рис.1, в). Кроме того, граница зерен в подложке ориентируется параллельно границе раздела в виде одного зерна феррита С повышением температуры подогрева подложки ширина полоски феррита существенно уменьшается, и она исчезает при подогреве подложки до 1000'С.

Итак, предлагается два вида дефектного строения границы раздела биметалла:

- точечная или пунктирная дефектная структура границы раздела, способствующая сцеплению биметалла;

- сплошная дефектная структура, ширина которой значительно превосходит ширину границ зерен, препятствует сцеплению биметалла.

Описанные структуры отнесены к первому типу дефектной структуры биметаллических соединений.

На рис. 2, а и б показаны микроструктуры границы раздела армко-железа со сталью 45, подложка которой нагрета до различных температур

(а - 900 С, б - 850 С). Как видно, при нагреве подложки из армко-железа выше температуры 900°С происходит диффузия атомов углерода из покрытия в подложку с образованием

тонких игл перлита. При этом в структуре покрытия формируется полоса ферритной структуры. Вероятно, при полигонизации или коалесценции ферритных зерен происходит перемещение зоны перлитной структуры в сторону покрытия.

Слоистая ферритная структура на границе раздела относится ко второй группе структурной зоны биметаллов.

На рис. 2, в показано строение границы раздела биметалла из армко-железа и стали У8. Граничную зону, состоящую из перлита и феррита, окаймленную с двух сторон ферритной полоской, можно отнести к третьей группе структурной зоны раздела биметалла. .

При наплавке стали У12 в приграничной зоне образуется перлитная прослойка и столбчатые кристаллы цементита с большим количеством микропустот в покрытии (рис.3, а). По-видимому, наличие микропустот обусловлено образованием окиси углерода СО при взаимодействии жидкой высокоуглеродистой стали с подложкой. Для получения непрерывного слоя перлита содержание углерода должно быть более 1,2 мас.%. Слоистую перлитную структуру можно отнести к четвертой группе структурной зоны раздела биметалла.

На рис. 3, б и в представлены микроструктуры зоны раздела биметалла армко-железо и СЧ20, подложка которого была нагрета до 900 " С. Граничная зона состоит из четко видимых прослоек: широкой перлитной основы и тонкой белой структуры со стороны покрытия. Это характерная структура зоны раздела биметалла пятого типа Как видно, перлитная зона проникает вглубь подложки из армко-железа. В неравновесных неизотермических условиях кристаллизации чугуна диффузионный слой перлита составляет ПО - 130 мкм. Белая полоса переходной зоны представляет собой при увеличении х 2000 (рис.3, в) мартенсит с остаточным аустенитом, микротвердость которого соответствует Нц = 6580 МПа. Микротвердость перлита - 2660 - 2800 МПа. Полученная закономерность формирования структуры в по- и приграничных зонах биметалла с покрытием из СЧ20 можно объяснить следующим образом. Атомы углерода из жидкого чугуна с большой скоростью диффундируют в кристаллическую решетку у — Те (армко-железа), насыщая его до предела растворимости. Оставшаяся часть атомов

углерода, взаимодействуя с атомами железа, образует цементитную фазу и способствует перлитизации приграничного слоя при охлаждении. Над перлитной прослойкой со стороны покрытия аустенит резко обедняется углеродом, в связи с чем повышается точка начала мартенситного превращения. Это обстоятельство способствует превращению аустенита в мартенситную структуру. Не исключено, что в результате возникновения больших внутренних напряжений при охлаждении аустенит дополнительно превращается в мартенсит деформации.

Таким образом, с увеличением содержания углерода в покрытиях (ст 45 —► У8 —> У12 —* СЧ20) наблюдается в структуре граничной зоны биметаллов диффузия атомов углерода по границам зерен армко-железа в сторону подложки с формированием прослоек ферритной, феррито-перлитной, перлитной и мартенситной структур. Толщина пограничного слоя зависит от содержания углерода и температуры нагрева подложки.

Из рис. 4 видно, что прочность соединения биметалла из армко -железа и углеродистых сплавов (У8, У12) изменяется по экстремальной зависимости с максимумами ее значения при 900* С. Прочность биметалла с покрытиями из стали У8 соответствует 500 МПа, из У12 - 600 МПа при нагреве подложки до 900 С. Степень разупрочнения биметалла при сверхоптимальном нагреве подложки зависит от содержания углерода в покрытиях: чем больше содержание углерода в покрытии, тем выше степень разупрочнения биметалла. Это обстоятельство связано с кристаллизацией цементитной сетки вокруг перлитной основы в зоне соединения биметаллов и укрупнением структурных составляющих.

Как правило, с увеличением содержания углерода ст 45 —» У8 ширина переходной ферритной зоны уменьшается, причем у стали У8 перлитная полоска с двух сторон окаймлена тонкой ферритной прослойкой. В случае применении покрытия из заэвтектоидной стали У12 полностью исчезает ферритная прослойка и переходная зона состоит из перлитной полосы, что обеспечивает максимальную прочность биметалла при подогреве подложки из армко - железа до 900 * С (рис.4, кривая 2).

Особенность формирования границы биметалла из армко-железа и чугуна СЧ20 отражается на зависимость предела прочности от температуры нагрева подложки. Место разрыва при испытании на растяжение отодвигается в сторону покрытия, где формируется прослойка мартенсита закалки, обладающая повышенной хрупкостью. Повышение температуры нагрева подложки должно приводить к интенсификации диффузии атомов углерода, к расширению зоны перлитной структуры и формированию мартенситной прослойки над перлитной зоной, способствующей незначительному снижению прочности биметалла с покрытием из СЧ20 (рис.4, кривая 3).

Рис.4. Влияние температуры перегрева подложки на прочность соединения армко - железа с железоуглеродистыми сплавами (1 - сталь У8,2 - сталь У12,3 - серый чугун СЧ20)

Рис. 5. Изменение прочности биметаллов из железоуглеродистых сплавов в зависимости от температуры нагрева подложки из стали 45:1 -из стали У12,2-из серого чугуна СЧ20

Рис. 6. Микроструктура биметалла из сталей 45 и У12, х 100. Шлиф протравлен 4%-ным раствором НС1. Температура подложки-900 °С

Аналогичное исследование проводилось на подложках из сталей 45, У8, У12 и чугуна СЧ20 с покрытиями вышеуказанных железоуглеродистых сплавов.

В качестве примера на рис. 5 приведена зависимость о, от температуры нагрева подложки из стали 45 и покрытия из стали У12 и покрытия из чугуна СЧ20.

При наплавке стали У12 на подложку из стали 45 в переходной зоне биметалла структура (рис. 6) состоит из перлита и небольшого количества феррита без четко видимой границы раздела при нагреве подложки до 900 ' С. Такая структура обеспечивает наибольшую прочность (о„ > 1000 МПа) соединения биметалла (кривая 1 на рис. 5) и ее можно отнести к шестому типу. Разупрочнение, наблюдаемое при сверхоптимальных температурах нагрева подложки, связано, как отмечалось выше, с укрупнением структурных составляющих и кристаллизацией цементитной сетки вокруг зерен перлита.

При наплавке чугуна СЧ20 на подложку из стали 45, нагретую до 800'С, углерод из чугуна, диффундируя по границам зерен в подложке, образует перлитную полоску с очень тонкой прослойкой мартенсита закалки. Перлитная зона проникает вглубь подложки. С повышением температуры нагрева подложки до 900° С в переходной зоне фиксируется точечный междендритный графит. При температуре нагрева 1000 С наблюдается некоторое укрупнение графитных включений. В соответствии со структурными изменениями от температуры нагрева подложки изменяется прочность сцепления биметалла (кривая 2 на рис.5). Следовательно, оптимальная температура нагрева подложки из стали 45 с покрытием из СЧ20 является 800'С.

В четвертой главе «Исследование процесса диффузии углерода в биметаллических сплавах методом мтэдс» приведены результаты исследования мтэдс монолитных и биметаллических сплавов по сечению биметаллов, произведен статистический анализ дисперсии мтэдс структурно-неоднородных биметаллов и распределения углерода в диффузионной зоне с целью установления взаимосвязи между характерами изменения мтэдс, концентрации углерода и прочностью биметаллических соединений.

На основании металлографического анализа для изучения диффузии углерода в железоуглеродистых сплавах выбраны системы пар армко-железо - сталь У12 и армко-железо - чугун СЧ20.

Снятие микроэлектрической характеристики производилось присоединением вольфрамовой иглы к отрицательному знаку на гальванометре.

