автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Разработка инструментально-методической базы рентгеноструктурного анализа и ее использование для создания новых технологий термообработки изделий машиностроения

Донецкий государства нш2 тэиепосюД улгсзрси^эт

Г Б ОД Ва «раваа: рунописи

/ ИЛ1 1Г'1"

> ¡Л-н " БРУСИЛОВСКШ Борло Аркадьевич

разработка шстшшнгалыю-метолическои базу шгггеноструктурного анализа и ее использование для создания ■ новых технологии термообработки изделий шйностроешй

специальность 05.16.01 - "Ивталдовздешге н термическая

обработке металлов"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени докторе технических наук

ДОНЕЦК - 1995

Диссертация является рукописью.'

Работа выполнена на АО "Ново-Краматорский машиностроительный завод" и на кафедре металловедения и термической обработки Донбасской государственной машиностроительной академии.

Официальные оппоненты: Доктор техничзсквх паук,

профессор Саранов Александр Александрович*

доктор фтшо-т1бттиявааа наук, профессор Иг ватвшю Петр Каавшип}

доктор технических наук, зав.отделом института проблем литья Н&Н Украина Кгащктж Станислав Ейгеньоют.

Ведущая организация - Счар^-Краматррсзша шгашю-строятольша завод (Г.КрткШТСрСК, ДойбЦЕСЯ обл.).

8ашта состоится года

часов ь* ^ нщут на заседании спашшизкровав-ногс> совета Д 06.04.03 в Додашом государетвявиш теиш-чдеком университете. Адрес: 340000, г.Донецк, ул. Артема, 6в, 5-Я учебный корпус, аудитория 353.

С дассертешкй моею егвакомиться в библиотеке Донецкого гесудзротвзшого технического университета.

Автореферат рззосяаа

Учсшй секретарь спздааяазаройавиого ^ у

совет» В 06.04.03 41.

Донецкий государственный технический университет

На правах рукописи БРУСШЮВСКИИ Борис Аркадьевич

РАЗРАБОТКА ШСТРУЖНГАЛЕКО-МБГОДИЧЕСКОЯ ВАШ РЕНТГЕНОСТРУКТУРНОГО АНАЛИЗА И ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДНЯ СОЗДАНИЯ-НОВЫХ ТЕХНОЛОГИИ ТЕРМООБРАБОТКИ

ИЗДЕЛИЙ МАШШОСТРОЕНШ •

Специальность 06.16.01 - "Кэталдовадешю и термическая

обработка магеллоо"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических неук

ДОНЕЦК - 1995

I ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность провлвиы, В машиностроении раалнзуится шогочасовиа циклы термической обработки, в процессе которое формируются наиболее важные свойства крупногабаритных дорогостоящи изделий. Традиционные средства контроля качества выполнения режимов /измерение твердости, вырезка технологических проб/н едостаточно эффективны. так как на способны реагировать на тонкие изменения в структуре. Сокращенно длительности циклов и совершенствование средств контроля - взаимосвязанные проблема. которые одинаково актуальны.

Рентгенеструктурный анализ, нгравдий вахнуп роль при разработке концептуальных задач материаловедения, таит в себе шиопользовавшв возможности та рененив атах проблем. Его критерии являотся Емкими носителями информации о' Фазовой составе и структурной состоянии металла. Есть у анализа епда одно достоинство: он относится к категории "паразрушавдшс" и мотэт осуществляться иепосрадствензо на натурша крупногабаритных изделиях.. - Последнее особенно ваш) не только при организации оперативного контроля качества терютаскоЗ обработка изделий, но н при выполнении исследований, направленных на оптимизацию техшлогических реавиов, ибо моделирование производственных процессов на кишатвряш; лабораторных образцах на всегда является оправданным. Назрела необходимость в создании инструмен-тальяо-иэтодашэгичэСкоа базы, вклшалцей ноше методачоо-кив средств^ и переносные рзнтгешвскаэ катары о нетрадиционными схенаш фокусирования дифракционных ланий, для гедония анализа нэпосредствонзо на крупногабаритных проазэодстввяйых объектах.

При создании базы использовали ношнклатуру изделий Краматорских заводов. Основное внимание было удалено прокате* валкем разных типоразмеров. особенно валкам холодной прокатка с даештрои бочкпБОО ш - наиболее кассовой продукции АО "Ново-Краматорский машиностроительный завод". Проблема качества прокатных валков имеет семостол-•голыша смысл и всегда являотся актуальной.

Диссертационная работа выполнена на АО "НовоКраматорский иашпостроительный завод" и на кафэдрэ кэ-

талловедеаия и термической обработки металлов Донбасской Государственной машиностроительной академии.

Цель работы. Повышение качества изделий машиностроения на основе исследования, структурообразованая при их термической обработке методами рентгеноструктурного анализа. '

Для достижения цели в работе решали следующие задачи:

- поиск перспективных направлений использования рвнтгввоструктурного анализа в машиностроении,

- создание инструментально-методической базы для ведения рентгеноструктурного анализа непосредственно на поверхности крупноразмерных изделий,

- накопление экспериментальных данных по структурным изменениям при упрочняющей обработке изделий машиностроения,

- совершенствование существувдшс и создание ювах технологий термообработки изделий,

. - разрабока рентгеновских критериев для осуществления массового контроля качества термообработки изделий в цеховых условиях.

Научная новизна?/

- разработана инструментально-методическая база рентгеноструктурного анализа, состоящая из рентгеновских камер новой серии с нетрадиционными охемаш • фокусирования линий и методик фазового анализа, определения тетрагональ-ности мартенсита и остаточных напряженна, отличащахся повышенной чувствительностью и зкспрессностью;

- впервые в поверхностно закаленном слое изделий об-нарувены две модификации мартенсита, е-карбвд, которые ранее были выявлены на малых лабораторных образцах, преимущественно монокристаллах;

- вопреки традиционным представлениям в хромсодержа-щих валковых сталях обнаружен графит при выполнении изотермического отжига, появлению которого способствуют структурные насовершентсБЭ, внесенные предиествуящей деформацией;

- покззано, что максимумы распределения остатЛяого аустенате по глубине закаленного слоя изделий обусловлены реализацией промежуточного превращения в переходной зоне и сохранением в остаточном аустенате двух составлявдих исходного вустенатв: писохоуглеродистой и низхоуглеродйс-

той;

- установлено, что поле внутренних напряженна оказывает влияние на темгоратурно-временные характеристики структурных изменена при разных вариантах низкого отпуска поверхностно закаленных изделий;

- разработаны принципы направленного воздействия на апюру остаточных напряжений поверхностно закаленных изделий, которые заключаются в регулировании термических напряганий путем предварительных подогревов;

- впервые обнаружены и обоснованы изменения в неравновесных структурах закаленных инструментальных сталей под воздействием вибрации, что создает перспективу использования виброобработки взамен термообработки.

Практическая значимость работы:

- определены направления эффективного использования рентгенострунтурного анализа на заводах машиностроения: сокращение длительных циклов термообработки, разработка новых технологий поверхностного упрочнения, изучение механизма появления дефектных образований, создание но"чх композиций сталей и пр.;

- показана возможность использования новых камер и методов для массового контроля качества изделий в цеховых условиях, о таккэ для совершенствования существующих и разработки новых технологий упрочняодей обработки изделий;

- ивструмвнтально-методкческвя база, представленная в настоящей работе, позволяет расширить круг задач прикладного рентгеноструктурного анализа: обнаружение фаз низких содержаний, опреление степени тетрагональности' мартенсита, определение количеств остаточного аустенита, цементита, графита и пр.;

- разработаны новые режима поверхностной закалка с использованием предварительных подогревов и сокращенные режимы низкотемпературного отпуска валков холодной прокатки, технологические режима поверхностного упрочнения пластической деформацией изделий типа валов, внс^кюбра-ботки корпусных деталей, термообработки станин для тяжелых токарных станков и пр.

Реализация результатов работы в прошшгашюсти. В одном из цехов АО "НКМЗ" организован специализированный участок рентгеягоструктурного анализа, на котором накап-

ливали экспериментальный материал по результатам исследования изделий, а также осуществляли массовый контроль качества термообработки валков холодной прокатки.

На основании исследований внедрены в производство технологические процессы:

- закалка прокатных валков с индукционного нагрева с предварительным печным подогревом /АО "НКМЗ"; Шорский завод/:

- закалка валков холодной прокатки с индукционными подогревами и с нормализацией перед завершающим подогревом /АО "НКМЗ"/.

- новые технологические процессы отпуска валков холодной прокатки /АО "НКМЗ"/;

- упрочняющая обкатка роликами крупных деталей типа валов /АО "НКМЗ"/;

- вибростабилизационная обработка корпусных деталей /ПО "КЗТС"/.

Экономический эффект от внедрения разработок за два года только по процессам термической обработки валков холодной прокатки на АО "НКМЗ" составил 1,5 миллиона рублей в ценах до 1985 года.

