Структурные особенности перлитного превращения в магнитном поле. 10167 Структурные особенности перлитного превращения в магнитном поле

• Название: 10167 Структурные особенности перлитного превращения в магнитном поле
• Анкор: Структурные особенности перлитного превращения в магнитном поле
• Дата: 07.07.2020
• Размер: 341.17 Kb.
• Имя файла: Nauchnaya_statya.docx
• Тип: Документы; #133944

10167

Структурные особенности перлитного превращения в магнитном поле.

Пустовойт Виктор Николаевич, д.т.н., Профессор кафедры «Физическое и прикладное материаловедение» Донского Государственного Технического Университета, г. Ростов-на-Дону.

Долгачев Юрий Вячеславович, к.т.н., Доцент кафедры «Физическое и прикладное материаловедение» Донского Государственного Технического Университета, г. Ростов-на-Дону. [e-mail] Шведчикова Ольга Валерьевна, студентка 2 курса магистратуры кафедры «Физическое и прикладное материаловедение» Донского Государственного Технического Университета, г. Ростов-на-Дону. [e-mail]


Structural features of pearlite transformation in a magnetic field.

Pustovoit Viktor Nikolaevich, Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Physical and Applied Materials Science of the Don State Technical University, Rostov-on-Don.

Dolgachev Yury Vyacheslavovich, Ph.D., Associate Professor of the Department of Physical and Applied Materials Science of the Don State Technical University, Rostov-on-Don.

Shvedchikova Olga Valerievna, 2nd year student at the Department of “Physical and Applied Materials Science” of the Don State Technical University, Rostov-on-Don.

«Исследования, результаты и их обсуждение»

Для того чтобы исследовать и выявить особенности перлитного превращения в магнитном поле, нужно использовать образцы стали промышленной плавки с содержанием углерода 0,4 и 1,20 %. Для получения структуры пластинчатого перлита (рисунок 1) взятые образцы нагревали в технически чистом олове до 950℃ и после требуемой выдержки переносили в изотермическую микроэлектрованну, а сама ванна была помещенна между полюсами электромагнита. Обработку образцов без поля проводили таким же образом, но только при отключенном электромагните.



Рисунок 1 - Микроструктура стали 45 и У12 после изотермического распада аустенита при 680℃: а, в – обработка без поля; б, г – обработка в магнитном поле напряженностью 960 кА/м; а, б – х100; в, г – х500

Были получены значения межпластинчатого расстояния эвтектоида, с помощью реплик, с использованием эмпирических формул Салтыкова [1] (рисунок 2, а). Полученные данные показывают общую направленность уменьшения межпластинчатого расстояния в случае распада аустенита в магнитном поле.



Рисунок 2 - Электронно-оптические изображения эвтектоида: а – сталь 45, реплика, ×7500; б – сталь У8, фольга, ×5400



а) б) в)

Рисунок 3 - Полигоны распределения; а – колоний эвтектоида по форм-фактору l/d, сталь 45; б – колоний эвтектоида по форм-фактору l/d, сталь У8; в – ориентация пластин в эвтектоидных колониях относительно длинной оси, сталь 45; 1 – без поля, 2 – в магнитном поле.

При исследовании фольги с использованием расчетов установлено, что дисперсность эвтектоида стали У8 после распада в магнитном поле повышается в 1,3 раза (рис. 2, б). Анализ форм-фактора колоний эвтектоида (рис, 3, а, б) и ориентации пластин относительно данной оси колонии (рис. 3, в) показал отсутствие фактически значимого различия модальных значений этих параметров в стали эвтектоидного состава. В связи с этим сделано предположение, что магнитное поле напряженностью до 1 МА/м не оказывает существенного влияния на изменение формы эвтектоидных колоний и не создает условий для их преимущественного, ориентированного развития. Установленное в работе [2] уменьшение продолжительности эвтектоидного превращения под действием магнитного поля свидетельствует об увеличении средней скорости процесса. Магнитное поле может оказывать значительное влияние на скорость зарождения фаз [3], входящих в эвтектоид. Гетерогенное образование феррита на границах кристаллов приводит к возрастанию упругой энергии на межфазной поверхности α/γ из-за взаимодействия вектора спонтанного намагниченности I_S с полем H, кристаллографической магнитной анизотропии, появления поля напряжений в результате магнитострикционных деформаций. Кроме того, в объеме аустенитного зерна флуктуационно образуются и анигилируют кластеры с параллельной ориентацией магнитных моментов («рои» спинов) [4]. Эти флуктуационные кластеры дальнего ферромагнитного порядка имеют концентрацию и время релаксации, прямо зависящие от действия магнитного поля [5]. Наличие таких несовершенств магнитной природы приводит к локальной анизотропной деформации решетки и снижает в этих микрообъемах энергию образования зародыша критического размера [6-8].