Для того чтобы стало возможным сравнение мтэдс указанных систем, необходимо получить информацию о проводимости исходных материалов: мтэдс армко-железо = 3 мВ, У12 = -4 мВ и СЧ20 = -33 мВ.

По сравнению с монолитным армко-железом мтэдс в одноименном биметалле увеличивается в подложке и покрытии соответственно в 8... 10 и 10... 12 раз. При нагреве подложки до 1000' С значения мтэдс (28 - 30 мВ) остаются без изменения по сечению биметалла на расстояниях до 60 мкм в подложке и до 150 мкм в покрытии (рис. 7). Вместе с тем, в приграничных зонах на расстояниях до 30 мкм от границы раздела наблюдается скачкообразное повышение мтэдс при нагреве подложки до 900'С (кривая 1) и 970 * С (кривая 2). При нагреве подложки до 1000* С исчезает скачок по мтэдс (кривая 3).

Анализ экспериментальных данных по мтэдс и пределу прочности на разрыв позволяет сделать вывод о том, что для получения «идеального» соединения биметалла из армко-железа должно соблюдаться постоянство значений мтэдс в сечениях биметалла в диффузионной зоне. Таким образом, для получения прочного соединения биметалла из армко-железа температура термической активации подложки должна быть выше 1000'С.

В биметалле из армко-железа и стали У12 (рис. 8) на знак и величину мтэдс оказывает существенное влияние температура нагрева подложки. При температуре 950 С значения мтэдс скачкообразно возрастает на границе раздела и наблюдается большой размах ее значений по сечению биметалла С уменьшением температуры нагрева до 900 С исчезает скачок и размах значений мтэдс в диффузионной зоне биметалла резко уменьшается и наблюдается максимальное значение прочности сцепления. Значения мтэдс биметалла в диффузионной зоне находятся между значениями армко-железа (+3,0 мВ) и стали У12 (-4мВ).

Повышение температуры нагрева подложки от 800 до 1000 ' С снижает прочность сцепления биметаллов из армко-железа и СЧ20. Это обстоятельство связано с тем, что по мере повышения температуры нагрева размах значений мтэдс увеличивается в сечениях биметалла.

Таким образом, метод измерения мтэдс можно использовать как экспресс-метод контроля и прогнозирования качества и прочности сцепления биметаллов.

На величину и знак мтэдс вышеуказанных сплавов оказывает существенное влияние содержание углерода. Становится возможным построить градуировочную кривую зависимости мтэдс от концентрации углерода в железо-углеродистых сплавах (ст 45, У12, СЧ20), с помощью которой оценено распределение углерода по значениям мтэдс в сечениях биметаллов. Изменения мтэдс возможно обработать с помощью дисперсии.

Большим достоинством применения дисперсии <5/ при анализе гетерогенных сплавов является возможность моделирования поведения дисперсии в зависимости от направления изменения структуры.

мВ 42 36 30 24 18 12 б

150 120 90 60 30 0 30 60 90 120 150 мкм

Рис. 7. Распределение мтэдс в армко-железе (кривая 0) и биметалле из армко-железа при температуре нагрева подложки на 900°С (кривая 1), 970°С (кривая 2), 1000'С (кривая 3)

Подложка Покрытие

0 2

s/ д

, 1

--- —г-"

150 120 90 60 30 0 30 60 90 120 150 мкм

Рис. 8. Распределение мтэдс в стали У12 (кривая 0) и биме-талле из стали У12 при температуре нагрева подложки на 900 ' С (кривая 1), 950* С (кривая 2)

На основе измерений мтэдс в исследованных биметаллах, полученных при разных температурах нагрева подложки в условиях вакуума и известном содержании в них углерода, была установлена зависимость мтэдс - концентрация углерода. С помощью этой зависимости построены кривые распределения углерода в диффузионной зоне в перпендикулярном

к границе раздела направлении с шагом перемещений 15 мкм на протяжении 150 мкм в противоположных направлениях.

На рис. 9 с помощью дисперсии S* концентрации углерода выявлено условное разделение биметаллов на однородное и неоднородное.

Нулевая прочность биметаллов соответствует области перехода от однородного к неоднородному распределению углерода. Низкая прочность наблюдается в интервале температур 820 - 900°С и значениях дисперсии S' 0,08... 0,11.

При низких значениях дисперсии 5* (< 0,08...0,11) прочность соединения резко возрастает и достигает максимума:

- при 8] = 0,01 о» = 839 МПа для

биметалла армко-железо - сталь У12; температура нагрева подложки 1000°С;

- при 62с = 0,33 ов = 264 МПа для

биметалла армко-железо - чугун СЧ20; температура нагрева подложки 780" С.

В качестве меры неоднородности распределения углерода в биметалле использована величина разброса концентрации: Утах-Утт

Однородное Неоднородное

i

1

I

1

i

s

L i о

\

L I

\L

Дисперсия, <5е

Рис.9. Дисперсия концентрации углерода 8* и прочность сцепления в биметаллах армко-железо-железо-углеродистый сплав при разных температурах подложки.

I* - армко-железо - СЧ20 0 - армко-железо - У12

лс=

■100%, (4)

и минимальное

Утах+Утт

где Утах и Упмп - соответственно максимальное значение концентрации углерода.

При однородном распределении углерода (величина неоднородности Д < 60%, прочность биметалла будет выше, если брать сталь

У12 в качестве покрытия. При этом можно достичь предел прочности не ниже 1300 МПа при Д —► 0, а с покрытием из СЧ20 (при Д —» 0) - 400 МПа (рис.10). При неоднородном распределении углерода (Д > 60%, Тдид, < 750... 780"С) прочность вновь возрастает и при Д —► 100% о, = 400 МПа. Это явление связано с кристаллизацией изолированных включений цементита.

Таким образом, метод мтэдс позволяет по кривым распределения углерода в биметаллах судить о качестве биметаллического соединения в целом. В случае равномерного распределения углерода по обе стороны границы раздела значения содержания углерода на расстояниях до 75 мкм не отличаются больше 30%, предел прочности при растяжении возрастает до высокого значения. При отсутствии сцепления биметалла экстре-

а»

МП»

1200 1000 800 600

400

гоо

Распределение

Одноролиае 1 Неоднородное

1

1

1

V 1

\ 1 1

1 с

1 1

с \ 1

Ч| о \ <<*

г*

мальная разница по углероду в подложке и покрытии достигает сотен процентов.

Произведен расчет коэффициента диффузии углерода по методу АА.Попова. В случае различия по содержанию углерода вблизи границы раздела биметалла не более чем на 30% среднее значение коэффициента диффузии углерода при температуре нагрева подложки 900"С (Оср = 1,1 • 10"8 см^/сек) согласовывается с результатами работ других авторов.

Определены коэффициент распределения К и ширина диффузиионной зоны биметалла с заданной однородностью.

Высокой однородности распределения углерода соответствует увеличение прочности сцепления и эффективного коэффициента распределения углерода К. С ростом коэффициента распределения углерода К расчетная ширина диффузионного слоя с заданным значением ДС = 10% возрастает.

Таким образом, управляя параметром путем изменения скорости кристаллизации, шириной диффузионного слоя, коэффициентом диффузии углерода можно добиваться увеличения прочности сцепления биметаллов.

В пятой главе «Разработка технологии восстановления изношенных штампов и внедрение ее в промышленности» проанализированы причины выхода штампов из строя (главным образом по износу и появлению разгарных трещин) и разработана технология восстановления изношенной штамповой оснастки.

Практически установлено, что интервал температур нагрева подложки для стали 5ХНМ находится в пределах от 900 - 950° С (кривая 2 на рис. 11), если подогрев осуществлялся в вакууме или в атмосфере восстановительной среды. Если подогрев подложки выполняется в атмосфере воздуха (без защитной среды), то значение прочности сцепления биметалла уменьшается существенно (кривая 3 на рис. 11). Аналогичная картина изменения прочности биметалла от температуры нагрева подложки наблюдается при использовании пары армко-железа (основа) и сталь 5ХНМ (покрытие), кривая 1 на рис. 11.

О 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Микронеоднородность Д, %

Рис. 10. Влияние микрооднородности распределения концентрации углерода на прочность:

° — армко-железо - сталь У12, • - армко-железо - чугун СЧ20

8» 900 930 1000 1030 1100

Рис. 11. Зависимость предела прочности биметаллов от температуры нагрева подложки:

1 - Армко-железо - сталь 5НМ (карбюризатор);

2 - сталь 5ХНМ - сталь 5ХНМ (вакуум);

3 - сталь 5ХНМ- сталь 5 ХНМ (воздух).

