Исследована возможность получения термически стабильных наноструктурных поверхностных слоев в стали ЭК-181 (16Х12В2ФТаР) за счет ультразвуковой обработки и ионно-плазменного азотирования. Показано, что сочетание ультразвуковой обработки и азотирования не позволяет создать нанокристаллическую структуру а-фазы в поверхностных слоях стали ЭК-181. Изменение механических характеристик определяется составом и объемной долей нитридных фаз.

Исследовано влияние температуры старения на микроструктуру и механические свойства ферритно-мартенситной стали ЭК-181, подвергнутой закалке и последующей ультразвуковой обработке. Показано, что после высокотемпературного старения при 720С в поверхностных слоях стали образуется нанокристаллическая структура а-фазы с карбидами ванадия по границам зерен.

Исследованы микроструктура и фазовый состав поверхностных слоев ферритно-мартенситной 12%-й хромистой стали ЭК-181, формирующиеся при различных сочетаниях ультразвуковой и термической обработок. Показано, что нанокристаллическая структура alfa-фазы, по границам зерен которой выделяются частицы карбидов ванадия, образуется только в случае ультразвуковой обработки, выполняемой между закалкой и старением. Промежуточная ультразвуковая обработка обусловливает максимальное увеличение предела текучести исследуемых образцов при одноосном растяжении. Установлена корреляция между микроструктурой, механическими характеристиками и типом излома. Ключевые слова: микроструктура, фазовый состав, наноструктурирование поверхностных слоев, механические свойства, фрактография излома.

В работе с помощью современных методов профилометрического анализа, оптической металлографии и просвечивающей электронной микроскопии показаны морфологические и структурные превращения, происходящие в поверхностном слое малоуглеродистой стали при точении и последующих операциях шлифования и ультразвуковой финишной обработки (УФО). Показано. что при соблюдении оптимальных режимов УФО технологическая наследственность, создаваемая точением, устраняется. Поверхностный слой стали имеет однородную модифицированную структуру.

Методами электронной микроскопии и рентгеновской дифракции исследована азотистая сталь 07Х17АГ18 с аустенитной структурой после поверхностной деформационной обработки — ультразвуковой ковки (УЗК). В процессе УЗК аустенитная структура трансформируется в новую, содержащую повышенную концентрацию деформационных дефектов упаковки, множество деформационных микродвойников, кристаллы эпсилон-мартенсита. В поверхностном слое отмечено уменьшение параметра решетки аустенита. Азотистая сталь после УЗК обладает повышенными прочностными свойствами при сохранении высокой пластичности.

Авторами исследовано влияние ультразвуковой финишной обработки на структуру и свойства поверхностных слоев углеродистых сталей. При ультразвуковой финишной обработке на поверхности изделия формируются слои с градиентной структурой. Такое строение поверхности обеспечивает улучшение прочностных свойств композиции «градиентный слой – основа» для всех типов стали. Повышение дефектности кристаллического строения поверхностного слоя после ультразвуковой финишной обработки позволило предложить данный метод как способ предварительной подготовки поверхности перед химико-термической обработкой. Исследования показали, что предварительная ультразвуковая обработка изменяет глубину упрочненного слоя и соотношение фаз при азотировании.

Работа посвящена исследованию влияния ультразвукового поверхностного пластического деформирования сварных соединений стали ВКС-12 на их структурно-фазовое состояние и механические характеристики. Показано, что материал приповерхностного слоя толщиной около 40 мкм после обработки приобретает трехслойное строение с образованием наноструктуры на глубине до 3...4 мкм. На большей глубине регистрируются субзеренная структура с большеугловой разориентацией субзерен и фрагментированная структура. Установлена связь наноструктурирования поверхностного слоя с повышением циклической долговечности сварных соединений.

Исследовались механические свойства и механизм разрушения аустенитной нержавеющей стали 01X17H13M3 после термомеханической обработки по разным режимам и последующего низкотемпературного ионного азотирования. Независимо от исходной термообработки стали и режима насыщения азотом, ионное азотирование слабо влияет на стадийность пластического течения и скорость деформационного упрочнения, способствует поверхностному упрочнению и снижает пластические свойства стали, что обусловлено образованием хрупкого поверхностного слоя на образцах. Формирование высокодефектной зеренно-субзеренной структуры с высокой плотностью дислокаций способствует формированию более толстого упрочненного слоя и упрочнению образцов стали при ионном азотировании по сравнению с мелко- и крупнокристаллическими образцами.

