автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Закономерности аномальной спонтанной деформации микрообъемов железа и разработка новых технологий обработки металлов на их основе

?г

о

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ УКРАИНЫ

На правах рукописи

РЫСИНА Алла Михайловна

ЗАКОНОМЕРНОСТИ АНОМАЛЬНОЙ СПОНТАННОЙ ДЕФОРМАЦИИ МИКРООБЪЕМОВ ЖЕЛЕЗА И РАЗРАБОТКА НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ НА ИХ ОСНОВЕ

Специальность: 05.16.01 - "Металловедение и термическая

обработка металлов."

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Днепропетровск - 1995

Диссертация является рукописью

Работа выполнена в Государственной металлургической Академии Украины

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ

доктор технических наук, профессор ШАПОВАЛОВ В.И.

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

доктор технических наук, профессор СПИРИДОНОВА И.М.

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник ЛЮЧКОВ А.Д.

ВЕДУЩЕЕ ПРЕДПРИЯТИЕ :

АО "Нижнеднепровский трубопрокатный завод"

Защита состоится

Я-

1г-

1995г. в

/2

на заседании специализированного совета Д 03.11.01 в Государственной металлургической Академии Украины по адрессу: 320635,г. Днепропетровск, пр.Гагарина, 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственной металлургической Академии Украины.

Автореферат разослан

•О-'_¿£_1995Г.

Ученый секретарь специализированного совета, доктор технических наук, профессор

Сафьян М.М.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. За последние два-три десятилетия вырос интерес к проблеме взаимодействия водорода с металлами. Это обусловлено многообразным использованием, как водородных соединений, так и водорода в качестве основного компонента рабочих сред многих устройств и агрегатов. Даже в ничтожно малых количествах водород вызывает заметное изменение физико-химических и механических свойств металлов и сплавов.

Однако, несмотря на многочисленные исследования, пока очень сложно предсказать поведение многих металлов и сплавов при их эксплуатации в условиях многочисленных теплосмен и в присутствии водорода.

В последние годы проведена большая работа по изучению теории и механизма взаимодействия водорода с полиморфными металлами и сплавами при высоких температурах и при переходах через критические точки. В результате обнаружено явление образования водородонасыщенных метастабильных зон - Н-слоеа (открытие №313,1980, СССР). Внешне оно проявляется в виде аномальной спонтанной деформации (АСД) образцов при термоциклировании их в атмосфере водорода вокруг точки полиморфизма. Эти исследования,в основном, проводились на массивных поликристаллических образцах железа и его сплавов.

Учитывая диффузионный характер явления АСД, очень большой интерес представляло исследование данного эффекта на образцах, имеющих небольшие геометрические размеры хотя бы в одном направлении (частицы порошка, тонкие листы, проволока).

Эти обстоятельства, главным образом, и обусловливают актуальность иследований, связанных с изучением влияния ТЦО в атмосфере водорода на структурообразование в железе и некоторых гидридообразующих сплавах, имеющих малые геометрические размеры.

Цель работы состояла в установлении закономерностей АСД металла в виде образцов, имеющих малые геометрические размеры (фольга, порошок). На базе полученных научных данных планировалось создать основы технологий рафинирования сплава гафний-железо (25-30%) и диспергирования сплава типа РЗМ-Ре-В, а также усовершенствовать технологическую схему термообработки низкоуглеродистого стального листа и порошкового железа.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. ТЦО в атмосфере водорода оказывает заметное влияние на микрорельеф фольги железа. На поверхности фольги железа в пределах одного зерна образуются области волнистого рельефа в виде эквидистантных полос.

2. Причиной возникновения волнистого рельефа является периодичность повышения концентрации водорода в-движущихся Н-слоях. Это подтверждается тем, что расстояние между гребнями волн рельефа соответствует толщине Н-слоя в данных условиях.

3. ТЦО автолистовой стали 08Ю вокруг точки А-\ ускоряет рекристаллизацию в 2-3 раза и позволяет проводить отжиг при более низких температурах.