Методом рентгеноспектрального микроанализа исследовано распределение легирующих элементов Сг, Мо в различных

структурных составляющих по сечению диффузионной зоны биметаллов системы пар сталей 5ХНМ - 5ХНМ.

Среднее содержание никеля в подложках (5ХНМ) колеблется от 1,25 до 1,35 мас.%; хрома от 0,87 до 0,9 мас.%; молибдена от 0,15...0,2 мас.%. Установлено, что в приграничных зонах наблюдается интенсивная диффузия никеля вблизи границы раздела на расстояниях 3...8 мкм со стороны подложки и покрытия. При этом максимальное содержание никеля, в зависимости от плавок из отходов штамповочного производства в качестве шихтовых материалов, колеблется от 1,4 до 1,7 мас.% на границе раздела биметалла. Однако размах содержания никеля от среднего его значения в подложках значительно больше, чем в покрытиях. Это обстоятельство связано с тем, что в покрытиях, вследствие переохлаждения расплава кристаллизуется мелкозернистый продукт распада переохлажденного аустенита при охлаждении.

Содержание хрома в диффузионных зонах колеблется в покрытиях от 0,82 до 1,0 мас.%, а в подложках - от 0,87 до 0,9 мас.%. На границы раздела биметалла наблюдается скачок содержания хрома до 0,7 мас.%, хотя по абсолютной величине его содержания меньше, чем в подложках и покрытиях.

Молибден распределяется по сечению биметалла сравнительно равномерно.

Следует отметить, что для каждой пары биметаллов существует оптимальная температура нагрева подложки для получения необходимой структуры и прочности соединения биметалла.

На следующем этапе исследовалось влияние температурно-временных режимов подготовки расплава и подложки на структурообразование и прочность соединения биметаллов.

Для подложки из углеродистой инструментальной стали У10А -У12А температурный интервал ее нагрева соответствует 800 - 850°С.

Получение жидкого металла осуществлялось в индукционной печи ЛПЗ - 67В. В качестве шихтового материала были использованы бракованные штамповые детали из стали 5ХНМ и 5ХНВ. Расплавленная сталь раскислялась ферросилицием марки ФС-75 в количестве 1-3 мас.% от массы расплавленного металла. Оптимальная температура нагрева жидкого металла не должна превышать 1.2 . Заливка расточенной части штампа производилась из ковша емкостью 50 см3. Охлаждение биметаллического изделия производилось на воздухе, после которого следовала окончательная расточка.

Таким образом, разработана технология восстановления изношенных деталей (штамповых инструментов) методом намораживания углеродистой (У12 для холодного штампа) и легированной (5ХНМ для горячих штампов) стали.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Экспериментально установлен и научно обоснован выбор оптимальных температурных интервалов нагрева подложки (термической активации) в биметаллах из железоуглеродистых сплавов, показана их связь с диаграммой состояния железо - цементит и прочностью соединения:

- с увеличением содержания углерода в подложке температура ее нагрева уменьшается;

- прочному соединению биметалла из армко-железа и углеродистых сталей и чугуна соответствует граница раздела, ширина которой соизмерима с шириной границ зерен;

- высокую прочность соединения биметалла дают железоуглеродистые сплавы (стали), когда разность содержания углерода между подложкой и покрытием превышает более 0,4 мас.%;

- при оптимальных температурно-временных режимах предел прочности соединения может превосходить предел прочности составляющих биметалл.

2. На основании металлографического анализа границ раздела биметаллов из углеродистых сталей дана классификация типов их структур: с точечной, пунктирной и сплошной дефектной структурой; с плоской белой ферритной каемкой; с плоской перлитной прослойкой,

окаймленной с двух сторон ферритной полоской; с плоской перлитной прослойкой без ферритной полоски; с широкой перлитной прослойкой, окаймленной полоской из мартенсита; без четко видимой под микроскопом границы раздела в биметалле.

3. Установлена связь между мтэдс, структурой и пределом прочности соединения биметаллов:

- в биметаллах из углеродистых сталей повышение температуры нагрева подложки способствует уменьшению степени переохлаждения расплава при кристаллизации и скорости охлаждения биметалла при эвтектоидном превращении, в результате формируется более грубая структура распада переохлажденного аустенита и значения мтэдс уменьшаются;

- при оптимальных температурно-временных режимах термической активации подложки наблюдаются равномерное распределение структурных составляющих (уменьшение размаха значений мтэдс) и постоянство ее значений по сечению диффузионной зоны, что обеспечивает высокую прочность соединения биметалла;

- критерием неоднородности структуры в биметаллах служит дисперсия мтэдс, отражающая степень гетерогенности и дисперсности структурных составляющих в диффузионной зоне.

4. Экспериментально установлена зависимость между содержанием углерода в железоуглеродистых сплавах и величиной мтэдс, позволяющая использовать данный метод для прогнозирования распределения углерода по сечениям биметаллов:

- анализирована физическая модель процесса диффузии углерода в жидкой фазе при направленной кристаллизации, определен эффективный коэффициент распределения углерода и проведен расчет коэффициента диффузии углерода по методу А. А Попова;

5. Разработан температурно-временной режим получения биметаллов из легированных сталей; установлена концентрационная зависимость распределения легирующих элементов по сечению диффузионной зоны биметалла.

6. Разработана технология восстановления штамповой оснастки для горячей и холодной штамповки методом намораживания; внедрение на предприятии ООО «Таим» позволило получить годовой экономический эффект-315230 руб.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах

1. Шляхов П.Д., Антипин А.В., Колесников А.П. Химическое взаимодействие как основа прочного сцепления металлов при восстановлении деталей намораживанием. // Теория и практика управления

надежностью машин. Межвузовский научно-технический сборник. Хабаровск, 1977, с. 136-142.

2. Антипин А.В. Металлографические исследования границы контакта армко-железо (подложка) - серый чугун (расплав). // Теория и практика управления надежностью машин. Межвузовский научно-технический сборник. Хабаровск, 1977, с. 155-156.

3. Шляхов П.Д., Антипин А.В. Исследование диффузии в контактной зоне биметаллических железоуглеродистых сплавов. // РЖ, Металлургия, сводный том - М.: 1980, № 8, 8 и 138 деп.

4. Позняк Л.А., Антипин А.В., Шляхов П.Д. Диффузия углерода в армко-железе из жидкой металлической среды // Сб.: Химико-термическая обработка металлов и сплавов. Минск, БПИ, 1981, с.34-35.

5. Позняк Л.А., Антипин А.В., Шляхов П.Д. Диффузия углерода в армко-железе из жидкой металлической среды // Металловедение и термическая обработка металлов. Тезисы докладов IV Всесоюзной научной конференции по химико-термической обработке металлов и сплавов. 1982, № 6, с.58.

6. Курдюмов В.А., Тейх В.А., Тазиков Э.Б., Антипин А.В. Влияние структуры подложки на прочность сцепления. // Труды государственного всесоюзного ордена Трудового Красного знамени научно-исследовательского технологического института ремонта и эксплуатации машинно-тракторного парка (ГОСНИТИ). Том 65: Восстановление деталей машин, используемых в сельском хозяйстве. - М.: ГОСНИТИ, 1981, с.56-59.

7. Курдюмов В.А., Шляхов П.Д., Антипин А.В. Диффузия и структурообразование в контактной зоне намороженных деталей. // Труды государственного всесоюзного ордена Трудового Красного знамени научно-исследовательского технологического института ремонта и эксплуатации машинно-тракторного парка (ГОСНИТИ). Том 65: Восстановление деталей машин, используемых в сельском хозяйстве. -М.: ГОСНИТИ, 1981, с.60-61.

8. Шляхов П.Д., Антипин А.В. Взаимодействие расплава алюминия с твердым железом в биметаллах. / Повышение эффективности литейного производства и качества литых заготовок. Тезисы докладов научно-технической конференции. Комсомольск-на-Амуре, 1981, с.125-126.

9. Антипин А.В., Стратечук О.В., Орлов А.С. Условия качественного ремонта чугунных узлов железнодорожных вагонов методом намораживания / Химия для железнодорожного транспорта. Межвузовский сборник. - М.: 1982, с.41-47.

10. Антипин А.В., Шляхов П.Д., Литвиненко А.Н. Влияние легирующих элементов на образование прочного соединения в биметаллах, получаемых литьем. / Вопросы теории и технологии литейных процессов. Сборник научных трудов. -Хабаровск, 1985, с.6-9.

11. Антипин А.В., Григорьев В.М. Особенности ремонта деталей узлов подвижного состава методом намораживания. / Роль науки, новой техники и технологии в экономическом развитии регионов: материалы Дальневосточного инновационного форума с международным участием. - Хабаровск: Хабаровский государственный технический университет, 2003. - часть 2. - с.31.