Имеются сведения об использовании новых методов анализа и новых технологий, представленных в настоящей работе, на заводах и институтах Харькова. Запорожья, Минска и других городов. К рекомендациям работы проявили интерес специалисты ряда зарубежных фирм и информационных центров ( США, ФРГ, Великобритания. Нидерланды ).

На защиту выносятся:

- рентгеновские камеры новой серии для ведения анализе на поверхности изделий и новые методы анализа с повышенной чувствительностью и экспрессностью;

- результаты исследования фазового состава, свидетельствующие о присутствии в поверхностно закаленном слое изделий тшм прокатных валков двух модификаций мартенсита, двух модификаций остаточного аустенита, е-кврбидв и других карбидов, графа.а;

- закономерности структурообразования при выполнении разных режимов закалки, отпуска, поверхностного упрочнения, виброобработки изделий машиностроения;

- принципы направленного регулирования остаточных напряхений при поверхностной закалке изделий и стабили-

зационных процессов при осуществлении их отпуска;

- новые технологии закалки и отпуска прокатных валков, а также технологии упрочнявшей обработки разных изделий машиностроения.

Алррбадая работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсувдажсь на Всесоюзных конференциях и совещаниях /г.Ленинград, 1953, 1986, г.Ростов. 1971, г.Киев, 1973, г.Донецк, 1981, 1985, г.Запорожье, 1989, г. Краматорск, 196^ на межреспубликанских семинарах и конференциях /г.Пенза, 1976, г.Запорожье, 1988, г.Киев, 1988, 1991/, на техническом совете АО "НовоКраматорский машиностроительный завод" /г.Краматорск, 1962/, на научных семинарах кэфздры металловедения а термической обработки металлов Донецкого государственного технического университета /г.Донецк, 1965, 1994/, но научных семинарах кафедры металловедения и термической обработки металлов Донбасской Государственной маашострои-тольгой академии /г.Краматорск. 1967, 1972, 1977, 1987, 1991, 1993/, на научно-технических. конференциях профессорско-преподавательского состава Донбасской государственной машиностроительной академии /г.Краматорск, 1973, 1975, 1977, 1983. 1992/. '

Раздел работы "Совершенствование технологии отпуска валков холодной прокатки" удостоен премии имени академика H.A. Мззнэвича по итогам Всесоюзного конкурса ЦП НТО МАШ-ПРОМ. .

Публикаада. Основное содержание работы отрагего в 44 печатных публикациях и защищено 10 авторскими свидетельствами.

Структура и обьеы работа!. Диссертация состоит из введения, шэстн. глав, содэрзят 253 страницы машинописного текста, за рисунка . 26 таблиц, список использованных литературных источников включает 305 наименований.

КДМКРЫ ДЛЯ РЕНТГЕНОВСКОГО АНАЛИЗА Переход от традиционных объектов /"столбика", "шла-<JuV к крупногабаритным изделиям внзвал необходимость создания новых конструкций рентгеновских К8мер, в основу которых легли следующие условия, реглакентирувдав геометрии хода рентгеновских лучей:

X. Тра елемэнта фокусирования - фзкус трубка, по-

верхность изделия, дифракционная линия - расположены на одной окружности, которая касается поверхности изделия в точке падения первичного луча.

2. Поверхность объекта анализа безгранична в двух измерениях.

'3. Линейные и угловые параметры фокусирования связаны между собой соотношением:

аг/Я-«л.®/м'л(2е-Ф), (I)

где а и фокусирующие расстояния, в - угод падения, в -брегговский угол.

Анализ формупы (I) позволяет получить математические условия для четырех фокусирующих схем, используемых в настоящей работе:

1. Если а>Я, то 8<Ш<26 Этот вариант известен в литературе как съемка "от шлифа" по Курддаову.

2. Если а<А, то ®<6. Выбор варианта могет оказаться полезным, когда надо увеличить фокусирующее расстояние , не 'прибегая к потере светосильности пучка, например, для более полного разделения близко расположенных линий при Фазовом анализе.

3..Если а*Я, то 0=0. Получим вариант фокусирования, известный как съемка по Бреггу-Брентано, который лежит в основе гониометрических устройств дафрзктомзтров.

4. Если а>А, 0=90°, то формула (X) примет вид /1=аах(1ео-2в). Она описывает условие фокусирования по известной схеме Закса.

Четыре варианта фокусирования одинаково справедливы как для камер с фотографической регистрацией, так и для гониометров при съемке на рентгеновских дофректомвтрах. Однако переносные дафрактоматри пока массового распространения на получили: отечественная промышленность их не производит. Поэтому в слоившейся обстановке оказались уместными конструкции рентгеновских камер с фотографической регистрацией -дифракционных спектров. Заметим, что одно направлонке не исключает другого. Камера с фотографической регистрацией в определенных условиях / работа в горячих а запыленных цехах/ могут оказаться более^эффек-тивзыма, чем дорогостоящие переносные дифрактометры.

Н*ш> приведены описания фокусируэдих схем для переносных рентгеновских камер разных конструкций. Камера для фазового анализа. Новизна.геометрической схема

/рис.1/ - в раздвоении первичного пучка. Одна часть постоянной интенсивности направляется на изделие, другая часть регулируемой интенсивности - на эталон» плоскость • которогонесколько смещена относительно плоскости изделия. во параллельна ей. В схеме впервые реализована идея регулирования интенсивности эталонной линии за счет вариации диаметра: диафрагмы. -

Универсальная хемара первой модели. В геометрическую схему камеры для фазового анализа заложена единственная ситуация Фокусирования для одной линии спектра. Функциональные возможности универсальной камеры была расширены за.счет создания многократных ситуаций фокусирования для разных линий рентгеновского спектра.

Впервые схема предусматривала возможность вариации угла падения первичного пучка таким образом, чтобы для всех фокусирующих ситуаций угол мекду отраженными лучами и поверхностью изделий был одинаков!«. Отраженные лучи при всех вариантах съемки располагались в одной и той я* зоне, упрощались юиск и регистрация рентгеновских «чний /рис.2/.

Универсальная кзмара второй модели .В - универсальной камере второй медали источник лучей перемещался не по горизонтали /рис.2/ как в первой модели, а по окружности. Расстояние от фокусе до изделия при повороте рентг новс-кой трубки оставалось неизменным. Упрощались настроечные

операции. .....

Камера для определения остаточных напряжений. Нетрадиционность геометрии съемки состояла в том, что кассету с пленкой располагали не под прямым углом к оси первичного пучка, а под углом 2в - 90° /рис.3/. Благодаря такому расположенно камера становилась самофокусирующей, повышалось качество фокусирования дифракционных линий. Это условие, как будет показано в дальнейшем, сделало возможным шюльзование рентгеновской камеры для съемки в условиях меняющегося фокусного расстояния / метод з. дарующих отверстий при построении эпюры распределения остаточных напряжений в закаленных валках/.

В одном из цехов АО "Ново-Краматорский машиностроительный завод" был оборудован участок рентгеноструктурно-го анализа,на котором проверяли работоспособность рентгеновских камер, выполняли массовый контроль качестве тер-

л

Рис.1. Ход лучей в камере

для фазового анализа

/I - 4-окус трубки, 2 -

объект, д - эталон,

4,5,6 - аналитические линии/.

Рис.3, лод лучей в камере для определения остаточных напряжений /1-фокус трубки, 2-ооъект,З-аналитическая линия/.

_____„ распространения отраженных луче:1, -.

д;сния кассеты с плёнкой п]:и съе;и;е резных линий/.

мичэской обработка прокатных велков текущего производства, а тайга исследования, направленные на совершенствование технологий производства.

Ш2Т0ДИ ШПШЮВСКОГО АНАЛИЗА

Помимо инструментальной бази■разрабатывали текйе и методологическую - комшшс оригинальных методов прикладного рентгеноструктурпого анализа * характеризущих тонкие изменения структурного состояния, фазового состава, остаточных напряжений по ходу производства изделий. Комплекс состоял из 9 методов.

Определение степени тетрагональяости мартенсита. Разработали три варианта метода: .

1. Степень тетрагональности с/а определяли по газдублатному расстоягпга б, используя наиболве интенсивные непаре-иривандася составляющие дублета (Oil), (101) и (НО). Применительно к условиям съемки в переносной камере для фазового анализа:

С/а =. ЪйсЪЪ/йсахШ-Ш) , (2)

где Ш ~ угол падения лучей, 6 - брэгговсхшй угол.