4. Образцы из порошков со сферической формой частиц почти не изменяются в объеме при ТЦО в водороде. Их пористость повышается не более чем на 5%.Образцы с несферической формой частиц претерпевают существенные изменения. Они распухают, растрескиваются , их пористость возрастает до 70% ,

5. Применение ТЦО в водороде сплава типа РЗМ-Яе-В, а также образцов из отхо-, изделий постоянных магнитов на его основе делает возможным легкое получение тонкодисперсного порошка из частиц крупностью не более 5 мкм.

6. Методом гидрирования-дегидрирования при ТЦО в водороде можно рафинировать сплав гафний-железо(25-30%) до содержания железа не более 2-3%.

Результаты:

1. Экспериментально определены закономерности АСД микрообъемов железа на примере листовых (железной фольги,автолиста ) и порошковых материалов.

Показано,что вследствие движения Н-слоев и наличия градиента температур на поверхности фольги образуется волнистый рельеф в виде эквидистантных полос. Деформирование частиц в порошковых материалах при движении Н-слоев зависит от формы частиц и тем выше, чем больше их форма отличается от сферической.

2. ТЦО вокруг точки А) позволяет ускорить в 2-3 раза рекристаллизационные процесы и проводить отжиг при более низких температурах, по сравнению с традиционными.

3. Определены основные параметры технологической схемы получения порошков сплавов редких и редкоземельных металлов методом гидрирования-дегидрирования с применением ТЦО в водороде, в частности при рафинировании интерметаллидного спла-гафний-железо и диспергировании сплава типа Мс1-Ре-В. Показано, что методом гидрирования-дегидрирования с применением ТЦО можно очистить сплав гафний-железо(25 30%) до содержания последнего не более 2-3%, а также получить мелкодисперсный порошок (крупностью £ 5 мкм ) из сплава типа Ыс1-Ре-В и из отходов изделий постоянных магнитов на его основе.

Научная новизна работы.

Впервые получены данные об особенностях АСД микрообъемов железа на пример листовых и порошковых материалов. Обнаружен и обяснен эффект образования на поверхности железной фольги волнистого рельефа в виде эквидистантных полос в пределах одного зерна. Показано, что Н-слои, перемещаясь в порошковых материалах иг частиц с разной формой (компактные и разветвленные), приводят к разному виду АСД образцов. Разработаны научные основы технологической схемы получения порошков сплавов редких и редкоземельных металлов, основанные на управлении движением Н-слоев.

Практическая ценность работы.

Полученные в работе результаты могут быть использованы при разработке:

- технологий получения пористых материалов на основе железа, имеющих еысокук пористость и сильно развитую удельную поверхность при достаточно высокой прочности;

- технологии отжига автолистовой стали, позволяющей резко сократить время термической обработки, необходимой для рекристаллизации;

- технологии диспергирования сплавов РЗМ-Ре-В, позволяющей производить тончайшие порошки без механического воздействия и с минимальными энергетическими затратами;

- технологии рафинирования гафния, богатого железом, позволяющей получать сплав, содержащий не более 3% железа.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены на международном семинаре "Проблемы современного материаловедения"(г.Днепропетровск, 1995г.) и IV международной конференции "Водородное материаловедение и химия гидридов металлов." (Украина, Крым, Кацевели,1995г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 3 печатные работы, 2 приняты к печати.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав,основных рекомендаций и выводов, списка литературы, содержащего 101 наименование, приложения и изложена на 126 страницах машинописного текста, включая 44 рисунка и 6 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Состояние вопроса

Анализ и обобщение литературных данных по АСД металлов, в частности о влиянии характерных для нее процессов на поведение материалов, имеющих малые геометрические размеры, показывает, что этот вопрос изучен еще недостаточно. После открытия АСД, ее закономерности изучали на объемных поликристаллических образцах. Имеются данные о влиянии водородонасыщенных зон (Н-слоев), вызывающих АСД, на микроструктуру и механические свойства железа, а также некоторых углеродистых и коррозионно-стойких сталей. Очень небольшая часть известных исследований посвящена определению поведения Н-слоев в порошковых материалах на основе железа и гидридообразующих элементов.