12. Ри Хосен, А.В.Антипин. Технология восстановления изношенных штампов методом намораживания. Литейное производство сегодня и завтра. Тезисы докладов Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 90-летию со дня рождения выдающегося ученого - литейщика профессора, доктора технических наук Бориса Борисовича Гуляева. СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2004, с.54-56.

13. Антипин А.В., Хосен Ри. Исследование влияния температурно-временных режимов подготовки расплава и подложки на структурообразование и прочность сцепления биметаллов. Литейные процессы. Вып.4: Межрегиональный сборник научных трудов. / Под ред. В.МКолокольцева. - Магнитогорск. МГТУ, 2004.

14. Хосен Ри, А.В, Антипин. Структурообразование на границе раздела между подложкой из армко-железа и покрытиями из железоуглеродистых сплавов. Литейные процессы. Вып.4: Межрегиональный сборник научных трудов. / Под ред. В.М.Колокольцева. - Магнитогорск. МГТУ, 2004.

15. Григорьев В.М., Антипин А.В. Формирование биметаллических соединений из железоуглеродистых сплавов методом намораживания при различной термической активации. // Литейное производство, 2004, № 10.

Антипин Александр Владимирович

Исследование условий получения прочного соединения в биметаллах и разработка технологии восстановления изношенной штамповой оснастки методом намораживания

Подписано в печать^, И. 2004 г. Формат 60x84 1/16. Бумага писчая. Гарнитура «Тайме». Усл. печ. л. 1,22, Уч-изд. Л. 1,05. Тираж 100 экз. Заказ

Отдел оперативной полиграфии издательства Хабаровского государственного технического университета 680035, Хабаровск, ул. Тихоокеанская, 136

№2 5 8 8 5

448

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ В

ПЕРЕХОДНЫХ ЗОНАХ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР).

1.1. перспективы применения биметаллических сплавов в ремонтном производстве.

1.2. физико-химические взаимодействия в контактном слое биметаллов.

1.2.1. Явления в контактном слое при взаимодействии расплава с твердым металлом в условиях равновесия.

1.2.2. Взаимодействие разнофазных сплавов в неравновесных, неизотермических и неравновесных неизотермических условиях.

1.2.3. Активность углерода в железоуглеродистых сплавах.

1.2.4. Термодинамическая вероятность образования химических соединений в биметаллах.

1.2.5. О взаимосвязи химического потенциала с диффузией и прочностью соединения биметаллов.

1.3. диффузия углерода при образовании неразъемного соединения металлов.

1.4. физико-механические свойства биметаллов.

1.5. выводы по литературному обзору и постановка задач исследования

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1. выбор материалов для исследования.

2.2: выбор и обоснование критерия оценки прочности соединения.

2.3. методы исследования и оборудование.:.

2.4. метод мтэдс для определения содержания углерода.

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ПЕРЕХОДНЫХ ЗОН И ПРОЧНОСТИ СЦЕПЛЕНИЯ (СОЕДИНЕНИЯ) ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ ^ БИМЕТАЛЛОВ.

3.1. структурообразование на границе разд ела между подложкой из армко-железа и покрытиями из железоуглеродистых сплавов.

3.2. исследование влияния температуры нагрева подложки на прочность биметалла.

3.3. исследование структуры переходной зоны между подложкой и покрытиями из железоуглеродистых сплавов.

3.3.1. Подложка из стали 45.

3.3.2. Подложка из инструментальных углеродистых сталей У8 и У12.

3.3.3. Подложка из серого чугуна СЧ 20.

3.4. выбор температур нагрева, обеспечивающих получение качественного биметалла.

3.5. исследование влияния температурно-временных режимов подготовки расплава (СЧ 25) и подложки (СТ 45) на структурообразование и прочность сцепления в контактной зоне биметалла.

3.5.1. Влияние температуры нагрева детали на прочность соединения биметаллов.

3.5.2. Влияние температуры расплава на прочность сцепления контактной зоны биметалла.

3.5.3. Влияние времени выдержки нагретого изделия на прочность сцепления.

3.6. Выводы.

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ДИФФУЗИИ В БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ СПЛАВАХ МЕТОДОМ МТЭДС.

4.1. современные представления о механизмах процесса диффузии.

4.2. диффузионное перераспределение углерода в биметаллических сплавах.

4.3. анализ дисперсии мтэдс структурнонеоднородных сплавов.

4.4. диффузионное перераспределение углерода в системах с подложкой из армко-железа и покрытиями из серого чугуна и стали у12.

4.4.1. Статистический подход в изучении распределения концентрации углерода в подложке и покрытии.

4.4.2. Расчет коэффициента диффузии по методу А.А.Попова.

4.4.3. Физическая модель процесса диффузии углерода при направленной кристаллизации.

4.4.4. Методика расчета однородности распределения концентрации углерода и высоты (ширины) биметалла с заданной однородностью.

4.5. Выводы.:.у.

ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИЗНОШЕННЫХ ШТАМПОВ И ВНЕДРЕНИЯ ЕЕ В

ПРОМЫШЛЕННОСТИ.

5.1. анализ причин выхода штампов из строя и перечень подвергаемой восстановлению штамповой оснастки.

5.2. режим термической обработки штампов.

5.3. технология восстановления изношенных штампов.

5.4. структурообразование в биметаллах.

5.5. микрорентгеноспектральный анализ биметаллов.

5.6. электронное взаимодействие легирующих элементов при получении биметаллических штампов.

5.7. технико-экономическая эффективность результатов работы.

5.8. Выводы.

В машиностроении непрерывно возрастают требования к деталям машин и механизмов по прочностным характеристикам, коррозийной стойкости или по совокупности свойств.

Одним из способов улучшения качества деталей в сочетании с эффективным использованием материалов является создание биметаллических композиций, позволяющих получить оптимальное сочетание требуемых свойств, что не всегда возможно при использовании монометаллических сплавов.

Применение биметаллов позволяет экономить дефицитные материалы, снижать в ряде случаев металлоемкость изделий, реставрировать вышедшие из строя детали путем нанесения слоя расплавленного металла.

Многоплановые эксперименты проводятся в космическом пространстве по сварке металлических конструкций, по диффузии в гетерогенных системах, получению металлических соединений.

Советские ученые Г.Ф.Баландин, А.Д.Верхотуров, С.А.Голованенко, Д.А.Дудко, В.П.Елютин, Н.Ф.Казаков, Ю.Л.Красулин, Л.Н.Лариков, Ю.В.Найдич, М.Г.Окнов, Б.Е.Патон, Н.Н.Смеляков, М.Х.Шоршоров и другие разработали физико-химические основы взаимодействия разных материалов при создании композиционных соединений в условиях равновесия или при некотором отклонении от него.

Созданию качественных биметаллических изделий и обеспечению прочности соединения способствует диффузия углерода в матрице и покрытии, которая наиболее полно проявляется при определенных температурах нагрева подложки, расплавленного металла и концентрации углерода в них.

Все исследования связываются с особенностями формирования биметаллического соединения из жидкой и твердой фаз. Важность данного вопроса вытекает из практики применения биметаллических соединений и сложности физико-химических явлений в контактном слое биметаллов в конструкциях электроподвижного состава. Для чего, в частности, применяется сталь углеродистая общего назначения по ГОСТ 1050-74 для системы ручного тормоза, компаунд К-153 по ОСТ 3-3699-77 для заделки раковин, трещин в металлических деталях [140].

Но наряду с достигнутыми результатами многие вопросы взаимодействия жидкой и твердой фаз остаются мало освещенными и требуются дальнейшие глубокие исследования условий получения биметаллических соединений.

Различные методы поверхностного упрочнения обычно применяются в ограниченных технологических параметрах по температуре, времени выдержки; малой величине наносимого покрытия, не достаточных механических или других свойств.

Наплавка заливкой расплава на предварительно нагретую основу благодаря высокой производительности, качеству, малой энергоемкости, использованию жидкого присадочного материала относится к весьма перспективным методам упрочнения и восстановления деталей широкой номенклатуры [61].

Актуальность темы диссертационной работы. Прогнозируется, что к 2020 г. доля потребления металла снизится до 25%, а доля биметаллических композиций будет существенно возрастать [134]. При восстановлении изношенных деталей на их поверхность наносятся покрытия из расплавленных металлов. Регулированием химического состава расплавленного металла, применением различных операций термической обработки, когда охлаждение происходит от температур начала термической активации восстанавливаемой поверхности деталей, добиваются высоких механических свойств, обеспечивающих их увеличение срока службы. Однако многие вопросы, связанные с формированием структуры и свойств покрытий на поверхности изношенной детали, недостаточно изучены.