Исследован эффект упрочнения 12% Cr ферритно-мартенситной стали ЭК-181 в процессе комплексной обработки, состоящей из закалки, ультразвуковой обработки, ионно-плазменного азотирования и высокотемпературного отпуска. Методами рентгеноструктурного анализа и просвечивающей электронной микроскопии показано, что температура азотирования оказывает существенное влияние не только на структуру и фазовый состав упрочненных поверхностных слоев, но и на процесс выделения частиц вторых фаз в объеме материала. Упрочнение стали после азотирования при 600 гр.С связано с выделением нитридных частиц в поверхностном слое и карбидных частиц в объеме стали. После азотирования при 700 гр.С. и последующего отпуска в объеме материала образуются игольчатые прослойки аустенита, что приводит к разупрочнению стали.

Исследовано влияния ультразвуковой, термической и комбинированной обработок на структуру и механические свойства теплостойкой стали 12Х1МФ. Выявлено, что ультразвуковая обработка приводит к повышению микротвёрдости в поверхностном слое, а также возрастанию предела прочности и усталостной долговечности. Термическая обработка (закалка) приводит к существенному изменению структуры по всему сечению, что сопровождается двукратным повышением предела прочности и значительным повышением усталостной долговечности. Последовательная термическая и ультразвуковая обработка приводит к формированию упрочнённого поверхностного слоя и дальнейшему кратному повышению усталостной долговечности.

Методами просвечивающей электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа исследована микроструктура шейки образцов ферритно-мартенситной стали ЭК-181 (Fe-12Cr-2W-V-Ta-B) после одноосного растяжения при комнатной температуре. Образцы подвергались стандартной термообработке (закалка + старение), а также промежуточной ультразвуковой обработке между закалкой и старением. Показано, что в шейке образца после стандартной термообработки в рейках мартенсита образуются субмикрокристаллические зерна а-фазы и изотропные дислокационные фрагменты. В образцах после ультразвуковой обработки в зоне локализованной деформации отсутствуют границы мартенситных кристаллов и также наблюдаются субмикрокристаллические зерна. Изучено влияние ультразвуковой обработки на характер разрушения образцов стали при одноосном растяжении.

Исследованы микроструктура и фазовый состав ферритно-мартенситной стали ЭК-181 в зависимости от режима термической обработки, а именно температуры и времени старения после закалки от 1080 гр. Установлено, что фазы Лавеса образуются только по границам ферритных зерен, тогда как карбиды Ме23С6 и V2С - как в ферритной, таки в мартенситной составляющих структуры.

Представлены результаты комплексного исследования микроструктуры и механических свойств поверхностных слоев титана в различных структурных состояниях (субмикрокристаллическое, микрокристаллическое и крупнозернистое), модифицированного в условиях имплантации ионами алюминия. Повышение физико-механических свойств титановых материалов основано на формировании модифицированного поверхностного слоя, состоящего из реструктурированной исходной мишени и формируемого твердого раствора. Уменьшение размера зерна исходного материала приводит к внедрению компонентов на большие глубины вследствие диффузии, что, в свою очередь, оказывает положительное влияние на свойства имплантированных материалов.

Монография посвящена описанию фундаментальных явлений в наноструктурных материалах. Дано систематическое изложение современного состояния исследований формирования наноразмерных интерметаллидных фаз в объеме и в поверхностных слоях металлов. Представлены результаты комплексных исследований, выполненных авторами, приведен обзор результатов, опубликованных другими исследователями. Обобщены экспериментальные результаты по влиянию нанокристаллического состояния на микроструктуру и физико-механические свойства металлов, сплавов и твердофазных соединений. рассмотрены методы и возможности ионно-плазменного воздействия на металлы. Показано, что вследствие изменения структуры и химического состава поверхностных слоев имеет место изменение физико-механических свойства материалов. Рассмотрены фундаментальные аспекты использования интерметаллидов в качестве упрочняющих фаз в имплантированных слоях и нанесенных покрытиях. Книга предназначена для специалистов в области физики конденсированного состояния и физики взаимодействия потоков ускоренных заряженных частиц и плазмы с твердым телом, научных работников, занимающихся вопросами физики, химии и механики наноструктурных материалов, а также для аспирантов и студентов, специализирующихся в области поверхностного упрочнения.