Однако эти исследования носят эпизодический характер и не раскрывают полностью механизм поведения Н-слоев в таких материалах.

Изучение воздействия ТЦО в атмосфере водорода на свойства сталей показало принципиальную возможность регулирования механических свойств в заданных пределах. Кроме этого, опыт использования ТЦО показывает возможность повышения производительности процессов за счет сокращения времени и энергозатрат по сравнению с традиционными видами термообработки.

Анализ предыдущих исследований показывает, что образование Н-слоев и процессы, происходящие при их движении, определенным образом оказывают влияние на спе-каемость и структуру спеченного материала. Характер спекания, существенно влияющий на свойства высокопористых проницаемых материалов, зависит от формы частиц пороомо.

б

Уточнение предложенного ранее механизма поведения Н-слоев в частицах порошков, им ющих различную конфигурацию, даст возможность прогнозировать получение высокопористых материалов с необходимыми свойствами.

Как свидетельствуют предыдущие исследования, образование Н-слоев в результате ТЦО в водороде ведет к появлению в гидридообразующих полиморфных металлах значительных термических напряжений за счет изменения-объемов образующейся и исчезающей фаз. При гидрировании в этих условиях возможно разрушение как металлических образцов, содержащих гидридообразующие элементы, так и отдельных фаз. В результате, путем гидрирования-дегидрирования с применением ТЦО, могут быть получе порошковые материалы с достаточной степенью дисперсности. Это позволит сократить количество отходов за счет возможности их переработки и удешевить производство, в частности, изделий постоянных магнитов на основе сплава типа РЗМ-Ре-В. Кроме этого, использование этого метода для рафинирования интерметаллидного сплава гафний-железо(25-30%) позволит получить порошок гафния с содержанием железа не более 2-С без применения химических методов его переработки. При этом повысится степень извлечения гафния, одного из дорогостоящих редких металлов, а также экономическая эффективность технологии производства гафния.

Материал и методика исследований .

При проведении исследований использовали следующие материалы:

- листовые: фольга (карбонильное железо - <0.003% примесей), автолист (сталь

08Ю);

- порошковые: железные порошки марок ПЖ-2,ПЖ-3,ПЖ-4 с различной формой и размерами частиц;

- гидридообразующие: электронно-лучевой конденсат сплава гафний-железо(25-30%)в виде крупнодисперсного порошка; сплав типа Ыс)-Ре-В и отходы изделий постоянных магнитов на его основе.

В качестве газовой среды использовали водород технической чистоты марки А с точкой росы 209 К (ГОСТ 3022-80) и спектрально чистый аргон.

Для проведения экспериментов использовали три однотипные установки, представляющие собой автоклав высокого давления, внутри которого помещен нагреватель. Установки позволяли проводить исследование в вакууме, в водороде и инертных средах (аргон, гелий) при давлении до 10 МПа. Поддержание определенных условий экспериментов осуществлялось при помощи системы автоматического управления и регулирования параметрами процессов. Температуру печи и образца контролировали с помощью вольфрам-рениевой термопары ВР 5/20.

Микроструктуру и микрорельеф образцов изучали на оптическом микроскопе "ЫЕОРНОТ-21" и растровом электронном микроскопеМвМ-Зб".

Оценку механических свойств образцов автолистовой стали после ТЦО проводили стандартной методике согласно ГОСТу 11701-66 при комнатной температуре испытаниям

на растяжение.

Исследование изменения фазового состава порошка гафний-железо определяли после ренгеноструктурного анализа на установке ДРОН-2. Магнитная сепарация осуществлялась магнитами типа ЮНДК и неодим-железо-бор.

Пористость порошковых образцов оценивали на анализаторе "Квантимет". Дисперсность порошков сплава Ы<1-Ре-В определяли с помощью шкалы на оптическом микроскопе МБС-9 и методом рассеивания на ситах.

При проведении исследований применялся метод математического планирования экспериментов, что позволило построить математическую модель влияния как отдельных параметров, так и их сочетаний на величину наблюдаемых эффектов.

Поведение Н-слоев в листовых материалах (железная фольга, автомобильный лист).

