Главна English Російська




Дослідження структури та властивостей карбидосталей на основы Tі, отриманих методом тигельної плавки

Карбидосталь [carbonized (carburized, cement) steel] - композиційний термозміцнений матеріал, що містить 30-35 про. % мелкодисперсних часток карбіду або карбонітрида титану, рівномірно розподілених у матриці (основі) з інструментальної, теплостійкої сталі, переважно зі швидкорізальної. За рівнем ріжучих властивостей карбидосталь займає проміжне положення між швидкорізальними сталями підвищеної теплостійкості (Р6М5К, Р9М4К8) і W-Co- сплавами (типу ВК8), перевершуючи останні по міцності при вигині на 600-800 МПа. [1] Однієї з різновидів карбидосталей можна вважати композиційні матеріали, являють собою металеві матриці (основи) із заданим розподілом у них зміцнювачей (наприклад, дисперсних часток й ін.). При цьому ефективно використовуються індивідуальні властивості складові композиції. Комбінуючи об'ємний зміст компонентів, можна, залежно від призначення, одержувати матеріали з необхідними значеннями міцності, жароміцності, модуля пружності, абразивної стійкості, а також створювати композиції з необхідними магнітними, діелектричними, що радіопоглинають й іншими спеціальними властивостями. У цей час існуючі промислові способи одержання карбидосталей засновані в більшості випадків на методах порошкової металургії з наступним їхнім пресуванням. Завданням даного дослідження є вивчення можливості одержання карбидосталей системи Fe-Ti методом сплавки заліза й карбіду титану в печі Таммана. В алундовом тиглі діаметром 30 мм і висотою 80 мм під флюсом АНФ-1П при температурі 17000С були виплавлені два зразки сплаву Fe-Ti зі змістом 25% Ti по масі(зразок №1) і 16% Ti по масі(зразок №2). З отриманого металу виготовили зразки для проведення металографічних досліджень. Зразки шліфували на абразивному верстаті, зачищали на папері з різним рівнем абразиву й полірували на пасті ГОЇ й алмазній пасті. Потім зразки травили 10% розчином HNO3+ етиловий спирт. Після цього провели виміри мікротвердості при навантаженні 100 грам. Результати дослідження зразка №1 показали, що він має структуру заевтектоідного білого чавуну. Відрізняється від звичайного білого чавуну тим, що присутні окремі включення Ti (мал.1).

Малюнок 1 -Заевтектоідний білий чавун

Малюнок 2-карбідна матриця з виділенням графіту

З малюнка 2 видно, що при меншому змісті карбіду відбулося повне його розчинення. Сформувалася матриця заліза з виділенням графіту. У структурі були виявлені не травльоні світлі ділянки. Мікротвердість вище мікротвердості матриці, але нижче мікротвердості карбідної фази. Тому для встановлення природи цих ділянок необхідне проведення додаткових досліджень. Технологія плавлення приводить до високої розчинності карбіду титану в рідкій фазі й після кристалізації кількість карбідів дуже мало, тобто в наступних експериментах потрібно збільшити частку Ti. Додатково в зразках замірили мікротвердість. Мікротвердість поміряли в білих ділянках, у темних ділянках й у зоні графіту.

Таблиця 1-Мікротвердість зразка №1
Білі ділянки Білі смуги
Н/мм2 Н/мм2
7610 4450
7610 12870
5020 11660
5540 8570
6350 8940
5720 8940
5360 6570
5540 7060
5360 7610
4880 5540
4200
Xcp =5744 Н/мм2; Xcp=8221 Н/мм2
S2=(Xi-Xcp)2/n-1=1136447,6; S2=6716765
Результати виміру мікротвердості зразка №2 наведені в таблиці 2.

Таблиця 2-Мікротвердость зразка №2
Білі ділянки графит Темні ділянки
Н/мм2 Н/мм2 Н/мм2
4450 4470 3220
5020 1730 1670
3970 1340 3970
3660 1130 4090
3570 1580 4200
5540 1210 3970
8940 2100 4330
9720 1730 5920
7060 1940 5360
8570 1080 8240
4880
5540
5720
4580
5540
Xcp =5784 Н/мм2; Xcp=1831 Н/мм2; Xcp=4497 Н/мм2;
S2=3739925; S2=979343; S2=3026623
Експериментально встановлено, що розчинність карбіду титану в залізній матриці вище, ніж рівноважна, обумовлена по діаграмі стану Fe-Тi. Це може бути пов'язане з тим, що експерименти проводили в графітовому тиглі, що створював умови для додаткового насичення зразків вуглецем.