Исследованы особенности структуры, механические и триботехнические свойства аустенитной азотистой стали (Cr16.5, Mn18.8, С0.07, N0.53, Si0.52 маc. %, ост. Fe) после фрикционной обработки. Показано, что наряду с двойникованием азотистый аустенит при фрикционной обработке испытывает превращение гамма — ДУ — эпсилон. Упрочнение стали фрикционной обработкой проявляется в задержке начала пластического течения. В структуре поверхностного слоя толщиной 5 мкм отмечена высокая концентрация дефектов упаковки. Механические свойства зависят от ориентации действующих напряжений по отношению к направлению фрикционной обработки. При трении скольжения шарика из твердого сплава (94%WC + 6%Со) по упрочненной поверхности наблюдается аномально низкий коэффициент трения 0.13. В присутствии абразивных частиц в виде продуктов изнашивания коэффициент трения повышается до 0.50, однако интенсивность изнашивания почти в 2 раза меньше в сравнении с аналогичным показателем для не упрочненной поверхности азотистой стали, испытанной в тех же условиях.

Исследованы цилиндрические образцы из инструментальных сталей У9 и У8 термическая обработка которых проведена при разных температурах закалки, отпуска и отжига. Измерены скорость распространения ультразвуковой продольной волны в образцах, резонансная частота. твердость, плотность, остаточный аустенит, искажения кристаллической решетки и структура сталей. Установлено, что скорость ультразвука после закалки уменьшается, затем растет с увеличением температуры отпуска. Обсуждается взаимосвязь между акустическими другими свойствами и характеристиками сталей. Изменения скорости звука в сталях после термообработки с различными режимами связывают с искажением кристаллической решетки.

С помощью трехмерного бесконтактного профилометра Micro Measure 3D Station исследован микрорельеф поверхности углеродистой стали после у.з. финишной обработки. Рассмотрено влияние на микрорельеф получаемой поверхности исходных параметров поверхности. Описаны особенности формирования микрорельефа в режиме упрочняющей и отделочно-упрочняющей обработки. Для устранения перенаклепа поверхностного слоя предложено вводить в зону обработки геоактивирующий материал.

В работе представлены результаты исследования микроструктуры, механических свойств и фазового состава низкоуглеродистой стали 10Г2ФТ (Fe-1,12Mn-0,08V-0,07Ti-0,1C) до и после равноканального углового прессования. Установлено, что равноканальное угловое прессование стали 10Г2ФТ в двух исходных состояниях: феррито-перлитном и мартенситном, приводит к формированию преимущественно субмикрокристаллической структуры со средним размером структурных элементов 0,3 мкм, вызывает рост прочностных свойств и частичное растворение карбидов.

Обнаружена неоднородность распределения физических и механических свойств (скорости ультразвука, твердости и ударной вязкости) в горячекатаной листовой стали 09Г2С, связанная с неравномерным протеканием процессов деформации и рекристаллизации в различных участках листа. Эффект выражен сильнее при пониженных температурах конца прокатки, определены корреляционные уравнения, связывающие указанные свойства, и обосновано применение измерений скорости ультразвука для оценки механических характеристик.

Изучено влияние режимов термической обработки на микроструктуру и фазовый состав малоактивируемой жаропрочной ферритно-мартенситной стали ЭК-181 (Fe-2Cr-2W-V-Ta-Ba). Дополнительное термоциклирование вблизи точки фазового перехода "аустенит-мартенсит", между закалкой и отпуском затрудняет образование высокодисперсных фаз внедрения, снижает интенсивность фазового наклепа, препятнствует формированию субструктуры с непрерывными разориентировками и снижает температуру хрупковязкого перехода.

Исследовано влияние режимов термообработки (ТО) на структурно-фазовое состояние жаропрочной ферритно-мартенситной стали ЭК-181. Показано, что применение промежуточных (между закалкой и отпуском) отжигов при пониженных температурах приводит к увеличению дисперсности наночастиц карбонитрида ванадия по сравнению с традиционной термической обработкой. Найдены режимы ТО, обеспечивающие высокую плотность наночастиц при одновременном снижении иненсивности отпуска мартенсита.

Методами оптической металлографии и просвечивающей электронной микроскопии исследована перлито-ферритная сталь 60. Обнаружено, что в процессе воздействия ультразвуковой финишной обработки в приповерхностном слое толщиной 2...3 мкм образуется нанокристаллическая структура. В результате структурно-фазовых изменений и внесенных сжимающих напряжений микротвердость приповерхностного слоя стали возрастает.