При исследовании влияния Н-слоев на характер изменения микрорельефа листовых материалов обнаружено, что в результате ТЦО образцов, независимо от газовой среды, на предварительно полированной поверхности, образуется ярко выраженный рельеф, связанный с границами зерен. Кроме этого, на поверхности фольги наблюдали множество пор и бугорков (рис.1).

Микроструктурные исследования показали общее увеличение среднего размера зерен. Растущие зерна имели большой разброс размеров ( от десятков микрон до нескольких миллиметров ) и неравноосную форму (рис.2).

Независимо от давления водорода, после ТЦО со скоростью 0.1 К/с, на поверхности нетравленных образцов обнаружены области волнистого рельефа в виде эквидистантных полос в пределах одного зерна (рис.3). Обнаруженный эффект повторился и после много-чисенных экспериментов при изменении верхней температуры интервала ТЦО от 1223 до 1473 К, давления водорода от 0.01 до 0.5 МПа и скорости охлаждения при ТЦО от 0.1 до 3 К/с.

Проверка эффекта на массивных образцах и образцах из автолиста при соблюдении исследуемых параметров ТЦО, не показала образования волнистого рельефа на повернос-ти образцов. Эквидистантные полосы не обнаружены и после проведения изотермической выдержки листовых материалов в среде и аргона, и водорода.

Особое влияние на образование и характер волнистого рельефа оказало изменение градиента температур в образце. Экспериментально доказано, что изменение геометрии эквидистантных полос пропорционально изменению градиента температур (рис.4)

Образование волнистого рельефа связано с геометрическими размерами фольги, толщина которой не превосходит размер зерна железа, в отличие от массивных образцов, где пути диффузии водорода значительно длиннее. Кроме этого, появление рельефа объясняется предложенным ранее механизмом образования и строением Н-слоев. Согласно ему, деформация носит не непрерывный, а дискретный характер. Рельеф возникает в результате одиночных актов деформации металла Н-слоем, при которых последний теряет

часть своей энергии, необходимой для деформации металла. Пройдя некоторый объем металла Н-слой восстанавливает свою деформирующую способность, что приводит к деформации следующего объема металла и т.д. до конца превращения в объеме одного зерна. Границы зерен, как чрезвычайно дефектные, разрушают Н-слой и прерывают эквидистантность полос.

Увеличение градиента температур по длине образца приводит к повышению скорости движения Н-слоя и делает рельеф более контрастным.

Таким образом, основной причиной появления волнистого рельефа на поверхности фольги после ТЦО в водороде можно считать сочетание двух факторов: геометрии фольги как квазимонокристалла в одном направлении, и градиента температур, направленного параллельно свободным плоскостям (граням) кристаллов.

Анализ результатов механических испытаний автолистовой стали после ТЦО в водо роде и аргоне вокруг точки Аз показал общее снижение прочностных характеристик на фоне повышения пластических, по сравнению с исходными. ТЦО вокруг точки A-¡ вызвало повышение ао.г и ств до уровня значений, требуемых ГОСТом 9049-80 на сталь 08Ю, предназначенную для холодной штамповки. Значения 5 превосходили стандартные на в 2 раза

Сравнение полученных в работе результатов с традиционными режимами ТО автолиста из стали 08Ю (Т р.отас. = 953К, т = 34 ч - на Запорожстали) дало основания предложить замену существующей ТО , ТЦО в водороде. Причем предпочтение необходимо отда' ТЦО вокруг точки А). При этом процессы рекристаллизации происходят в 2-3 раза быстре Это гарантирует автолисту необходимый комплекс механических свойств.

Поведение Н-слоев в порошковых материалах.

При исследовании влияния ТЦО в атмосфере водорода на процесс спекания и пористость железных порошков использовали порошки со сферической и несферической формой частиц. Результаты анализа изменения пористости порошков с различной формоР частиц приведены на рис.5.