Точность анализа сравнительно невысока; при визуальном измерении -. О,1й углерода, при микрофотометрическом -0,0255 углерода /пересчет значения с/а на содержание углерода в решетке мартенсита производили при помощи формулы Курдовдва/. '

2. -Степень тетрагональности с/а определяли по мезд'бяет-ному расстоянию. О, используя наиболее интенсивные горе-крыввпциеся составляющие дублета (Oil), (101), (НО). Для количественной расшифровки суммарной линии на предает определения квздублеткого расстояния был разработан метод, э основе которого лежит идея моделирования экспериментальных фотометрических• ила двфрактометрическнх кривых, описывающих профиль линии, , функциями Гаусса шга Копи /метод моделирования/.

Так как близко расположенная линия (III) остаточного еустенита затрудняла определение суммарной ширины, в работе использовала другой экспериментальный параметр - высоту пика неразделенных составляющих дублета. Точность определения концентрация углерода в решетке картенснта методом-моделирования составляла 0,025. 3. Степень тетрогонэльноста с/а определяла по эффокту смещения дифракционной линии с тремя одинакошмз индекса-

ми. Использовали линию (222) в медном излучении /возможны и другие варианта/. Степень тетрагональгости определяли по формуле:

- о/а => {а*1£пгв/Кж-2Г"а, <3)

где в»<г0-0,015/> - параметр решетки да формуле Курдшова, aQ - параметр решетка стали в отожженном состоянии, р- содержание углерода в стали. X - длина волны излучения.

Чем меньше углерода в репетка мартенсита, тем точнее определяется положение максимума. Метод удобен для определения тетрагон'тьности отпущенного мартенсита. Точность можно довести до 0,01% углерода.

Определение количества остаточного аустенита. Количество остаточного аустенита в закаленной стали определяли по интенсивности линии (III) - наиболее сильной линии спектра. Метод основан на сравнении интенсивности атой линии с регулируемой интенсивностью линии (НО) эталона из той же стали. Количество остаточного аустенита определяли, по Формуле:

С=(100/О (/а//7) (/щ/^'ю) , . (4) где /а и отражательные способности кристаллографических плоскостей а - и 7 -фаз . /щ b /j10- интенсивности соответственно линий аустенита и етвлона, t- параметр регулировки.

Точность анализа при использовании микрофотометра составляла 5Х.

Определение количества цементита.Метод основан на сравнении одноименных линий цементитной фазы образце и эталона. В качестве эталона использовали тщательно отожженный образец из той жа стали, что и анализируемый. Содержание цементита в эталоне при анализа углеродиста или малологи-рованных сталей можно определять по диаграмме "железо-цементит".

В качестве аналитических линий, необходимых для анализа, использовали близко расположенные, но достаточно интенсивные линии цементитной фазы (202), (ИЗ),(122) образца и эталона. Возможности метода удалось расширить в результате применения избирательного электролитического травления.

Относительная ошибка при определении цементита не превосходила 20%. При выявлении количеств, соразмерных с

содержанием эталона, она составляла 555. Определение количества графита.Решали зедачу количественного фазового анализа для- система^,- состоящей го п-фаз. Исходили из предположения', что . в анализируемом образце содержатся четыре фазы: мартенсит, остаточный аустенит, карбид цемеюттного типа и графит; В результата решения систома уравнений получили:

л^+г (6)

где хь - весовые дож фаз,.

Ки - постоянные для данного сплава коэффициенты, „ I х ~ интенсивности линий фаз, I - номер фазы.

Для определения ковффзгцкзятов Ки необходима эталоны о заведомо известными весовыми долями фаз. Новые подхода

• 'обнаружились при ЕЫборе аналитических линяй сравнения и при • разработке • методики эталонирования. Отгосктельнг1

1 ошибка: от 10 до 20%.

; Определение остаточных напряжений.. Для ■ решения проблемы разработали три метода: ■

1. ■ Метод Н8шгавлешшх< датчиков.На 'поверхность изделия до закалки. наплавляли миниатюрный датчик из ФерритноЙ вана-дайсодержащей станиц не претерпевающей фазовых пр.

ний при,термической обработке.- При закалке датчик принимал напряженное состояние поверхности изделия, на которую был наплавлен.' Обратные: рентгеновские снимки, полученные до и после закалки, имели линии с- четкой ■ фокусировкой, благодаря чему существенно повышалась вффзктивность рентгеновского анализа по определению остаточных напряжений на закаленной поверхности крупноразмерных изделий.

2. Метод зондирупаих отверстий. Стремление исследовать

• остаточные напряа»нгя на1 цлубнне неизбежно; сопряжено -необходимостью разрезки изделия. Важно избрать наименее трудоемкую - схему нарушения целостности изделия, х'аквц схема заложена в методе зондирующих отверстий.,

Поверхностный слой опытного валка зондировали отверстиями переменной глубины, на донышки которых'наплавляли датчики. Полагали, что датчик свидетельствует о напряженном состоянии в концентрическом слое,' расположенном на уровне дна отверстия.

Для снятия локальных напряжений.возвикапцих прина-плавке, валок о датчиками тщательно оташвди, От каждого датчика получали рентгеновские снимки, характеризующие "нулевое" состояние параметра кристаллической решетка. После закалки снова получали снимки от тек же 'датчиков. Полученную. шйориацвго использовали для определения остаточных цапряхокий. .. .

З.Мэтод расшифровки односторонних рентгеновских снимков. Конструкция камеры /рис.3/ позволяла получать одюсторон-нив снимки, поэтому был. разработан метод их количествен-

Параметр кристаллической реявтки датчика -орределяли по отношекшэ разностей,,расстояний между давками железа материала датчика и серебряного эталона на одностороннем снимке. Например, при съемке стальных объектов, в кобальтовом излучонйи-.использовали: линия <310> железа и/ линии (331),(420) серебн« '. Л Г. '. .4 '

Рентгеновский метод отдаления суыш двух главных составляющих длоскояадрякешого состояния швд точность

ДО-80 H/W*. ,.■ г-.л ■•. • ; : Л' ч ;■..;'.<

, , . ОКГШ11 ОЗШТПШИ ШАЗ НИЗКИХ СОДЕРЖАНИЙ (ДО. ) . , Система. неправлена на идентификации фаз, находящихся на „грани; выявления«, .например, карбидов в лагарованвых сталях. /фНС, первого, порядка/. .Для решения проблемы розре-

Луг,&щ .1ЕВС^ецу, методачедешг.ipíewB: ;.г • ■:■•» . ., ,1* Арвляэ априорш?й; от^рмацяи.,! л ; и . 2. Форыированке . шрормаццонных данных, по црофилэ дифракционной линии с последующей обработкой ври помощи . .—критерия/критерия Фтоера/. >

' 3, Последовательный, анализ*: если фаза не обнаружена * На этапе априорного анализа оптимизировали условия поиска вне. Возможные. фазы прогнозировали на основании химического состава, .технологии производства стали, о помощью картотек и справочных данных выбирали наиболее благоприятные линии для качественногоанализа» осуществляли планирование акспериментв, ,., ¡, v :

На втором втапе накашптали иаформацвю о днфракцион-дом профыв аналитической линии в соответствия о рекомендациями априорного анализа. ■ Достаточное. о доверительной вероятностью i присутствие линии.в интервале записи:

: - !|S«/SSFy 1>-1>, я im-I)] , • (7)

где Fy -■■табличное значение /^-критерия, S* - дисперсия адекватности, i> * - дисперсия воспроизводакзста, (/>-1) -чясло степеней1 свобода , aim-1) - число степеней свобо-mSl ■.■■■-..}■ .. .

Вычислительные ■ операция по.. окроле ленив ■, отношений дасперсий целесообразно вшхолпять на ЭШ согласго специально разработано!,г/ алгоритму. Если .условие (7) вшолне-во, то лиши выявлено и-фаза обнаружена. В противном случае- следует.третий этап - последовательный анализ.

После доштолышй. онолаз - кгогоступетатая система ншсош1а1шл ,Ш11>ордац5Ш с,проверкой условия;(7) после каждой ступени. •.■ Первая '"стартовая", ступеш^ предполагала накопление 2 ■ 1С4 - дашудьсов на точку ■ профшгя лпззш. Процесс Hspaajsmanrnj информации, являлся двух. - пли трехступенчатым. .Теоретический рубэз нзкоплепил■импульсов - I07, Если на -завершаяцей ступени, линия не обнаружена,'-то следует считать, что фаза в образце .отсутствует. .„ . ЕСИЕДОВШИ СТРУКТУРЫ Л ОСТАТОЧНЫХ 11АПРЯКЕ5П5Й • .-. В ЗАКДЛЕНШ4 СЛОЕ ВАЛКОВ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТЕ! '..■ .Валка холодаой прокатки изготовляли из сталей 9X2® и .60X2CMS-. па ■ традиционной технологии, принятой пз АО "Когю-Крзматорсгсвй машяностроятвльнна сасод". Предварите льнув , .тормнчоскугэ .. обработку ■ осуществляли по , розяму двойной нормализации • с . .отпуском ( зря ■ изотер,шес;сио выдержка вря 950, 850. и. 650сС )..окончательная • термообработка: закалка с индукционного нагрева, с последующими

дтпалмша циклами отпуска я старения. ......