Методами рентгеноструктурного фазового анализа и просвечивающей дифракционной электронной микроскопии исследована микроструктура и фазовый состав поверхностных слоев стали 40Х13 после облучения высокоинтенсивными низкоэнергетическими пучками ионов, ультразвукового поверхностного модифицирования и комбинированной обработки, включающей ультразвуковое модифицирование поверхности и ионную имплантацию. Обнаружено, что ультразвуковое модифицирование поверхности стали приводит к изменению структуры отпущенного мартенсита и образованию в мартенситных пластинах субмикрокристаллической зеренной структуры с размером зерна 0.3 мкм и наноразмерных специальных карбидов Cr23C0. Ионная имплантация исследуемой стали приводит к формированию азотированного слоя, состоящего из нитридной зоны - смеси нескольких фаз и зоны внутреннего азотирования. Предварительная ультразвуковая модификация приводит к увеличению нанотвердости и толщины азотированного слоя, что обусловлено более интенсивным проникновением атомов азота в поверхностный слой, увеличением в нем объемной доли нитридов железа и плотности ультрадисперсных частиц нитридов хрома.

Исследовано влияние ультразвукового ударного воздействия на изменение структуры и свойства перлита в поверхностном слое цементированной стали. Показано, что в результате пластической деформации происходит перераспределение углерода с образованием новых фаз.

Методами рентгеноструктурного анализа, просвечивающей электронной микроскопии и металлографии исследовано влияние высокоамплитудной ультразвуковой ударной обработки на структурные превращения и коррозионные свойства марганцовистой аустенитной стали 45Г17Ю3. Для оценки результатов коррозии использованы весовой и микроскопический методы, а также метод поляризационных кривых. Показано, что ультразвуковая обработка поверхности приводит к субструктурным и фазовым превращениям в стали. Под действием ультразвука происходит образование карбидов Fe3C, Me23C6, выделение углерода из твердого раствора, формирование двойниковой субструктуры. Коррозионная стойкость стали при ультразвуковой обработке повышается вдвое. Обсуждена взаимосвязь субструктуры и коррозионных свойств в аустенитной стали, а также способ повышения коррозионной стойкости в материалах с низкой энергией дефекта упаковки.

Приведены теоретические и практические данные по термической обработке порошковых конструкционных сталей, полученных методом спекания и горячей штамповки. Изложены новые сведения об упрочнении порошковых сталей, приведены термокинетические диаграммы и оптимальные режимы термической обработки порошковых сталей различных состава и пористости. Показано влияние структурного состояния сталей на их свойства. Предназначена для инженерно-технических работников металлургических машиностроительных предприятий и организаций, может быть полезна студентам вузов и техникумов.

В работе изучены структура и механические свойства низкоуглеродистой стали 10Г2ФТ (Fe -1.12Mn- 0.08V- 0.07Ti- 0.1C, мас. %) после интенсивной пластической деформации и последующих высокотемпературных отжигов. Сталь в феррито-перлитном состоянии подвергали равноканальному угловому прессованию при Т = 200 °C (режим Вc, 4 прохода) и кручению под квазигидростатическим давлением при комнатной температуре (5 оборотов при давлении 6 ГПа). Показано, что интенсивная пластическая деформация по выбранным режимам приводит к формированию фрагментированной структуры со средним размером элементов 260 нм после равноканального углового прессования и 90 нм после кручения под давлением. Квазигидростатическое давление приводит к росту микротвердости до 6.4 ГПа, что существенным образом превышает значения микротвердости в исходном состоянии и после равноканального углового прессования (1.6 и 2.9 ГПa соответственно). Сформированные структуры обладают высокой термической стабильностью: до 500 °C после равноканального углового прессования и до 400 °C после кручения под давлением. Обсуждаются вклады дисперсионного и субструктурного упрочнения в формирование высоких прочностных свойств стали 10Г2ФТ при интенсивной пластической деформации и в стабилизацию полученных субмикрокристаллической и нанокристаллической структур до высоких температур отжига.

Представлены результаты структурных исследований и механических испытаний образцов 12%-ных хромистых ферритно-мартенситных сталей ЭК-181 (RUSFER-EK-181, малоактивируемая) и ЧС-139 после длительного (13500h) старения при температурах 450 и 620°С. Высокая термическая стабильность микроструктуры этих сталей при старении обеспечивает сохранение их исходных кратковременных механических свойств при исследованных температурах.