В связи с этим в работе исследовалось влияние различных технологических факторов (температур нагрева подложки - восстанавливаемой детали и перегрева расплава (покрытия), способа раскисления и т.д.) на процесс структурообразования и прочность соединения биметаллов из различных железоуглеродистых сплавов (сталей, чугунов и легированных сталей).

Исследование и разработка технологии восстановления и упрочнения вышедших из строя поверхностей деталей, например, штампового инструмента, представляют большой научно-практический интерес, и является акту альной проблемой для машиностроения. При исследовании обращалось большое внимание на взаимосвязь состава сплава со структурой, свойствами и технологическими режимами процесса намораживания.

Цель работы. Целью данной работы явилось исследование у словий образования прочного соединения подложки (восстанавливаемой детали) с металлами покрытия при восстановлении изношенных деталей из углеродистых и легированных сталей при неравновесном неизотермическом протекании процесса и оптимизация на этой основе технологии их восстановления методом намораживания.

Для достижения поставленной цели решены соответствующие задачи исследования (глава 1.5).

Научная новизна работы.

1. Экспериментально установлен и научно обоснован выбор оптимальных температурных режимов нагрева подложки в биметаллах из железоуглеродистых сплавов, показана' их связь с диаграммой состояния железо - цементит и прочностью соединения.

2. На основании металлографического исследования границ раздела биметаллов предложена классификация типов структур и их связь с прочностью соединения.

3. Установлена связь между микротермоэлектро движу щей силой (мтэде). структурой и пределом прочности соединения биметаллов:

- при оптимальных температурно-временных режимах термической активации подложки наблюдаются равномерное распределение структурных составляющих (уменьшение размаха значений мтэде) и постоянство ее значений по сечению диффузионной зоны, что обеспечивает высокую прочность соединения биметалла;

- критерием неоднородности структуры в биметаллах служит дисперсия мтэде, отражающая степень гетерогенности и дисперсности структурных составляющих в диффузионной зоне;

- метод измерения мтэде можно использовать как критерий неразрушающего контроля качества прочности соединения биметаллов.

4. Экспериментально установлена зависимость между содержанием углерода в железоуглеродистых сплавах и величиной мтэде, позволяющая использовать данный метод для прогнозирования распределения углерода по сечениям биметаллов:

- анализирована физическая модель процесса диффузии углерода в жидкой фазе при направленной кристаллизации, определен эффективный коэффициент распределения углерода и проведен расчет коэффициента диффузии углерода;

- разработана методика расчета однородности распределения концентрации углерода; установлено, что равномерное распределение углерода вблизи границы раздела при разнице по обе стороны границы до 30% способствует получению высокой прочности соединения биметалла и повышению эффективного коэффициента распределения углерода;

- дана количественная оценка ширины диффузионной зоны биметаллов с заданным значением максимального разброса концентрации углерода; с ростом эффективного коэффициента распределения углерода К расчетная ширина диффузионной зоны с заданным значением АС = 10% возрастает.

5. Разработан температурно-временной режим получения биметаллов из легированных сталей пар 5ХНМ - 5ХНМ и 5ХНВ - 5ХНМ; установлен характер распределения легирующих элементов в диффузионной зоне.

6. Разработана технология восстановления штамповой оснастки для горячей (5ХНМ - 5ХНМ, 5ХНВ - 5ХНМ) и холодной (У12 - У12) штамповки путем намораживания и внедрения на ООО «Таим» (г. Хабаровск) с годовым экономическим эффектом 315 230 руб.

Практическая значимость работы.

Предложена технология восстановления штамповой оснастки для холодной (из стали У12) и горячей (из сталей 5ХНМ) штамповки путем намораживания-которая испытана и внедрена на ООО «Таим». Внедрение данной технологии позволило получить годовой экономический эффект в размере 315 230 руб. за счет экономии дорогостоящей легированной стали.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Технологические основы получения биметаллов из углеродистых сплавов.

2. Классификация типов структур на границе раздела биметаллов.

3. Связь между мтэдс, структурой и прочностью соединения биметаллов: разработка критерия неоднородности структуры в биметаллах на основе анализа дисперсии мтэдс, отражающей степень гетерогенности и дисперсности структурных составляющих в диффузионной зоне.

4. Методики расчета ширины диффузионной зоны, однородности распределения концентрации углерода вблизи границы раздела и определения эффективного коэффициента распределения углерода.

5. Технологические основы получения биметаллов из легированных сталей 5ХНМ и 5ХНВ.

6. Технология восстановления штамповой оснастки для холодной и горячей штамповки путем намораживания.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на научно-техннческнх конференциях профессорско-преподавательского состава (1975 - 1982): на VII краевой научно-технической конференции «Улучшение технологии и повышение точности отливок, поковок, штамповок», 1978; на краевой научно-техннческой конференции «Повышение эффективности литейного производства и качества литых заготовок», 1981.

Публикация. Основное содержание диссертации опубликовано в 15 научных работах.

Структура и объем диссертации: Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы. Изложена на 167 страницах машинописного текста, содержит 59 рисунка, 20 таблиц и список литературы из 147 наименований.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Экспериментально установлен и научно обоснован выбор оптимальных температурных интервалов нагрева подложки (термической активации) в биметаллах из железоуглеродистых сплавов, показана их связь с диаграммой состояния железо - цементит и прочностью соединения:

- с увеличением содержания углерода в подложке температура ее нагрева уменьшается;

- прочному соединению биметалла из армко-железа и углеродистых сталей и чугуна соответствует граница раздела, ширина которой соизмерима с шириной границ зерен;

- высокую прочность соединения биметалла дают железоуглеродистые сплавы (стали), когда разность содержания углерода между подложкой и покрытием превышает более 0,4 мас.%;

- при оптимальных температурно-временных режимах предел прочности соединения может превосходить предел прочности составляющих биметалл.

2. На основании металлографического анализа границ раздела биметаллов из углеродистых сталей дана классификация типов их структур: с точечной, пунктирной и сплошной дефектной структурой; с плоской белой каемкой (ферритной или мартенситной в зависимости от содержания углерода в подложке и покрытии); с широкой перлитной прослойкой, окаймленной полоской из мартенсита; с без четкой видимой под микроскопом границы раздела в биметалле.

3. Установлена связь между мтэдс, структурой и пределом прочности соединения биметаллов:

- в биметаллах из углеродистых сталей повышение температуры нагрева подложки способствует уменьшению степени переохлаждения расплава при кристаллизации и скорости охлаждения биметалла при эвтектоидном превращении, в результате формируется более грубая структура распада переохлажденного аустенита и значения мтэде уменьшаются;

- при оптимальных температурно-временных режимах термической активации подложки наблюдаются равномерное распределение структурных составляющих (уменьшение размаха значений мтэде) и постоянство ее значений по сечению диффузионной зоны, что обеспечивает высокую прочность соединения биметалла;

- критерием неоднородности структуры в биметаллах служит дисперсия мтэде, отражающая степень гетерогенности и дисперсности структурных составляющих в диффузионной зоне.

4. Экспериментально установлена зависимость между содержанием углерода в железоуглеродистых сплавах и величиной мтэде, позволяющая использовать данный метод для прогнозирования распределения углерода по сечениям биметаллов:

- анализирована физическая модель процесса диффузии углерода в жидкой фазе при направленной кристаллизации, определен эффективный коэффициент распределения углерода и проведен расчет коэффициента диффузии углерода по методу А.А.ГГопова;

- разработана методика расчета однородности распределения концентрации углерода: дс = С(х)-С(0) 0% С(х)+С(0) где С(х) - среднее содержание углерода в двух точках (в подложке и покрытии), удаленных от границы раздела на расстоянии х; С(0) - среднее значение концентрации углерода при х = 0; Равномерное распределение углерода вблизи границы раздела при разнице по обе стороны границы до 30% способствует получению высокой прочности сцепления биметалла;

- дана количественная оценка ширины диффузионной зоны биметаллов с заданным значением максимального разброса концентрации ДСта*: где gCiMx = — равно ширине участка, на котором наблюдался заданнйй. А) разброс АСщах к общей ширине диффузионной зоны;

- высокой однородности распределения углерода (ДС —> 0) соответствует увеличение прочности соединения биметаллов и эффективного коэффициента К. С ростом коэффициента распределения углерода К расчетная ширина диффузионной зоны с заданным значением ДС = 10% возрастает;

- управляя параметром К, путем изменения скорости кристаллизации f, шириной диффузионного слоя б и коэффициентом диффузии Дж и вязкостью расплава, можно добиваться увеличения расчетной ширины диффузионной зоны и прочности сцепления биметалла;

5. Разработан температурно-временной режим получения биметаллов из легированных сталей пар 5ХНМ - 5ХНМ и 5ХНВ - 5ХНМ; установлена концентрационная зависимость распределения легирующих элементов по сечению диффузионной зоны биметалла.