Полученные результаты согласуются с предложенным ранее механизмом образования и строения Н-слоя. В отличие от монолита, в порошковых образцах из-за слабой связи между отдельными частицами, воздействие внутренних напряжений на образец гораздо интенсивнее. При определенных условиях, когда размер самой частицы или нескольких спекшихся частиц достаточен для зарождения Н-слоя, наблюдается интенсивная деформация порошинок в волокнообразную форму. Направление движения Н-слое зависит от теплоотвода и условий диффузии водорода из него. Это приводит (из-за высокой пористости образца, По=30%) к разориентации направления движения Н-слоя в целом. Различие в направлениях движения Н-слоев в порошинках вызывает деформацию последних также в разных направлениях. В результате формируется равномерная пористая структура по всему сечению образца (максимальная величина пористости была в

а х500

б х500

Рис.3. Эквидистантные полосы на поверхности фольги после ТЦО в водороде (Рн=0.1 МПа; У0=2.5 К/с; 50 циклов): (а) - ДТ=1123 -1473 К; (б) - ДТ=1123-1273 К.

а х500

б х500

Рис.4. Вид эквидистантных полос на поверхности фольги в зависимости

от величины градиента температур (УТ):(а)-УТ=К/мм; (б)-УТ=20 К/мм.

а%

70 60

50 40 30 20 10

1

■ ■ ■— - ■—' и

\

0 10 50 100 '200 300

Число циклов Рис.5. Изменение пористости порошковых образцов в зависимости от числа теплосмен и геометрии частиц порошка:

1 - несферические частицы (<200мкм);

2 - несферические частицы (>400мкм);

3 - сферические частицы.

пределах 65-70%).

. Процесс спекания и порообразования порошков со сферической формой частиц имел несколько иной характер. Трансфоормация частиц в волокна была затруднена, а изменение обема образцов меньше, чем в образцах с частицами иной формы. Это связано во-первых, с тем, что в сферических частицах сложнее создать условия для движения фронта Н-слоя вдоль оси образца. Во-вторых, степень контакта сферических частиц между собой ниже, чем для другой формы частиц. Это замедляет процесс спекажия их между собой. Кроме этого, процесс спекания порошков со сферической формой частиц зависит о степени неоднородности размеров фракции. Чем мельче частицы и выше степень однородности, тем выше степень контакта между ними и, следовательно, быстрее происходит спекание, а пористость будет снижаться.

Деформирование частиц при движении Н-слоев будет тем выше, чем больше форма частиц удалена от сферической. От этого будет зависеть и эффект "распухания" образцов в зависимости от числа теплосмен. При удалении формы частиц порошка от сферической и, соответственно, увеличения числа контактов между частицами, растет число пор между спекшимися областями и возможность разрядки в них Н-слоев. Это вызывает учащение изменения направлений движения Н-слоев в микрообъемах с соответствующими изменениями возникающих напряжений. Вцелом, такое увеличение количества направлений деформации частиц в микрообъеме и способствует росту степени "распухания" образца.

Необходимым условием равномерности процесса "распухания" является создание однородного температурного поля в образце. Путем вращения образца внутри печи во время ТЦО, экспериментально получили равномерную, симметричную деформацию с распуханиеем образца.

Таким образом, для получения высокопористого изделия с однородной структурой в условиях ТЦО в водороде, целесообразно использовать порошки с несферической фор-мой частиц, но при этом температурное поле должно обеспечить максимальную симметричность фронта превращения в образце.

Разработка основ технологических схем получения порошков редких и редкоземельных металлов и их сплавов с железом.

Анализ диаграммы состояния Ре-№ и литературных данных по производству гафния и технологии его гидрирования позволил предложить ряд технологических приемов для повышения степени извлечения гафния из его соединений с железом без химических методов переработки.

Суть метода состояла в том, чтобы с помощью процесса ТЦО в водороде и метода гидрирования-дегидрирования рафинировать сплав гафний-железо(25-30%) до содержания последнего не более 2-3%.