Приведено более 180 изотермических и термокинетических диаграмм. Описывается уникальная методика построения диаграмм скоростей распада переохлажденного аустенита. Данные о прокаливаемости, структурах и механических свойствах стали после закалки и отпуска помогут выбрать научно обоснованные режимы термообработки. Предназначен для инженерно-технических и научных работников, занятых в машиностроении и порошковой металлургии, а также для студентов и аспирантов, специализирующихся в области порошковой металлургии и термической обработки.

В справочнике приведены основы термической обработки металлов и впервые широко освещены современное российское и зарубежное оборудование для термической обработки, организация технологического процесса, контроль качества и техника безопасности. Подробно рассмотрены технологии закалки, нормализации, отжига, отпуска и старения, химико-термическая обработка (цементация, азотирование, металлизация), объемная и объемно-поверхностная закалка, применение токов высокой частоты, газопламенная обработка крупногабаритных деталей. наряду с этим даны свойства всех промышленных сталей и сплавов на основе железа, алюминия, титана, магния, меди, никеля, хрома, молибдена и других металлов. Помимо большого объема табличных справочных данных книга содержит описание конкретных технологий широкой номенклатуры машиностроительных деталей и мероприятий, направленных на получение однородной и неоднородной структуры и свойств, на уменьшение напряжений и на ослабление окисления, выгорания элементов и коробления изделий. Для инженеров-технологов. материаловедов и конструкторов машиностроительного комплекса, а также для студентов и аспирантов, специализирующихся в области современных технологий обработки металлов.

Проведено сравнение возможностей оптической и атомно-силовой микроскопии при исследовании микроструктуры сталей. Методами оптической и атомно-силовой микроскопии получены изображения структуры перлитной и ферритной сталей. Показаны возможности и преимущества метода атомно-силовой микроскопии для исследования структуры сталей по сравнению с традиционно используемыми оптическими методами.

Третье издание (второе - в 1962 г.) переработано и дополнено материалами, отражающими современные достижения науки. В первом томе изложены методики современного металловедческого анализа: микроскопического, электронно-микроскопического, рентгеноструктурного, микрорентгеноспектрального. Оже-спектрографии, мессбауэровского и других способов исследования строения металлов и сплавов. Приведены основные положения статистической обработки экспериментальных результатов. Для инженерно-технических и научных работников предприятий, лабораторий и научно-исследовательских организаций различных отраслей промышленности.

Четвертое издание, как и третье (1983 г.), состоит из трех томов (каждый из которых - в двух книгах). В книге первой первого тома изложены методики современного металлографического анализа: микроскопического, электронно-микроскопического, рентгеноструктурного, рентгеноспектроскопического, микрорентгеноспектрального, нейтроноструктурного. Даны конкретные рекомендации осуществления этих методик, оценена эффективность их применения. Приведены методы математического планирования, обработки данных и оценки точности результатов. Сообщаются сведения о строении и свойствах элементов. Для инженерно-технических работников и специалистов предприятий и научно-исследовательских организаций металлургической и машиностроительной промышленности.

Четвертое издание, как и третье (в 1983 г.), состоит из трех томов (каждый из которых в двух книгах). В книге второй первого тома рассмотрены физические методы исследования - тепловые, объемные, электрические, магнитные, мессбауэровская спектроскопия, радиоспектроскопия, а также методы испытания механических свойств и методики специальных испытаний. Цели и задачи металловедения как науки на современном уровне, определяющие содержание и построение данного справочника, отражены в итоговой главе (послесловии). Второй и третий тома справочника выйдут в свет в 1992-1993 гг. Для инженерно-технических работников и специалистов предприятий и научно-исследовательских организаций металлургической и машиностроительной промышленности.

Методами рентгеноструктурного анализа исследовано изменение микроструктурных параметров твердых сплавов на основе карбида вольфрама в исходном и деформированном состояниях в зависимости от химического состава матрицы. Определены параметры решетки, размеры областей когерентного рассеяния, микроискажения кристаллической решетки, плотность дислокаций структурных составляющих твердых сплавов до и после деформации. Установлено, что механические свойства всего композита определяются величинами изменения определенных параметров внутренней структуры компонентов: пластичность сплава - величиной изменения размера областей когерентного рассеяния в матрице, а его прочность - величиной изменения микроискажений кристаллической решетки упрочнителя.