Структурное состояние мартенсита. В результате закалки значительная часть ух\лорода оставалась в-кристаллической решетке мертонскта. Дефицит по. сравнешш с химячосюш составом - от. а,IS до 0;2.0%ч, Как будет'показано в даль-наЗаеы, шэнно- столько углерода- расходовалось на формирование кврбддамх .Фаз я графита.

После, отлускз исследовали ■ рентгеновские спактрн разных участков по глубине поверхностного слоя валка пэ стали , 9Х2!©.0брвщеет па себя ■ внимание сочетают шд®1лкаш1й . а- л к-мархзнситз, - а такяо двух модификаций остаточного зустонзта /ряс.4/. -

На я^рэнтогрзммах I и 2 /закаленный ало ЗУ пвблэдали трз четких каксш<ума:(222)а-картепситв, (222)з^кзртапсцта

а 4311> остаточного вуствнзиа. Содержание углврода в каждой из модификаций мартенсита: 0,78/а/ и 0,20Ж/ае/. Определяя площади под дифракционными кривыми, мохно приблизительно оценить количественное соотношение между двумя мартенситными модификациями: а:ае=1:3.

• Дифрактограммы 3 и 4 соответствуют структурам переходной зоны. На них обнаруживаются пики а- а к - мартенсита. При этом наблюдается тенденция смещения пика а -мартенсита в сторону больших углов. Надо полагать, что по мере продвижения в глубину валка происходит все большее обеднение углеродом исходного аустенита вследствие выделения "пробойнитного" цементита. Что касается смещения пика ж-мартенсита в сторону больших углов, то это обусловлено заметным возрастанием доли ферритной фазы в продуктах превращений.

Своеобразны изменения положений пика линии (331) остаточного аустенита. На дафрактограмма 3 помимо одного вустенита 26«138°20' намечается появление другого аустенита 26=>136°40' .На дифрактограмме 4 уже преобладает другой аустенит. Появление второй модификации объясняется о позиции теории бейнитного превращения.

Дифрактограмма 5 имеет четкий профиль, типичный дня феррита.

Остаточный аустенит в поверхностном слое валков.На поверхности закаленных валков содержание остаточного аустенита изменялось в широком интервале: 15-ЗОЗЕ/сталь 9Х2МЗ/ и 8-15Ж /сталь 60Х2СМФ/;

При низкотемпературном отпуске, вопреки- традиционным представлениям, происходит частичный' распад аустенитной фазы, который можно объяснить дестабилизирующим влиянием межфазных напряжений.

Распределение остаточного вустенита. по глубине изучали на образцах, вырезанных из поверхностного слоя опытного вашса.-г11ривая-;расчр0делениас/рш:^3/.-лмвет два четко выраженных- максимума г-один в"закаленномгмгое,.- другой - в переходной зоне. Первый- максимум; объясняется особенностями распределения температурного поля;,, вторю» - сгршфшой промежуточного превращения. Специфика превращения - в образовании на начальной стадии' двух а$стэн®гных составляющих с разной концентрацией- углерода.. Пониженное значение мартенситной точки высокоуглеродисгой- составляющей -

е. Е

)й . Ш "" " 153 ¡вг га.гроЗ-

Рис.4. Дифракгрградаи линий (222) гЛ-мартенсита, (222.) 3?-

мартенсита и (331) остаточного ауетенита от участков на разном расстоянии от поверхност^Х-О,2-10,3-20,4-о0,

га 30

Рис.5. Распределение фаз в поверхностном слое валка из стали 9Х2»Ьг: 1-остаточный аустекит, й-цементит.

О гв ¿а-$т

Рис.б. Распределение графита в поверхностном слое валков: 1-сталь 9Х2Ш, г-сталь 60Х2С-й.

причина появления второго пика.

Шло показано, что по' мере продвижения в глубину валка интенсивность линии (311) "мартенситного" йустенитс убывает, соответственно возрастает интенсивность одноименной линии "öoitaKTiioro" еустенита. Кривая распределения содержания последнего имеет, "куполообразный" вид, максимум приходится на переходную зону.

На образцах из стали 9X2® изучали структурные изменения в остаточном аустоните в процессе : отпуска пра 150°С, используя метод аппроксимации при определении але-ментов субструктури к sia*s - метод при определенна • фазных напряжзый.

Сразу ss после закалки сстаточннЗ аустонат всесторонне симаотся мартевсигвш каркасом. При отпуска происходит релаксация -(вшнавдзх напряжений! - ош становятся растягшзащиш. ЭДэкт проявляется в больней шрэ дая легированной стали. Одновременно развивается шшагвльйиэ микронскажэния кристаллической роиаткн остаточного оусхо-тпа. Процессы' сшщхшзируэтся о распадом марташгга. Под влиянием перэтасхзвних факторов происходи? частичная дестабилизация аустештдай фазы.

Рентгеновские критерии кэчзстоа термической обработки, ■ Осуществляя массовый контроль качества термической обработки прокатит: валков,. использовала еладумцке р&шггонов-скио критерия:

I. Шздублетное расстояние .дайшкцйонвш: шшй (ОН), (101), (ПО). •

• 2. Интенсивность линии остаточного аустевита (III)., ' многолетний опыт свидетельствует о шеокой ЧУВСТВЕ- ' •гелыюста: зт;к крггержв к вариациям скорости даяжонка индуктора, по существу к в-здех'рвву - кш шрзгргщу, к отступлениям от регламента охяоздзшш при помада енройеряо-го устроЕства, к -появлэшт признаков обезуглероживания поверхности или образования океашнн* к нарушениям тсмяе-ретурно-Еромэннкх парамзтров отпуска. ■

Цементит, в. поверхностном слое волков .Значения- параметров кристаллической решетки ромЗнчоского цекопшто з ччояомзр-но укепьиготея Do моро продвижения. от поверхности в-.глубину валка, что могшо объяснить разной степень» легирования цвшнгата в зависимости от распределения температура пра награгэ валка под .закалку. Своеобразно распрадояэняо

u !

количества цементита в поверхностно закаленном слое валков. Его содержание возрастает по мере удаления от поверхности от 2 до IIS. На расстоянии.30 мм обнаруживается максимум» который объясняется с позиций механизма промежуточного превращения. Из аустаяита . вначале выделяется "пробейнзтзнй" цементит¿ а в дальнейшем формируется конечной продаст - цементит, входящий в состав бейнита. Допол-щтолыш%- порция цэментитной фазы и соответствуют максимуму. •

Грзфст в поверхностном слое валков. Рентгеновский анализ и дзнпнз металлографического анализа не оставляют сомнений по поводу присутствия графита в поверхностном слое и . болоэ глубоких слоях Бажов холодной прокаищ: от 0,08 до 0,305.

По давим металлографического анализа графитные образования июли сфероидальную форму, диаметр изданялся от 15-до 30 ;км /шестой балл по шале УкрШКмат/. ■

На ряс.6 приведены кривые распределения -графита в поверхностное слсэ валков. Количество фазы в закаленном слое несколько шкэ. .чем в переходной ,зоне. Происходят частотная дэграфатизацзл .под влиянием достаточно высокой тешератури нагрева шд заколку.

В результате специально проведенных экспериментов установлено, что формирована® графитной фазы происходит на атат предварительной термической обработки только на fox пробах, которые была подвергнуты ковке. При ковко за-клодшзсштся предпосылка для процесса графзтнзацви, Ззро-даш графита 'появляются на базо микрошр, гжкротрзщян, шизбоаао гфисутстаузжшс.в ксванной.янмрумзнтальноЯ ста-, ли.

^ентзфикация нарбздшве Фаз в .поверхностном, слое валков. .(Застою обшружшя «НО Сила использована дал здзктзфжа-цая трудно хшяадяомах карбидов в поверхностно закаяопвом слое валков. В оогсалюшом слое присутствуй? чотыро карбида: мэтеатабяльЕнй е-корбид,. когореятпо связашшй с й-мзргенеятом» стобилышй и Бцсокотгэргуй карбад западая, ' карбзд мсмяОдонз и цемозтлт-. Но доля карбидах образованна, пкячая.я-карбзд цемзгггаггюго тнао, прихддатвл до 2%.

В переходной зоно присутствуют шеокотаордкз карбид хрома тепа c-7Cn. xapöwvt ванадия и тлнбдааэ, с тажд карСад цодантагдого тша покшшюго содорззпая.