Электронно-лучевой конденсат сплава гафний-железо, является ценным побочным продуктом в технологии получения гафния ядерной чистоты. Являясь активным гидридо-образующим элементом, гафний полностью гидрируется до состава ЖНг- Железо же относится к слабо гидрируемым элементам. Использование Н-слоев для транспортировки водорода вглубь металла со скоростями, превышающими скорость обычной диффузии водорода, способствует разрыву связей в интерметаллиде (РеЖг). Предварительное насыщение водородом и ТЦО в водороде вокруг линии эвтектоидного превращения [р-Ш (4%Яе) <-+ а-Ж + (РеЖг)] приводит к образованию гидрида НМг и ферромагнитного железа, которое легко удаляется при помощи магнитной сепарации. После дегидрирования образовавшегося порошка получается порошок металлического гафния с содержанием железа не более 2-3%.

Разрушение связано с изменением удельного объема образующейся и исчезающе фаз при ТЦО в области фазового перехода, сопровождающейся возникновением трансформационных напряжений, остаточной деформацией, формированием в зернах полигональной структуры. Усиливает этот эффект движение Н-слоев, связанных с межфазными границами.

Исследование фазовых равновесий в системе Ыс1-Ре-В свидетельствует о наличии ней трех соединений. Основной компонент промышленного сплава - богатое железом соединение - Ыс^е-мВ, проявляет свойства ферромагнетика. Магнитные характеристики этого соединения заметно выше ранее распространен-ного втС05, что позволяет широкс использовать сплав типа Ш-Ре-В в качестве материала для изготовления постоянных магнитов неомакс. Анализ литературных данных по изучаемой проблеме показал,что качество магнитов тем выше, чем более мелкие кристаллиты получены при дроблении спла ва для последующего их пресссования в магнитном поле и спекания в изделие.

В связи с тем, что по ряду причин традиционные методы помола с использованиег» шаровых мельниц малоэффективны, предложено диспергирование сплава проводить методом гидрирования-дегидрирования, включающем ТЦО.

В основу метода положена следующая схема. Она включает:

- наводороживание исходного сплава;

- термоциклирование в среде водорода;

- дегидрирование полученной гидридной фазы, в ходе которого водород полносты удаляется из гидрида и получается исходный сплав в охрупченном состоянии в виде тонкодисперсного порошка.

Возникновение трещин в компактных кусках сплава происходит уже в процес наводороживания, образцы теряют сплошность и рассыпаются на отдельные части. На второй стадии при ТЦО происходит дополнительное измельчение структуры за с движения Н-слоев, ускоряющих транспортировку водорода от переферии к центру участ! загрузки. Возникает множественное зарождение гидридной фазы по всему объему, результате теплосмен термические напряжения накапливаются и локализуют Образуются области пересыщенные водородом, которыми являются дефектные участки

процессе ТЦО их число возрастает, что приводит к значительному ускорению гидрирования и усилению водородной деградации металла.

Кроме этого, сама гидридная фаза является чрезвычайно хрупким соединением, так как ее образование сопровождается изменением объема. При теплосменах это приводит к накоплению дополнительных напряжений и образованию трещин.

Полученные результаты могут быть использованы в производстве для разработки технологии переработки гафния, а также технологии получения качественных порошков магнитного сплава Мс)-Ре-В из отходов в производстве постоянных магнитов. Это позволит уменьшить затраты на переработку и отходов, снизить себестоимость продукции, повысить извлечение ценных компонентов и увеличить выпуск готовых изделий.

Выводы

1. Впервые обнаружено, что термоциклирование фольги железа в атмосфере водорода вызывает появление волнистого рельефа в виде эквидистантных полос, что является следствием движения в объеме металла водородонасыщенных зон (Н-слоев). Необходимым дополнительных условием появления на поверхности фольги эквидистантных полос является наличие градиента температур, направленного вдоль поверхности образца.

2. ТЦО фольги железа в аргоне и массивных обазцов в водороде не вызывает появления волнистого миикрорельефа на их поверхности.

3. ТЦО вокруг точки А, позволяет ускорить в 2-3 раза рекристаллизацию стали 08Ю и проводить отжиг при более низких температурах по сравнению с традиционными. Это даст возможность снизить энергозатраты на термообработку и, соответственно, сократить время термической обработки.