6. Технология восстановления штамповой оснастки для горячей и холодной штамповки путем намораживания внедрена на ООО «Таим» (г.Хабаровск) и позволила получить экономический эффект 315 230 руб. в год за счет экономии дорогостоящей легированной стали.

1. Патон Б.Е., Дудко Д.А., Максимович Б.И., Агафонов Н.Гг Наплавка намораживанием и заливкой расплавленного присадочного материала. Автоматическая сварка, 1966, №11, с.44-48.

2. Дудко Д.А., Максимович Б.И. Наплавка намораживанием из расплава. -Киев: 1968.

3. Костенко Г. Д. Исследование и разработка технологического процесса получения биметаллических литых изделий методом заливки жидкого металла на твердую основу. Кандидатская диссертация. Киев: ИПЛ АН УССР, 1976.

4. Шуленок П.Ф. Технологические особенности формирования защитных покрытий в насыщающих средах с жидкометаллической фазой. В кн.: -Диффузионное насыщение и покрытие на металлах. Киев: Наукова думка, 1977, с.66-70.

5. Смирнов Н.С., Простаков М.Е., Липкин Я.Н. Очистка поверхности стали. -М.: Металлургия, 1978. "

6. Бабусенко С.М. Ремонт тракторов и автомобилей. М.: Колос, 1974.

7. Бабушкин Г.А., Буланов В.Я., Синицкий И.А. Металлические композиты. Свердловск, УНЦ АН СССР, 1987,312с.

8. Мокрова А.М., Бурцева Ю.В. Кинетика и механизм формирования защитных покрытий на металлах. // Ми ТОМ. 2002. №10. С.22-33.

9. Апсин В.П., Дехтеринский Л.В., Норкин С.Б., Приходько В.М. Моделирование процессов восстановления машин. М.: Транспорт, 1996.-311с.

10. Ревун С.А., Балакирев В.Ф. Особенности образования адгезионной связипри газо-термическом напылении покрытий. ФХОМ, 2002, №2, с. 55-62.

11. Ткачев В.Н., Фиштейн Б.М., Казинцев Н.В., Алдырев Д.А. Индукционная наплавка твердых сплавов. М.: изд-во Машиностроение, 1970.

12. Технология восстановления опорных катков тракторов класса 3 т. М.: Отдел научно-технической информации и изданий ГОСНИТИ, 1971.

13. Авдеев Н.В. Металлирование. М.: Машиностроение, 1978.

14. Лоцманов С.Н., Петрунин И.Е. Пайка металлов. М.: изд-во Машиностроение, 1966.

15. Голованенко С.А., Меандров JI.B. Производство биметаллов. М.: изд-во Металлургия, 1966.

16. Прохоров Н.Н. Физические процессы в металлах при сварке, т.1. М.: изд-во Металлургия, 1968.

17. Гуляев А.П. Металловедение. М.: изд-во Металлургия, 1966.

18. Минкевич А.Н. Химико-термическая обработка металлов и сплавов. М.: изд-во Машиностроение, 1965.

19. Попов А.А. Теоретические основы химико-термической обработки стали. -Свердловск: Металлургиздат, 1962.

20. Stanley James К. The Diffusion and Solubility of Carbon in Alpha Iron. Journal of Metals, 1949, №10,p. 752-761.

21. Криштал M.A. Механизм диффузии в железных сплавах. М.: изд-во Металлургия, 1972.

22. Воловик Е., Костюков Ю., Дерябин В., Бацюк А. Восстановление опорных катков электрошлаковой наплавкой. Техника в сельском хозяйстве, 1974, № 12, с.71-73.

23. Кряжков В., Смирнов В. Экономическая эффективность восстановления деталей. Техника в сельском хозяйстве, 1971, № 12, с.50.

24. Восстановление деталей сельскохозяйственной техники механизированной наплавкой с применением упрочняющей технологии. М.: Отдел научно-технической информации и изданий ГОСНИТИ, 1972, с. 12.

25. Костиков В.Й., Маурах М.А., Ножкина А.В. Смачивание поверхности алмаза и пирографита сплавами Fe-V . В кн.: Физическая химия поверхностных явлений при высоких температурах. Киев: Наукова думка, 1971, с. 142-145.

26. Найдич Ю.В. Контактные явления в металлических расплавах. Киев: Наукова думка, 1972.

27. Курдюмов В.А., Шляхов П.Д. Исследование прочности сцепления покрытия при восстановлении деталей намораживанием. В кн.: Техническое обслуживание и ремонт автомобилей. Хабаровск: 1973.

28. Вячеславов П.М., Шмелева Н,М. Методы испытаний электролитических покрытий. JL: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1977.

29. Струг Е.М., Панченко Е.В. Металлографическое исследование сплавов методом микро-т.э.д.с. Научные доклады высшей школы. Сер. Металлургия, 1959, № 2, с.252-255.

30. Ткаченко С.А., Коваль А.В. Исследование износостойкости наплавленных слоев в лабораторных и полевых условиях. В кн.: Восстановление деталей при ремонте машин, выпуск 2. Благовещенск: 1975, с.8-13.

31. Верхотуров А.Д. Формирование поверхностного слоя металлов при электроискровом легировании. Владивосток: Дальнаука, 1995. 323с.

32. Мулин Ю.И., Верхотуров А.Д. Электроискровое легирование рабочих поверхностей инструментов и деталей машин электродными материалами, полученными из минерального сырья. Владивосток: Дальнаука, 1999. 110с.

33. Гуревич Ю.Г. Загадка булатного узора. М.: Знание, 1985. - 192с.

34. Fischer J.C. Calculation of Diffusion Penet-ration Curves for Surfache and Grain

35. Boundary Diffusion. Journal of Applied Physics, 1951, V. 22, № 1, p. 74-77.

36. Рыкалин H.H., Шоршоров M.X., Красулин Ю.Л. Физические и химические проблемы соединения разнородных материалов. Известия АН СССР, неорганические материалы, т.1, 1965, № 1, с.29-36.

37. Шоршоров М.Х., Красулин Ю.Л. О природе физико-химических явлений в сварных и паяных соединениях. Сварочное производство, 1967, № 12, с.1-4.

38. Преснов В.А., Новодворский Ю.Б., Якубеня М.П. Основы техники и физики спая. Томск: изд-во Томского университета, 1961.

39. ТодоровР.П., Кюнстлер Л.Н., Бакалов Г.И. Биметаллические контакты. М.: Металлургия, 1976.

40. Красулин Ю.Л., Шоршоров М.Х. О механизме образования соединения разнородных материалов в твердом состоянии. Физика и химия обработкиматериалов, 1967, № 1, с.89-97.

41. Лашко Н.Ф., Лашко С.В. Контактные металлургические процессы при пайке. М.: Металлургия, 1977.

42. Дудко Д.А., Щербина Н.Я., Сущук-Слюсаренко И.И., Лычко И.И. Получение биметалла электрошлаковой наплавкой. Киев: УкрНИИНТИ, 1972.

43. Вайнерман А.Е., Шоршоров М.Х., Веселков В.Д., Новосадов B.C. Плазменная наплавка металлов. -Л.: изд-во Машиностроение, 1969.

44. Бугаков В.З. Диффузия в металлах и сплавах. Л.-М.: ГИТТЛ, 1949.

45. Найдич Ю.В. О межфазных поверхностных энергиях и краевых углах смачивания твердых тел жидкостью в равновесных и неравновесных системах. Журнал физической химии, т.42,1968, № 8, с. 1946 1951.

46. Астров Е.И. Плакированные многослойные металлы. М.: изд-во Металлургия, 1965.

47. Адам Н.К. Физика и химия поверхностей. -М., Л.: ОГИЗ, Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1947.

48. Gandin A.M., Witt A.F. Contakt angle. Advances Chemystry, series, 43, f 964, p.202.

49. Щербаков Л.М., Терешин B.A., Байбаков B.C. К вопросу о термодинамической и гидродинамической трактовках краевых условий. В кн.: Смачиваемость и поверхностные свойства расплавов и твердых тел. Киев: Наукова думка, 1972, с.41-44.