Карбидная "ситуация" оказывает существенное влияние на показатели твердости, износостойкости и ексмуатацион-. ной долговечности прокатных валков. <, Остаточные, напряжения в поверхностном слой валков. После .закалки.на поверхности валка из стали ЭХ2МФ формируются ' высокие „сжимающие напряжения до 1000 Н/ым*/рис.7/, на . границе закаленного, слоя она переходят в раотягавакщиз -до. 800 Н/км®. Переходная зона находится под ■ действием сжимающих напряжений.Аналогично распределение па приданий в поверхностном слое валка из стели 6СЖ2СМФ« Только уро-., ,вещ> их несколько ниже и растягивавшей пик смещен в более глубокие. слои валка, зона растяжения', более рассродоточе-. на. Высокие напряжения сжатия мартенситного поверхностного слоя с. увеличенным объемом уравновешивайте.! растягивающим паком переходной зоны.

____При отпуске картина распределения нацрявкений нэ меняется. ,..„,..'..:.

Их уровень ■ снижается' на ЗО-БОХ. Шло отмечено, что релаксация напряженного состояния синхронизируется с рас-двдом.мартвнсэтс при отпуске. Между двущ процессами существует .внутренняясвязь; Поначалу, они протешат интенсивно, затем стабаяазарултся. • ■

При шифошсе уровень цапряжещсй- в приповерхностной слое снижается ва 20^0Х. Зона влиянш шифоЕального круга распространяется на глубину"2-3 мм. Снижение благоприятных сжимающих напряжений особенно ощутано под влиянием многократных переилифовок, неизбежных при эксплуатации волков. Процесс, кэеэт зайти так далеко, что ЕОБЗрх-кость ввлка может оказаться под действием напряжений рао-тяхснгл.. При такой ситуации'Всякай щзэрхносгшШ дефект ррокатки превращается в очаг разрушения. Критический рубеж, регламентирующих число перешшфовок при вксшуатацда валков, можно установить, используя метода рентгенострук-турного анализа. . ... . ..

При повторном отпуске (стареяаи) характер распределения остаточных напряжени не изменяется. ■ Возможные причины отслоений. Совокупность • накопленных экспериментальных данных позволяет высказать соображения по поводу отслоений - наиболее распространенных дефектов эксплуатации. Очаг разрушения наиболее вероятен в переходной зоне по следующим причинам:

- наличие растягивавдэго гика остаточных напряжений,

- повышенно© содержание неустойчивого остаточного аустенит»,

■. - повышенное количество цементита, снижающего ресурс пластичности,

- графитные включения -г потенциальные очаги разрушения. • • ■ ■ I. ■ ......,•,..''■••.

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ЗАКАЛНИ И ОТПУСКА ВАЛКОВ

Экспериментальная эпюра распределения остаточных напряжений в поверхностном слой закаленных валков /рис.7/ -результат сложения двух эпюр: одаа характеризует распределение структурных нацряжений /2/, обусловленных объемными изменениями при реализации мартенситного превращения, другая - распределением термических Л/, причина возникновения которых вызвана температурным градиентом между поверхностью, охлаждаемой при закалке, и сердцевиной. ■ Регулируя соотношение . между - этими • составляющими, можно создать благоприятное, выгодное распределение суммарных остаточных напряжения. Поиск в атом направлении . может .оказаться 'перспективным, если увеличить доли сни-Ыввдих термических напряжений. Тогда за счет: увеличения яг доли произойдет "сглаживание"1 растягивавдего пика, Эффект будет существенным, если к моменту водяного охлаждения поверхности валка; температура сердцевины окажется достаточно высокой.

Новые технологические варианты закалки.Идаю аккумуляции тепловой энергии сердцевиной валка перед спрейерным ох-дазденаем' поверхности претворяли в жизнь' при помощз следу ицих средств:

- печной'подогрев перед окончательным нагревом- под закалку,' ■ .....■..-..-..< ......

- щдукЦионный подогрев на 890-940°С с охлаждением иа воздухе до 400-550°С /нормализация/ перед окончательным нагревом под закалку.

Не ксклвчавтся и другие способа нагрева.;

После закалки по первому варианту на поверхности формируются значительные напряжения сжатия — до 1300 Н/ым3. По мере продвижения в глубину уровень сжимапзих напряжений снижается и на расстоянии 10мм от поверхности они достигают нулевой отметки. Переходная зоаа иаходьтся под действием сзанаящп напржетапй.

Характер распределения твердости свидетельствует о более плавном переходе от.закаленного металла к незака-лэннону. Кривая распределения остаточного еуствшта ш претерпевает существенных . изменений, только - максиму?,¡и смещаются на большую глубину.

• Аналогичные результата были-получены да опытных валках из стали 60X201$, обработанных по второму варианту.

Новые технологические процессу были внедрены па АО "Ново-Краматорский машиностроительный завод" и на top-ском машиностроительном завода. . .

. Новая технология отпуска. Из анализа- квиетических кривых /рис.8/ следует, что стабилизационные процессы при аизкотешерстуЕном отпуске протекают в две стадии: первая - интенсивная, вторая - затухающая. Практический штэрос представляет выявление времени, необходимого для стабилизации процессов /время первой стадия/. Направленное его регулирование целесообразно осуществлять за счет.вараацаи пешэрзтуряого фактора. ;

Кз кривых, • хар815тор2зувдкх распад мартенсита, время протекания первой стадии для взлков из стала 9X2®: 50ч при 150°С, 35ч щи 180°С. 8ч при 240°С, Тот параметр для стали 60Х2Й©: 40ч при 140 и 160°С, 20ч ври 180°С. .

Происходи1? такта распад неустойчивой вусзшзтшза фаза. Если при 180°С за 140ч на поверхности налогов из стала SX2iM5 распадается 6055 атай Фаза, , то при 240°С за Бч ауст&шгт распадается полностью. На поверхности валков нз с/аш 60Х2С® при Х40, 160, 180°С процесс протекает вяло.

. Релаксация оетаточана шнрягзянй сгшрошззруотся с, распэдогл мартэЕсжз в Еозэргносзнои схоз. Уровень напря-гешй гониаается по срашюкгз с есходшш ез 30-50S.

Аналлз врэзодошшх результатов позволил сдаяать вывод о целесообразности повшоная ташэрстура отпуске: для валков из стали 9Х2Л5Ф -. до 240°С, для валков из стали 60X2CMS - до 180°С. Приатшс рожамах стабидязсцноняда и релаксационные процесса протекав? - наиболее шлно.и, что aassro, твердость ш опускается шзе допусткжго предела.

При старонзв сущастаонжгх Еэыашнай а поверхностном слое в& щшсходаг. Калшгз згого звена технологии вряд лн иожао. счтать озрзвдашшг. , ■ - .

Посла пубдзмцаи материалов настоящего исследования проблема сокращокк-ч йлзтельности отпуска привлекла внима-

нив и других- исследователей.- На Уралмашзаводэ длитель-^ ность цикла была сокращена до 20ч при 1вО°С для валков с диаметром бочки БООмм» на Электросталью«« заводе тяжелого машиностроения до 7ч при 180°С для валков о диаметром бочки 200мм. Был. сокращен цикл отпуска валков и на СтароКраматорском машзаводе.

Твердость валков после закалки и отпуска. Статистическая обработка большого массива экспериментальных данных свидетельствует об устойчивости твердости поверхности закаленных валков я повыиени» температуры отпуска. :Феномен сохранения твердости на . уровне технических, требований после высокотемпературных вариантов отпуска объясняется устойчивостью' высокоуглеродистого а-мэртенсита, полным распадом остаточного аустенита. присутствием цементита а высокодисперсных карбвдов.

СОВШНШОТОВШЕ ШНОДОВД" ОБРАБОТКИИЗДЕЛИЙ (ШШОСТРОЕКЯЯ . йнструмонтально-иэтодологическая база рентгеноструг-туриэго анализа била попользована не только для сово^иен-ствованзя технологии производства валковой продукции, но . в для ранения других технологических проблем на Краматорских машиностроительных заводах.

I .Обкатка роликами. Объектами анализа являлись крупногабаритные детали: валки горячей прокатки. эксцентриковые ваш, циландры гидрошдьекника и пр.

Обкатку осуществляли на кехавообрабатываащих станках при помощи специальных приспособлений с тарированными пружинами. Изучали влияние обкатки на глубину, наклепанного сбоя. -

• Рентгеновский анализ выполняли, используя уже описанные методические пркеш а переносные камеры. О степени наклепа судила т шнриЕе дайшкцаонной линии (310) в кобальтовом излучении. Поверхность заготовка послойно травили, поело каждого акта трашгвння получали рентгеновские снимки. ■

На риСкЭ приведены графики зависимости глубины наклепанного слоя от радиального усилия при обкатке роликами дня родственных сталей трех групп. Начиная о нагрузка 5000Н, глубина перестает существенно изменяться. Ее значение: от 2,1 до 2,3мм. Последующий анализ показал, что

(РИМ,«*

Щ}

-т

~юо

/1

1 \

Г;,,

и

¡Г"

Унах

ъ

и

2.6

гА

Рис.?. Эпюра распределения остаточных напряжений валка из стали 2Х21!£:

1-тершческие напряжения,

2-структурные напряжения,

3-сушарные напряжения.