4. На основании экспериментальных и теоретических исследований характера спекания порошков железа с различной конфигурацией частиц (сферической и несферической - губчатой) при ТЦО в атмосфере водорода внесены уточнения в механизм поведения Н-слоев в порошковых материалах.

ТЦО в водороде образцов из порошков, состоящих из частиц сферической формы, приводит к изменению объема образцов, которое меньше, чем в образцах из порошков, состоящих из частиц несферической формы. Это связано с тем, что, во-первых, в сферических частицах, ввиду их высокой симметрии усложнено создание условий для движения фронта Н-слоя вдоль оси образца. Во-вторых, меньше степень контакта между частицами-сферами по сравнению с порошинками другой формы и меньше направлений, в которых возможно распространение деформации при движении Н-слоев.

5. Разработана методика исследований гидрирования электронно-лучевого конденсата сплава гафний-железо, а также отходов изделий постоянных магнитов на основе сплава типа РЗМ-Ре-В с применением ТЦО в атмосфере водорода. ТЦО в процессе" гидрирования стабилизирует скорость процесса и способствует равномерному насыщению образца по всему сечению.

6. Экспериментально доказана возможность рафинирования сплава гафний-xej зо(25-30%) методом гидрирования с применением ТЦО в водороде. В результате полу1 порошок, который после магнитной сепарации был разделен на железный порошок и сп/ гафний-(2-3%)железо. Гидрирование сплава привело к разрыву связей в интер-металлу Hf2Fe и появлению новых фаз, состоящих из гидрида гафния (HfH2) и ферромагнитж железа. Полное выделение гафния из его сплава с железом позволит повысить степень < извлечения без химических методов переработки.

7. Оптимальными условиями рафинирования образцов электронно-лучев( конденсата сплава гафний-железо (25-30%) являются: ТЦО в среде водорода под flaBj нием 0.1-0.5 МПа, в интервале температур 1553-1273 К в течение 100-150 циклов. С рость ТЦО должна быть не более 2 К/с.

8. На базе метода гидридного диспергирования с применением ТЦО в атмосфе водорода определены основные параметры технологической схемы получения тонкод) персного порошка из отходов изделий постоянных магнитов на основе сплава типа РЗМ-1 В. Это позволило получить тонкодисперсный порошок крупностью <5 мкм и возвратить с на передел порошковой металлургии.

Предложены следующие основные технологические параметры процесса гидрида диспергирования сплава типа P3M-Fe-B:

- вакуумирование, нагрев до 373 К и заполнение автоклава водородом до давле! 1.0 МПа;

- термоциклирование в интервале 593-893 К в течение 50-100 циклов, со скоро-ст 1.5-2 К/с;

- охлаждение до комнатной температуры, вакуумирование (до 3-5Па), нагрев до i К и изотермическая выдержка в течение не более двух часов.

9. Полученные результаты можно рекомендовать для разработки техноло переработки сплавов гафния с железом, а также технологии получения качествен! порошков магнитного сплава типа РЗМ-Fe-B из отходов в производстве постояж магнитов. Это позволит уменьшить затраты на переработку отходов, снизить себестоимо продукции, повысить извлечение ценных компонентов, и увеличить выпуск гото! продукции.

Основные положения диссертации отражены в следующих публикациях:

1. Карпов В.Ю., Рысина A.M., Шаповалов В.И. Исследование взаимодействия слоев с железной фольгой. // Физико-химическая механика материалов.-1995.-№5.-с.1-2

2.. Карпов В.Ю., Рысина A.M., Шаповалов В.И. Исследование влияния термоцик рования в атмосфере водорода на пластичность и деформируемость автомобильн листа.//Физико-химическая механика материалов.-1995.-№ 4. с.25.

3. Карпов В.Ю., Рысина A.M., Шаповалов В.И. Особенности взаимодейсвия Н-слое железной фольгой./ Материалы международного научного семинара "Проблемы сов менного материаловедения",- Днепропетровск.-1995.-с. 106-107.

4. Rysina A.M., Shapovalov V.I., Karpov V.Vu., Ostrin G.Ya. Behavior of hydrogen-saturated zones in the sheet materials on iron base. // Hydrogen energy.- в печати.