50. Darsey N.E. Measuremtnt of Surfache tension. Scientific Papes of the Burean of Standars, 1926,21, p.563.

51. Елютин В.П., Костиков В.И., Пеньков И.А. Смачивание графита жидким ванадием, ниобием и молибденом. В кн.: Физическая химия поверхностных явлений в расплавах. Киев: Наукова думка, 1971, с. 197-199.

52. Найдич Ю.В., Неводник Г.М. Кинетика растекания жидкой меди по твердым металлическим поверхностям. В кн.: Физическая химия поверхностных явлений в расплавах. Киев: Наукова думка, 1971, с.238-241.

53. Дубинин Г.Н. О механизме формирования диффузионного слоя. В кн.: -Защитные покрытия на металлах, выпуск 10. Киев: Наукова думка, 1976, с. 12-17.

54. Миркин Л.И. Насыщение железа вольфрамом при действии светового луча лазера. Известия высших учебных заведений, Черная металлургия, 1971, № 2, с.98-101.

55. Криштал М.А. Механизм диффузии. В кн.: Диффузия в металлах и сплавах. Тула: Тульский политехнический институт, 1968, с.7-25.

56. Елютин В.П., Маурах М.А., Костиков В.И. К теории нанесения покрытий на высокотемпературные материалы. В кн.: Температуроустойчивые защитные покрытия. Л.: изд-во Наука, 1968, с.10-19.

57. Костиков В.И., Маурах М.А., Свердлов Г.М. Пропитка графита жидким титаном в неизотермических условиях. Известия АН СССР, Неорганические материалы, т.4,1968, № 2, с.282-283.

58. Лариков И.Н., Фальченко В.М., Грецкий Ю.Я., Стеренбоген Ю.А. Диффузионные процессы при сварке металлов (обзор). В кн.: -Диффузионные процессы в металлах. Киев,: Наукова думка 1968, с.5-37.

59. Восстановление автомобильных деталей. Технология и оборудование: Учебник для вузов/ В.Е.Канарчук, А.Д.Чигринец, О.Л.Голяк, П.М.Шоцкий.-М.: Транспорт, 1995. 303 с.

60. Лившиц Б.Г., Крапошин B.C., Линецкий Я.Л. Физические свойства металлов-и сплавов. М.: Металлургия, 1980.

61. Елютин В.П., Костиков В.И., Маурах М.А., Свердлов Г.М. Неизотермическое растекание жидких металлов 4 группы по графиту. Известия АН СССР, Неорганические материалы, 3,1967, № 8, с. 1413-1417.

62. Гиниятуллин И.Н., Корж П.Д. Определение углерода и кремния в сталях термоэлектрическим методом. // Заводская лаборатория, № 11, 1966, XXXII, с.1377.

63. Крылов B.C., Локотышкин Н.М., Петунина Е.В. // Заводская лаборатория, № 1,1971, с.47.

64. Коршунов Л.Г., Аверин Ю.И. Применение метода мтэдс для определения содержания углерода в марганцевых аустенитных сталях. // Заводская лаборатория, № 12,1978, с. 1486.

65. Найдич Ю.В., Перевертайло В.М., Неводник Г.М. Исследование смачиваемости графита никелем в связи с процессом растворения углерода в жидкой фазе. Порошковая металлургия, 1971, № 1, с. 5 8-61.

66. Лариков Л.Н., Фальченко В.М., Грецкий О.Я., Стеренбоген Ю.А., Грищенко Р.Н., Кумок Л.М. Исследование диффузии в приповерхностном слое металлов в нестационарных условиях. В кн. : -Поверхностная диффузия и растекание. М.: изд-во Наука, 1969, с.271-278.

67. Шебхузов А.А., Михайлюк А.Г., Савинцев П.А. К оценке скорости контактного плавления металлов в нестационарно-диффузионном режиме методом термодинамики необратимых процессов. Известия вузов, Физика, 1970, №12, с .66.

68. Захарова М.И. Исследование влияния диффузии меди в железо в связи с изготовлением биметаллов. Цветные металлы, 1932, № 4, с.542-550.

69. Власьевина Л.К., Гини Э.Ч., Сысоев С.И., Таланов П.И. Биметаллические отливки базовых деталей станков. Литейное производство, 1969, № 6, с. 1-4.

70. Бузланов Г.Ф. Производство и применение биметаллов в промышленности. -М.: ГОСНИТИ, 1962.

71. Жуков А.А., Криштал М.А. О термодинамической активности компонентов сплавов. Металловедение и термическая обработка металлов, 1975, № 7, с.70-76.

72. Могутнов Б.М., Томилин И.А., Шварцман Л.А. Термодинамика железоуглеродистых сплавов. М.: изд-во Металлургия, 1972.

73. Жуков А.А., Снежной Р. Л. Термодинамика субмикрогетерогенного строения жидкого чу1уна. В кн.: Свойства расплавленных металлов. М.: изд-во Наука, 1974, с.15-20.

74. Schenk Н., Kaiser Н. Untersuchungen Uber die Aktivitat des Kohlenstjffs in kristalliesierten binaren und ternaren Eisen-KohlenstofF-Legierungen. Archiv flir das Eisenhittenwesen, 1960, № 4, s. 227-236.

75. Бурылев Б.П. Расчет коэффициентов диффузии в бинарных и тройных сплавах на основе железа. В кн.: Диффузия в металлах и сплавах. Тула: Тульский политехнический институт, 1968,с.163-167.

76. Даркен JI.C., Гурри Р.В. Физическая химия металлов. М.: Металлургиздат, 1960.

77. Герцрикен С.Д., Дехтяр И .Я. Диффузия в металлах и сплавах в твердой фазе. М.: Физматгиз, 1960.

78. Алов А. А. Основы теории процессов сварки и пайки. М.: изд-во Машиностроение, 1964.

79. Снежной P.JL, Жуков А.А. Влияние термодинамических факторов на некоторые диффузионные процессы. В кн.: Диффузионные процессы в металлах. Киев: Наукова думка, 1966, с. 121-129.

80. Голованенко С.А. Сварка прокаткой биметаллов. М.: Металлургия, 1977.

81. Гленсдорф, Пригожин И. Термодинамическая теория структуры, устойчивости и флуктуаций. М.: изд-во Мир, 1973.

82. Мусин Р.А., Казаков Н.Ф. Некоторые вопросы термодинамического анализа при диффузионной сварке разнородных материалов. В кн.: Диффузионное соединение в вакууме металлов, сплавов и неметаллических материалов. М,: 1971, с.55-63.

83. Владимиров Я.И. Термодинамические расчеты равновесия металлургических реакций. М.: изд-во Металлургия, 1970.

84. Многокомпанентные диффузионные покрытия. Минск: изд-во Наука и техника, 1974.

85. Криштал М.А. Физические основы прочности и разрушения диффузионных слоев и покрытий. В кн.: Защитные покрытия на металлах, выпуск 13. Киев: Наукова думка, 1979, с.3-6.

86. Гуляев А.П. Состояние предпревращения в сплавах железа. // Металловедение и термическая обработка металлов. № 6,1991, с.7-10.

87. Бокштейн Б.С., Бокштейн С.З., Жуховицкий А.А. Термодинамика и кинетика диффузии в твердых телах. М.: Металлургия, 1974.

88. Криштал М.А. Термодинамические особенности диффузии в сплавах на основе железа. В кн.: Диффузия в металлах и сплавах. Тула: Тульский политехнический институт, 1968, с. 127-137.

89. Криштал М.А., Корвачев З.Д. Концентрационная зависимость эффективного коэффициента диффузии углерода и активность углерода. В кн.: Диффузия в металлах и сплавах. Тула: Тульский политехнический институт, 1968, с.138-142.

90. Бунин К.П., Баранов А.А. Металлография. М.: изд-во Металлургия, 1970.

91. Жуховицкий А.А., Григорян В.А., Михалик Е. Изменение межфазного натяжения в процессе химической реакции. В кн.: Поверхностные явления в расплавах и возникающих из них твердых фазах. Нальчик: Кабардино-Балкарское книжное издательство, 1965.

92. Маурах М.А., Орлов А.С. Исследование процессов на границе твердые молибден и ниобий жидкий алюминий и его сплавы. В кн.:-Физическая химия конденсированных фаз, сверхтвердых материалов и их гранил раздела. Киев: Наукова думка, 1975, с.55-59.

93. Попель С.И., Кожурков В.Н., Жуков А.А. Свойства границ раздела расслаивающихся металлических расплавов. В кн.: Физическая химия границ раздела контактирующих фаз. Киев: Наукова думка, 1976, с.90-94.

94. Бокштейн С.З. Строение и свойства металлических сплавов. М.: Металлургия, 1971.