8 -ро-

2/

/ /

/У у

и

• го ш бо ю 1

распада мартенсита на поверхности валков из стали 5Х2ш после разных температур отпуска: ¿-150, 2-180Тз-2ад°С..

| V

й'гр

ь>

В «Е

у у г\А>

* ш «оо «юо« № Г т ш

Рис.у. шияние радиального усилия при обкатке на глубину наклёпанного слоя деталей: 1-стали Э5,35Л, 2-стали.40ХН, 45ХН, 3-сталь 55Х.

Число сЮиеоб Рис.10. Зависимость положения центра тяжести мультиплета и количества остаточного аустоима от числа сеансов вибращи: 1-стальУЮ, 2-сталь Ь-сталь У8.

только первых два прохода обкатки формируют наклепанный слой, что скорость обкатки не влияет на глубину наклепа.

Новая технология была внедрена в производство. 2.Совершенствование термической обработки крупногабаритных чугунных станин. Исследование было., предпринято для объяснения причин резкого ухудшения качества поверхности /появление ыакропор/ закаленных,.чугунных, станин после механической обработки.:

Опытный образец размерами Б00*100*35мм • изготовляли , из того га,материала, что и станина - чугуна СЧ-20, за. кзлив&ли. с. индукционного,. нагрева. и Фрезеровали инструментом из свэрхтвердого материала по технологии, принятой на заЕода. Образец разрезали на две равные части. Одну использовала для рентгенографического исследования закаленного слоя методом послойного, травления, другую - для анализа накроструктуры методом косого среза. При исследования фазового состава использовала, описанные способы определения количества остаточного аустепита, цементита и графита.., .

, Кривея распределения остаточного, аустенита в поверхностном слов станин, как и в поверхностном слое валков, имеет два четко выраженных максимума: первый приходится на закаленный слой, второй г. на переходную, зону,. ГГроисхо-адениеих такое же, как и.при закалке валков. На аустенн-тосодаржащй упрочненный слой приходится 2мм, максималь-, шо количество остаточного аустенита - 23%.

В закаленном слое, неблэдали игольчатый мартенсит, в переходной зоне -. троостомартенсит, в незакаленном слое -перлит. Графитные включения была окружены светлым ореолом. Светлая составляющая г. микроструктуры - остаточный еустопит. Надо полагать,,что .при кратковременном.нагреве происходит насыщение углеродом близлежащих к графиту участков. Науглероженный аустенит имеет более низкую мэр-тенсатнуэ точку, поэтому в наибольшей мере предрасположен к образованию остаточного аустенита. Под воздействием деформации /фрезерование/ нестабильный остаточный аустенит превращается в мартенсит отпуска. Происходит "выдавливание" графита из гнезд (выкрашивание). Процесс выкрашивания можно устранить, снизив до минимума количество остаточного аустенита в поверхностном слое. Задачу решали путем совершенствования режима термообработка : станин:

назначали отпуск при 300°С. Эксперимент подтвердил правильность намеченного пути. Перестали обнаруживаться дефекты выкрашивания............ <

3.Вибрационная обработка закаленных'инструментальных ста-лей.При вибростарэнии происходит не только релаксация остаточных напряжений, но и структурные изменения в неравновесных структурах, информация о которых, может представлять научную и практическую ценность. Цель работы: исследование влияния виброобработки па состояние, структур закаленных сталей.

Образцы из закаленных, инструментальных сталей У8, У10, 9Х2МФ подвергали виброобработке при помощи виброблока ВК-79, широко применяемого на производстве.. После каждого сеанса виброобработки определяли степень тетраго-нальности мартенсита, количество остаточного .еусташта, используя ранее , разработанные , методаческие.. средства. Определяли также ширину лшин (200) остаточного вустени-та, ее центр тяжести, а также центр, тяжести мультшлета (ОИ). (IOI)-(IIO) мартенсита.

Из анализа кривых /рис.10/ следует, что под влиянием вибрации происходит уменьшение стзпета тетрагональшсти вначале интенсивно, а после пятя сеансов -„по .закону затухания. Градиент изменения сравнительно , невелик - 20Ж,

По мере увеличения сеансов, вибрации происходят смещение центра, тяжести линии (200) .остаточного, аустената в сторону больших углов,, уменьшается ее ширина.• Первый аффект - результат уменьшения плотности дефектов упаковки в кристаллической реветке, второй - результат снижения микроискажений в той ко ревотко.

Обращает на себя внамзнкэ, что все три процесса протекают синхронно. Сзнхрошзацая свидетельствует о том, что обе неравновесные фазы, будучи когерентно связанными, реагируют на вибрацию одинаково. Поначалу структурные изменения протекают интенсивно, а потом стабилизируются. Отметим также, что под влиянием вибрации происходит частичный распад остаточного аустенита. 4 .Борсодэржащая наплавленная сталь для атг,аов холодного деформирования. Исследование посвящено оптимизации состава безвольфрамовой Сорсодержащей штамповой стали, сочетающей в себе необходимые требования по изно-со- и ударостоЕхоста. Используя априорную информацию оп-

ределядл интервалы варьирования углерода, ..хрома, марганца, бора, кремния и тантала-.'. Оптимизации состава ,.осуществляв штодом плацировашм. эксперимента,

Объектом исследования являлись пробы, подученные наплавкой порошковой проволоки на подложку нз стали У8. Обеспечение требуемого, состава достигали изменением соо-тава шихты порошковой проволоки. Фазовый состав наплавок определяли традиционными методами, рентгеновского качества нногоанализа» Фазы ризких содержаний выявляли, используя систему,.- в основе,,которой обработка накопленной информации пра помощи«^-критерия» Микроструктуру исследовали на оптическом и электронном микроскопах.....

При организации эксперимента особая роль,отводилась бору. При выборе, пределов дозировки использовали данные рентгеновского анализа.; Исследовали наплавки, • содержащие от 0,3 до 1,055 бора. , За пределами ^того интервала обнаруживали охрупчиввнке проб, появление, на них трещин. Охруп-чивание - результат выделения крупных остроугольных бор^-дов типа ?е.г&. В пределах интервала выявили следующие, фазы: карбид цементитного типа, борвд хрома Сг^в. а тага» ннтврмэталлид • Последующей машинная обработка данных . позволила _ определить оптимизированный, состав стала. . ..■ ....-..' ...........•• .......

Как поквзал металлографический анализ, в нашшвлвн-ННХ; образцад оптимизированного состава формируется эвтектическая комшгозиция. Она состриг из перлитной структуры, армированной высокопрочными карбоннтридаыш сплетениями. Сила вы подобного типа, относятся к естественным; композитам,; в которых реализуется композиционное упрочнение. Высокая прочность достигается за счет высокотвердах составляющих эвтектики, ударостойкость - вследствие демпфирующего влияния пластичных составляющих.Последние локализует, гасят скорость распространения трещин от возможного очага разрушения.,.

Рентгеновский анализ использовали такхв при разработке оптимальных режимов закалки а отпуска штампов *з наплавленной стали.

Эксплуатационные показателя штейнов из новой стали оказались в 1,5-1,8 раза вине по сравнэняв с вольфрамосо-дерхаиими.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Определены наиболее перспективные направления использования рентгеаоструктурного анализа в машиностроении: создание новых технологий термической обработки, поверхностного упрочнения, виброобработки, изучение механизма возникновения макродефектов ( макропоры, отслоения, флокены ), создание новых композиций сталей, массовый контроль качества термообработки изделий.

2. При создании новых технологий на конкретных примерах показана целесообразность импгтнитгр анализа непосредственно на натурных изделиях, ибо моделирование технологий термообработки на лабораторных образцах производится без учета влияния ноля остаточных напряжений на кинетику фазовых превращений. Поэтому были разработаны переносные рентгеновские камеры с нетрадиционной геометрией хода лучей, позволяющей вести съемку в открытом пространстве от объектов неограниченных размеров.

3. Предложены новые методы определения степени тетрагональное ти мартенсите. Один основан на аппроксимации дифракционных кривых неразделенных составляющих дублета функциями Коши я Гаусса, другой - на определении эффекта смещения одиночной линии с тремя одинаковыми индексами.

4. Разработана группа методов фазового анализа, среди которых особое место занимает система обнаружения фаз низких содержаний, основанная на применении критерия Фишера для оценки существенности отклонения профиля линии от флуктуация фона.

5. Предложен рентгеновский метод определения остаточных напряжений в закаленных крупноразмерных изделиях с использованием наплавленных датчиков из материале, не претерпевающего структурных изменений при закалке, что устраняет трудности обнаружения сильно размытых обратных линий.

6. Впервые в поверхностно закаленном слое изделий типа валков холодной прокатки обнаружены две модификации мартенсита, две модификации остаточного ауствнита, е-кар-бид. Установлено, что в переходной зоне присутствуют максимальные количества остаточного аустенита, цементита как следствие промежуточного превращения.