5. Shapovalov V.I., Karpov V.Yu., Rysina A.M., Muhachev A.P. Usage of the metals' hydrogenation for their refining and dispersing. // Hydrogen energy.- в печати.

Личный вклад в работы, написанные в соавторстве: определение влияния параметров ТЦО в водороде на характер образования волнистого рельефа на поверхности фольги железа, механические свойства автолиста, а также уровень дисперсности сплавов железа с гидридообразующими металлами.

АННОТАЦ1Я

Рисша A.M. Законом1рност1 аномально? спонтанно? деформацй мкрооб'емщ заги'за i опрацювання нових технолопй обробки металщ на Ix ochobl ДисертацЫ на здобуття вче-ного ступеня кандидата техжчних наук за спец1апьнютю 05.16.01 - Металознавство i тер-м1чна обробка метал1в. - Державна металурпйна Академт УкраТни, Днтропетровськ, 1995 р.

Захищаються три науков'| npani, що захоплюють частину результата теоретичних та експериментальних дослщжень законом!рностей аномально! спонтанно1 деформацм MiKpо-06'eMiB 3ani3a. Визначено вплив Н-шар1в на мкрорельеф, структуроутворення та MexaHi4Hi властивост1 листових матерщлш ( 3ani3Ha фольга, автолист ). Виявлено особливое^ дп Н-шарш на характер сп1кання i пороутворення порошкових MaTepianiB з рЬною формою час-тинок. Розроблено деяю параметри технолопчних схем отримання пороишв сплав!в piflKic-. них та р|дк!Сноземельних метал1в методом пдрування-ТЦО у воднЬдеп'дрування, зокрема при диспергуванн1 сплаву типу РЗМ-Fe-B, а також BiflxofliB вироб1в пост1йних магнтв на його основ! з метою одержання др!бнодисперсного порошку крупнютю близько 5 мкм i при раф1нуванн! сплаву гафн1й-зал!зо (25-30%) до одержання сплаву гафн1й-зал1зо (2-3%).

Ключов1 слова: аномальна спонтанна деформац1я, Н-шар, м!крооб'эми, термоциклу-вання, водень, гщрування-депдрування, порошки, фольга, автолист.

S U М М A R I

Rysina A.M. Mechanisms of iron microvolumes abnormal spontaneous deformation and development of new technologies for metal treatment on their basis. Thesis for a technical science candidate's degree on speciality 05.16.01 - Physical metallurgy and heat treatment of metals.- State Metallurgical Academy of Ukraine.- 1995.

Three scientific works embracing a part of the results of theoretical and experimental investigations of iron microvolumes abnormal spontaneous deformation mechanisms are being defended. Influence of H-layers on a microrelief, structure formation and mechanical properties of sheet materials (iron foil, automobile body sheet) ascertained. Peculiarities of H-layers effect on the pattern of sintering and poreformation of powder materials with a various shape of

particles determined. Certain parameters of tecnological schemes for producing alloy powders rare and rare-earth metals by a method of hydrogenation - termocyclization in hydrogen-dehydrogenation.in particular when dispersing the alloy of Nd-Fe-B type as well as waste of permanent magnet products on Its basis, for the purpose of producing the flnedispersion powi with a particle size of about 5 urn, and when refining hafnlum-iron(25-30%) alloy till obtaining hafnium-iron(2-3%) alloy.

Key words: abnormal spontaneous deformation, H-layer, microvolumes, termocyclizatic hydrogen, hydrogenation-dehydrogenation, powders, foil, automobile body sheet.

Подписано к печати 11.95.

Формат 60x84/16. Бумага типогр. №2. Печать офсетная, физ.п.л. 2,75. Уч.-изд.л. 2,58. Усл.п.л. 2,56. Тираж 100 экз. Заказ 89. Бесплатно.

Государственная металлургическая академия Украины 320635, г. Днепропетровск, пр. Гагарина,4.

Аспирантка

Рысина A.M.

ОЗ ГМетАУ, 320005, Лоцманское шоссе, З-б.