95. Окнов М.Г. О растворении тугоплавких металлов в легкоплавких. Металлург, 1935, № 2 с. 17-30.

96. Шишкова А.П., Казаков Н.Ф. Микроструктура диффузионных соединений в вакууме. Металловедение и термическая обработка металлов, 1968, №11, с.68-70.

97. Шишкова А.П., Казаков Н.Ф. К вопросу о формировании диффузионных соединений. В кн.: Диффузионное соединение в вакууме металлов, сплавов и неметаллических материалов. М.: ПНИЛДСВ, 1970.

98. Шоршоров М.Х., Цирлин А.М., Устинов Л.М., Катионова Л.В., Жамнова В.И., Митькин А.С., Могучий Л.Н. Влияние хрупких прослоек на прочность композиций с керамическими волокнами. Физика и химия обработки материалов, 1976, № 1,с.119-123.

99. Лакедемонский А.В. Биметаллические отливки. М.: изд-во Машиностроение, 1964.

100. Рябов В. Р. Применение биметаллических и армированных сталеалюминиевых соединений. М.: Металлургия, 1975.

101. Лариков Л.Н., Лазовская А.В., Полищук Д.Ф., Рабкин Д.М., Рябов В.Р.,к

102. Фальченко В.М. Механизм и кинетика образования и роста интерметаллических прослоек в сварных соединениях разнородных металлов. В кн.: Диффузионные процессы в металлах. Киев: Наукова думка, 1969, с.5-49.

103. Копылов Ю.Н., Казаков Н.Ф., Гришин И.С., Конюшков Г.В. О формировании соединения при диффузионной сварке в вакууме. В кн. -Диффузионное соединение в вакууме металлов, сплавов и неметаллических материалов. М.: 1973, с. 12-24.

104. Абраменков А.Д., Рыбальченко Н.Д., Тронь А.С. Структура и фазовый состав переходных зон биметалла титан нержавеющая сталь. Металловедение и термическая обработка металлов,1969, № 3, с.44-47.

105. Плакирование стали взрывом. М.: Машиностроение, 1978.

106. Астров Е.И. Микроструктура и прочность соединений при прессовой сваркемногослойных сталей. Сварочное производство, I960, № 2, с.21-24.

107. Суденков Е.Г. Расчетный метод определения параметров диффузионной сварки чугуна и чугуна со сталью. В кн.: Диффузионное соединение в вакууме металлов, сплавов и неметаллических материалов. М.: 1968, с.338-351.

108. Елистратов П.С., Елистратов А.П. Сварка чугуна сталью. -Минск: изд-во Наука и техника, 1974.

109. Георгадзе Б.В. Исследование технологии диффузионного соединения чугунасо сталью. В кн.: Диффузионное соединение в вакууме металлов, сплавов и неметаллических материалов,часть 1.М.: 1968, с.72-77.

110. Покровский Ю.И., Дьяков B.C. Получение биметаллических отливок сплавлением жидкого чугуна с твердыми металлами. В кн.: -Повышение производительности труда в литейном производстве, часть 1. М.: НИИМАШ, 1969, с. 184-187.

111. Власьевнина JI.K., Таланов П.И. Вопросы получения двухслойных чугунных отливок базовых деталей металлорежущих станков. В кн.: Новые технологические процессы литейного производства, часть 1. М.: 196". с.146-150.

112. Криштал М.А., Выбойщик М.А., Левин Д.М. Образование дислокаций в диффузионной зоне и диффузия по дислокациям. В кн.: -Диффузионные процессы в металлах. Тула: 1973, с.184-210.

113. Строение и свойства биметаллических материалов. М.: изд-во Наука, 1975.

114. Голованенко С.А. Диффузионное перераспределение элементов в переходных слоях биметаллов. Металловедение и термическая обработка металлов, 1969, № 2, с.35-45.

115. Лахтин Ю.М. Физические основы процесса азотирования. М.: Машгиз. 1948.

116. Степанов В.А., Бабусенко С.М, Современные способы ремонта машин. М.: изд-во Колос, 1972.

117. Красулин Ю.Л., Шоршоров М.Х. О регулировании тепловых и диффузионных процессов в зоне сплавления металлов при сварке и наплавке. Сварочное производство, 1963, № 8, с. 13.-16.

118. Штампы для горячего деформирования металлов. М.: изд-во Высшая школа, 1977.

119. Меськин B.C. Основы легирования стали. -М.: изд-во Металлургия, 1964.

120. Вилсон Д.Р. Структура жидких металлов и сплавов. М.: изд-во Металлургия, 1972.

121. Архаров В.И. Неукоторые кристаллографические черты механизма фазовых превращений и химических реакций в твердых телах. В кн.: -Диффузионные покрытия на металлах. Киев: 1965, с. 18-25.

122. Грузин П.Л, Корнев Ю.В., Курдюмов Г.В. Доклады АН СССР 80, № 1,1951.

123. Антипин А.В. Металлографические исследования границы контакта армко-железа (подложка) серый чугун (расплав). В кн.: Теория и практика управления надежностью машин. Хабаровск: 1977, с. 155-156.

124. Гуревич С.М., Куликов Ф.Р., Замков В.Н., Кириллов Ю.Г., Кушниренко Н.А. Сварка высокопрочных титановых сплавов. М.: изд-во Машиностроение, 1975.

125. Фрумин И.И. Автоматическая электродуговая наплавка. Харьков: изд-во Металлу гиздат, 1961.

126. Глазов В.М., Крестовников А.Н. Исследование термоэлектрических свойств материалов в микрообъемах. Заводская лаборатория, 1961, № 4, с.416-419.

127. Прусаков Б.А. Проблемы материалов в XXI веке (обзор). // Металловедение и термическая обработка металлов. 2001. № 1, с.3-5.

128. Мак-Лин Д. Границы зерен в металлах. М: Металлургиздат, 1960.

129. Конобеевский С.Т. Изв. АН СССР, сер.хим., 5,1209,1937.

130. Бокштейн С.З., Жуховицкий А.А., Кишкин С.Г. Диффузия в реальных сплавах. Тезисы докладов на Всесоюзном научно-техническом совещании по теоретическим вопросам металловедения. М.: 1958.

131. Гринберг Е.М., Архангельская С.И., Тихонова И.В. Дисперсия свойств как мера структурной неоднородности сплавов. // Заводская лаборатория, № 10, 1996, с.15-19.

132. Качанов Н.Н. О критериях химической неоднородности сплавов. // Заводская лаборатория, 1977, т.43, № 5. С.588-591.

133. Электроподвижный состав промышленного транспорта: Справочник / J1.B. Баллон, В.А. Браташ, M.JI Бигуч и др.; Под ред. JI.B. Баллона. М.: Транспорт, 1987. -296с.

134. Алексеев Р.И., Коровин Ю.И. Руководство по вычислению и обработке результатов количественного анализа. М.: Атомиздат, 1972. - 72с.

135. Методы испытаний, контроля и исследования машиностроительных материалов: Справочное пособие / Под ред. А.Т.Туманова. М.: Машиностроение, 1974. - 698с.

136. Григорович В.К. Электронное строение и термодинамика сплавов железа. М.: Наука, 1970.-291с.

137. Ващуков И.А. Механизм растворения углерода в жидком железе и его сплавах. // Известия вузов. Черная металлургия. 1978, № 6. С.128-134.

138. Чистяков Ю.Д., Райнова Ю.П. Физико-химические основы микроэлектроники. / Учебное пособие для вузов. М.: Металлургия, 1979. - 408с.

139. Готра 3. Ю. Технология микроэлектронных устройств. / Справочник: М.: Радио и связь, 1991. - 528с.

140. Малинецкий Г.Г., Подлазов А.В. Парадигма самоорганизованной критичности. Иерархия моделей и пределы предсказуемости. // Известия вузов. Прикладная нелинейная динамика. 1977. т.5, № 5. С.89.

141. УТВЕРЖДАЮ Генеральный директор ООО «ТАИМ» М.Ф. Рассохин « » JuuX1. УТВЕРЖДАЮй работе ХГТУуА.И. Каминский %Ч\2004г.

142. О внедрении законченной научно-исследовательской работы «Исследование влияния концентрации элементов и температуры в зоне взаимодействия жидкой и твердой фаз на прочность сцепления железоуглеродистых сплавов»

143. После восстановления штамповой оснастки для горячей и холодной штамповки путем заливки жидкого металла экономия инструментальной легированной стали составляет 7620 кг.1. Начальник цеха №3-Жукотский С.В.1. Руководитель работы1. Антипин А.В.

144. Зав. кафедрой ЛП и ТМ, профессор1. Ри Хосен