7. Впервые в хромсодержащи валковых сталях обнаружен графят в количестве от 0.08 до 0,30£ Установлено,

что в результата ковки создаются предпосылки для его появления, а формирование фазы происходит на стадии предварительной термообработки.

8. В переходной зоне поверхностно закаленных изделий обнаружен пик растягивающих остаточных напряжений, который в сочетании с максимумами количеств остаточного аустенита и цементита может привести к появлению отслоений - основного дефекта аксплуатации валков.

9. Установлена связь между кинетикой распада мартенсита и релаксацией остаточных напряжений при разных режимах отпуска поверхностно закаленных изделий: процессы протекают синхронно, первый является причиной второго.

10. Обнаружено влияние шля остаточных напряжений на температурные интервалы распада мартенсита п остаточного аустенита при отпуске: температурный интервал двухфазного распада мартенсита смещается в сторону более высоких температур, а распад остаточного аустенита начинается пра более низких температурах.

11. Разработаны принципы направленного регулирования эпюры распределения остаточных напряжений при поверхностной закалке за счет увеличения доли сжимающих терическах напряжений в результате применения предварительных подогревов.

12. Показана возможность повышения температуры отпуска закаленных прокатных валков с сохранением высоких значений твердости за счет сжимающих напряжений, распада остаточного аустенита, присутствия о-ыартенсита и внсокодасперспнх карбидов.

13. Обнаружены структурные изменения мзтастабпльных фаз закаленных инструментальных сталей под воздействием взброобработка, аналогичные том, которые происходят пра выполнения низкотемпературного отпуска, в результате чего открываются перспективы использования вибрация взамен термообработки.

14. Разработаны а внедрены в производство технологические процессы закалки прокатных валков с индукционного нагрева с использованием разных вариантов предварительного подогрева, а тагааз сокрзцонные рэжжя отпуске.

15. Разработаны и внедрены в производство технологические процессы упрочняемоа обработки: обкатка роликами изделий типа валов, виброобработка корпусных дата-

лей, термообработка станин тяжелых токарных станков и пр.

16. За счет повышения качества валков холодной прокатай, выразившегося в увеличении их эксплуатационной стойкости и снижении энергоемкости процессов термообработки, только по ¿0 "НКМЗ" за два года экономический аффект составил 1,5 миллиона рублей в ценах до 1985 года.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Брусиловский Б.А. Рентгенографический метод определения остаточного аустенита с применением ступенчатого ослабителя линик срввнения//Заводская лаборатория.-1956.-(/8.-С. 936-943.

2. Брусиловский Б.А. Применение больших фокусирующих расстояний в рентгенографическом методе определения остаточных напряжений//Заводсквя лаборатория.-1958.-^1.-С.48-53.

3". Обкатывание роликами крупных деталвй/Г.Л.Хает, Д.А.Стенько, Б.А.Брусиловскяй/7В кн.: Технология машиностроения, 4.-М. гВПГИ, 1958.-0.3-12.

4. Опыт Ново-Краматорского машиностроительного завода/г.Краматорск/по обработке крупных деталей обкатыванием роликами/Г.Л.Хает, Д.А.Стекько, Б.А.Брусиловский//В кв.: Повышение прочности элементов конструкции и деталей машин, 91.-И.: Машгиз.-1959.-76-94.

5. Брусиловский В.А., Иванов Ф.И..Кинетика снятая и перераспределения остаточных напряжений в валках холодной прокатки при низкотемпературном отпуске/ТВ кн.: Ковка и термическая обработка.-Ы.: ЩГОМАШ.-1959.-С.39-106.

6. Брусиловский Б.А., Иванов Ф.И,. Рентгенографическое исследование кинетики распада мартенсита при низкотемпературном отпуске //В кн.: Ковка и термическая обработка . -Ы. : ЦИНТШАШ . -1959 . -С .95-98 .

7. Брусиловский Б.А. Рентгеновский фазовый анализ закаленных крупногабаритных изделий//Заводская лаборатория.-1961.-г/6.-699-701.

8. Брусиловский Б.А., Иванов Ф.И. Рентгенографическое исследование распада мартенсита при низкотемпературном отпуска//В кн.: Металловедение и термическая обработка.-)^: Машгиз.-1951.-С.19-21.

9. Брусиловский Б.А., Иванов Ф.И. Применение метода наплавленных датчиков для определения остаточных нвпряже-

ний в закапанном слое крупногабаритных иэделий//Заводскея лаборатория.-1963.н»7.-с.821-824. ,

10. Брусиловский В.А. Изучение распада мартенсита методом модэлироваяия//Фйзика даталдав и металловедение 1963, 16,ВШХ.З.-361-365. :

11. Брусяловский Б.А.. Иванов Ф.И. Рентгенографическое исследование низкотемпературного отпуска валков холодной прокатки//Физика металлов и металловедение.-1965, 19. вып.1.-147-150.

12. Бруетшжский Б.А.. Иванов Ф.И. Рентгенографическое исследование кинетики распада мартенсита при низко-.температурном отпуске валков . . холодной прокатка

//Тез.доял. научно-техн. совещ, по применении рентгеновских лучей к исследовании материалов, 23-29 ишя 1958 г/АЯ СССР.-Ленинград,-с.13.

13. Брусшювский Б.А., Иванов Ф.И. Влияние остаточного аустевшта, на эксплуатационную стойкость валков холодной прокатки// Металловедение я термическая обработка металлов.-1967.-«I.-С764-65.

14. Врусшговский В.А., Иванов Ф.И. Новый способ за~ •калки валков холодной прокатки//Цет8ЛДоведение и. термическая обработка металлов.-1968.-йЗ.-С.17-20.

15. Брусяловский Б.А., Заблоцкий В.К., Иванов Ф.И. Рентгенографическое исследование закаленных сталей при низкотемпературном отпуске//Физика металлов и металловедение. -1971, 32 ВЫП.6.-1319-1321.

17. Влияние режимов закалки на свойства быстрорежущих сталей/В.К.Заблоцкий, Б.А.Брусияовский, Ф.И.Иванов и др.// Металловедение и термическая обработка металлов.-1971. -dl. -С.48-49.

18. О двухкратном отпуске быстрорежущих сталей/ В.К.Заблоцкий.Б.А-Брусиловский, Е.С.Зубов в др.//Металловедение и термическая обработка металлов.-1973.-КЗ.-0.54-55.

19. Сталь для изготовления валков теплой гтокат-ки/П.А.Груико.Б.А.Брусиловский, Л .Г.Марьшкин и др.//В кн.:Совершенствование производства прокатных валков.-М. гНИИИНФОРМТЯШШ. 14-74-2,1974.-С. 15-19.

- 20. Рентгенографическое изучение эффекта дробеструйного упрочнения металлокеремических твердых сплавов/Г.Л.Хает, Б.А.Брусоловский, В.К.Заблоцкий и др.//В

кн.:Резание и инструмент, вып.9.-Харьков:Вцща школа, 1974.-С,33-37.

21. Влияние дробеструйной и вибрационной обработок на прочность твердосплавных резцов/ А.И.Бетанели,' Б. А.Брусиловский,Л.ГЛает и др.// В кн.: Надежность ревущего инструмента, вып.2.-Киев:Виада школа, 1975.-С.86-91.

22. Брусиловский Б.А., Заблощсий В.К., Иванов Ф.И. Способ определения тетрагональности мартенсита закаленной стали//Заводская лаборатория.-1976.-W .-С.27-29.

23. Влияние термической обработки на структуру и износостойкость наплавленного металла/D.А.Сапронов,

A.Л.Геллер, Б.А.Брусиловский и др.// Автоматическая сварке.-W3.-1976. -С. 19-21.

24. Новая сталь 60X2CÍ.HJ для рабочих валков холодной прокатки//И.Е.Брайшш, Ю.А.Грушсо, Б.А.Брусиловский и др// Сталь.-1976.-/V4.-С.362-365.

25. Выявлени" слабых дифракционных линий/ Л.Г.Хает, Б.А.Брусиловский //Звводская лаборатория.-1979.-W2.-C.I36-I4I.

26. Брусиловский Б.А., Грушко Ю.А., Геллер А.Л. Распределение остаточного аустенита в закаленном слое валков холодной прокатки// Металловедение и термическая обработка металлов.-1979.-J/5.-С. 53-54.

27. Состояние цементитной фазы после холодного гидропрессования/А.М.Овчвренко, Б.А.Брусиловский, И.Н.Зо-дотухин и др.//Физика металлов и металловедение.-1981, вап.б.-С.1034-1037.

28. Изготовление холодиовысадочяого инструмента с применением наплавки/И.И.Гунько, Б.А.Брусиловский,

B.В.Саенко//Технология и организация производства.-1985,-W2.-C.25-26.

29. Брусиловский Б.А., Гунько И.И. Термическая обработка наплавок для штатов холодного деформирования//Тех-нология и организация производства.-1985.-V2.-С.44-45.

30. Боросодартащая наплавленная сталь для штампов холодного доформнрования/В.М.Карпенко, Б.А.Брусиловский, И.И.Гунько//Металловедениа и термическая обработка металлов .-1986.-^7.-С.50-51.

31. Влияше термической обработки на свойства наплавленной щтамповой безвольфрвмовой стали//в.М.Карпенко, Б.Л.Врус.&ловскиЗ, И.И. Рунько//Сварочное производство.-

1986.-«I.-С.25-26.

32. Брусиловокий Б.А., Коткина М.Г., Лабунец Ю.П. О причине выкрошивания графита на поверхности закаленных чугунных станин// Известия высших учебных заведений. Черная металлургия.-I988.-tf10.С.I07-II0.

33. Брусиловский H.A., Заика В.Н.. Лискарева Т.Н. Исследование остаточного аустенита в поверхностном слое валков холодной прокатки//Физика металлов и металловедение.-198Э, 67, вып.6.-C.II34-113?.

34. Брусиловский Б.А., Заика В.К.. Овчаренко A.M. Рентгеновский метод определения цементита в стали // В кн.: Аппаратура а метода рентгеновского анализе.Ленинград: Машиностроение, вып.40.-1990.-С.236-240.

35. Оптимизация состава стала для штампов/В.М.Карпенко, Б.А.Брусиловскай, И.И.Гунько//Известия высших учебных заведений. Черная металлургия.-1990.-У4.-С.61-63.

36. Брусиловский Б.А., Дрыга А.И. Влияние вибрационной обработки на структуру закаленной инструментальной стали//Физика металлов и металловедение.-1990.-H4.-C.I59-162.

37. Брусиловский Б.А., Клочко A.A., Кане И.М. Физп-ко-механические характеристики поверхностных слоев в зависимости от особенностей технологических приемов обработки зубчатых азделий//Сб.:Передовой производственный опыт и научно-технические достижения, рекомендуемые для внедрения в отрасли, еып.6. 1-28.-М.:ВНЮТЭМР.-1990.-С.20-21.

38. Брусиловский Б.А., Шашко А.Я. Структурное состояние мартенсита в поверхностном слое прокатных вэл-ков// Металловедение и термическая обработав металлов.-1991.-М2.-С.10-12.

39. Брусиловский Б.А.', Резников В.Н. Исследование накопления плотности дислокаций и дефектов упаковки в режущих пластинах из композита при эксплуатации инструмэп-та//В кн.:Надежность режущего инструмента.-Краматорск: КИИ.-1991.-С.197-202.

40.Брусиловский Б.А., Клочко A.A. Повышение надзя-ности процесса мехапической обработки зубчатых реек путем улучшения их обрабатываемости//В кн.: Надеяяость режущего инструмента. -Краматорск:КИИ. -1991.-С.204-207.

41. Брусиловский Б.А., Хает Л.Г. Рентгеновский ка-

явственный анализ фаз низких содержаний//Заводская лаборатория .-I992.-rf9.-C.34-37.

42. Брусиловскиа Б.А., Шашко А.Я. Исследование карбида цементитного типа в поверхностном слое прокатных валков//Мет8Лловедение и термическая обработка металлов.-

1992.-ra-sC.2-4.

43. Брусиловский Б.А.. Шашко А.Я., Фельдман В.Е. Рентгеновский метод определения содержания графита в рабочем слое прокатных валков//Заводская лаборатория.-

1993.-У4.-С.43-45.

44. Брусиловский Б.А.. Фельдман В.£. Графитные включения в поверхностном сдое валков холодной прокат-ки//Сталь.-1993,-У6.-С.59-61.

Авторские свадательства s

1. А.с.127068 СССР, Класс -42 ,308. Способ определения остаточного аустенита на поверхности изделий из закаленной стали/Б.А.Брусиловский.-Опубл. i960 -Бюл.W6.

2. А.с.127133 СССР,57а,710,42к.4607. Рентгеновская камера для контроля поверхности стальных изделий на остаточный еустешгг/Б. А. Брусиловский. - Опубл. i960 -Бюл. У6.

3. А.с.158294 СССР.НПК С 21 . Способ термической обработки валков холодной прокагки/Б.А.Брусиловский, Ф.И.Иванов, П.Е.Резуник и др..-Опубл. 1963 -БВД. Ы21.

4.А.с.175070 СССР, МПК 0 21 . Способ термической об-' работки валков холодной прокатки/Б.А.Брусиловский, Ф.И.Иванов, П.Е.Резуник и др.. -Опубл. 21.09.65. -Бвл.^19

5. А.с.417504 СССР* Ы Кл с21 9/38, C2I 1/42. Способ термической обработки валков холодной прокатки с индукционного нагрева/И.Е.Брайяин, Ю.А.Грушко, Б.А.Брусиловский и др. .-Опубл. 28.02.74. -Бш. d8.

6. А с.439741 СССР, Н Кл 201п23/20. Способ определения содержания углерода в мартенсите закаленной стали/Б .А.Брусиловский, В.К.Заблоцкий, Ф.И.Иванов. -Опубл. 15.08.74. -Бюл. Г/30.

7.A.C.II25285 СССР, С22С 38/32. Сталь /В.Н.Карпенко, Б.А.Врусиловский, И.И.Гунько и др. Опубл.23.11.94.-Бюл. (/43. Т

8. А.с.1567648 СССР, С22С 38/32. Способ термической обработки заэвтектоидной стали/В.Ы.Карпенко, В.А.Бруси-ловский, И.И.Гунько. -Опубл. 31.10.85. -Бюл. ^39.

9. A.c.1654368 СССР, С22С 38/38. Сталь/ И.И.Гунько,

В.М.Карпенко, Б.А.Брусиловский я др. -Опубл. 07.OS.91. -Бш. N22.

10. A.c. I8053S0 СССР COI н 23/20. Рентгеновская камера для контроля крупногабаритных объектов /Б.А.Врусиловскиа, А.И.Дрыга, А.А.Клочко. -Опубл. 30.03.93. ЧЗюл. N12.

А К ОТ А Ц I Я

Брус!ловський Б.А. Розробка 1нструментально-мэтодич1ьГ бази рентгеноструктурного анал!зу та 11" використовування для створення нових технолог1й теромообробки вирой!в машинобудування, Дисбртац1я на здобуття вченого ступени доктора техн1чних наук за фахом 05.16.01-металознавство та термина обробка металл. Донецькиа державний техн!чний ун1верситет. Донецьк, 1085.

Захшцаоться 44 науков1 роботи та 10 авторських св1доцтв, в яких мЮтяться в1домост1 про створення !нструментально-методич-ноГ бази для проведения рвнтгеноструктурного анал1зу беэпосе-редньо на виробничих об"ектах, a tÍkox вказан! шляхи використо-вувакия nlef бази для масового контролю якост1 терм1чно1" обробки продукцН" та для оптим1заиИ" технологичних npouecle у машинобу-дуванн!. ■ ■ ■ • . ■ • ■

Вперае знайден! р1зн! модиф!кац1Г мартенситу та залишково-го аустен!ту у поверхневому загартованному шар! великогабаритних вироб!в, випробуван! особливост! п0вед1нки цих фаз при низкотемпературному в!дпуску. Виявлена спвциф1ка зм!ни фазового окладу по глибин! шару. '

Роэроблен! принципи спрямованого регулгаання залишкових напруг при гартуванн! та стабШзатяних прочее»в при низкотемпературному в1дпуску, як! використан! при створенн! рац1оиальних режим!в обробки вальцовальних валк!в та !нших вироб!в машинобудування.

Ключов1 олова! рентгеноетруктурний анал1з, камера, валок, мартенсит, ауотен!т.

ABSTRACT

Brusilovskll B.A. Development of Instrumentation and Technlgue ior X-ray dlfraction analysis and Its application to elaboration of heat treatment technlgues or heavy engineering products.

The thesis is submitted for tie Sc.D. degree In Physical Metallurgy and Metals Heat Treatement , dlsclpl. 05,16.01. Donetsk State University of Engineering, Donetsk, 1995.

Submitted are 44 scientific papers and 10 certificates of authorship containing information on the development of proper instrumentation end technlgue to perform X-ray structural analysis directly on the products, as «fell as offering the ways to carry out complete Inspection of the products for heat treatment quality and to optimise the production processes in heavy engineering using these instruments and technique.

The modifications of martenslte and retained austenite have been first discovered in the surface hardened layer of bulky articles, the peculiarities of these phases 6ehavlor under low temperature tempering having been Investigated. The specific features of phase-composition change In the depth of the hartened layer have been discovered.

The principles of . regulation , of residual stress during hardening and of stabilising processes during afterhardenlng thermal treatment, which are used while developing rational regimes of machining rolls and other heavy machinery articles, have been worked out.