Из всего вышесказанного, можно сделать вывод, что в магнитном поле под влиянием указанных факторов делает возможным мультипликативное зарождение центров феррита и как избыточной фазы, и как составляющей эвтектоидной смеси. На стадии распада по эвтектоидной реакции единовременный рост ферритных зародышей из большого числа центров вызывает обогащение ближайших микрообъемов аустенита углеродам и создает условия для массового появления цементитных пластин. Такое насыщенное развитие превращения в первый период обнаруживается с большей или меньшей точностью определяемой температурой начала реакции, что было установлено в эксперименте. Изменение количества избыточных фаз в магнитном поле связано с преимуществами ферромагнитного состояния феррита и термодинамической невыгодностью образования неферромагнитного цементита. Применение магнитного поля при термической обработке на структуру пластинчатого перлита приводит к повышению дисперсности эвтектоида (что является характерным результатом обработки в магнитном поле [9]) и изменяет характер процесса выделения избыточных фаз в сталях неэвтектоидного состава – активирует выделение избыточного феррита и подавляет выделение избыточного цементита. Такое изменение в структурообразовании перлита повышает характеристики пластичности с одновременным снижением прочности у доэвтектоидных и повышает прочность с уменьшением пластичности у заэвтектоидных сталей. Использование термической обработки в магнитном поле в интервале температур распада, соответствующих образованию структур сорбита и троостита, способствует снижению характеристик разрушения [10].

Заключение

Таким образом, применение магнитного поля при термической обработке на структуру пластинчатого перлита приводит к повышению дисперсности эвтектоида и изменяет характер процесса выделения избыточных фаз в сталях неэвтоктоидного состава- интенсифицирует выделения избыточнго феррита и подавляет выделение избыточного цементита. Подобное изменение в структурообразовании перлита влияет на механические свойства стали – повышает характеристики пластичности с одновременным снижением прочности у доэвтектоидных и, наоборот, повышает прочность с уменьшением пластичности у заэвтектоидных. Использование термической обработки в магнитном поле в интервале температур распада, соответствующих образованию структур сорбита и троостита, способствует снижению характеристик разрушения.

Список литературы

1. 
   Салтыков, С.А. Стереометрическая металлография / С.А. Салтыков. – М.: Металлургия, 1976. - 272 с.
   
2. 
   Пустовойт В.Н., Кузьмина В.А., Долгачев Ю.В. Структурные особенности перлитного превращения в магнитном поле // Научно-технический вестник Брянского государственного университета. 2016. № 2. С. 97-100.
   
3. 
   Пустовойт В.Н., Долгачев Ю.В., Рожкова В.М. Энергетические особенности образования зародышей мартенсита и кинетика гамма-альфа перехода при действии внешнего магнитного поля // Известия Волгоградского государственного технического университета. 2015. № 5 (160). С. 131-135.
   
4. 
   Pustovoit V.N., Dolgachev Y.V. Ferromagnetically ordered clusters in austenite as the areas of martensite formation // Emerging Materials Research. 2017. Т. 6. №2. С. 249-253.
   
5. 
   Pustovoit V.N., Dolgachev Y.V. Special features of the structure of martensite formed by hardening of steel in magnetic field in the temperature range of superplasticity of austenite // Metal Science and Heat Treatment. 2012. Т. 53. № 11-12. С. 515-519.
   
6. 
   Пустовойт В.Н., Долгачев Ю.В., Домбровский Ю.М., Корнилов Ю.А. О местах сдвигового образования зародышей при фазовых превращениях в стали // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2018. Т. 61. № 2. С. 114-119.
   
7. 
   Долгачев Ю.В., Пустовойт В.Н. Условия реализации двойникового механизма зарождения применительно к мартенситу // Известия Волгоградского государственного технического университета. 2017. № 10 (205). С. 156-160.
   
8. 
   Пустовойт В.Н., Долгачёв Ю.В. Проблемы зарождения при мартенситном превращении в стали // Вестник Донского государственного технического университета. 2013. Т. 13. № 1-2 (70-71). С. 5-24.
   
9. 
   Пустовойт В.Н., Долгачев Ю.В., Арефьева Л.П., Филоненко И.О., Иванков И.В. Диспергирование структуры стали при закалке в магнитном поле // Известия Волгоградского государственного технического университета. 2019. № 2 (225). С. 60-64.
   
10. 
    Пустовойт В.Н., Дука В.В., Долгачев Ю.В. Сценарий роста трещины в стали со структурой ферритно-мартенситного композита // Известия Волгоградского государственного технического университета. 2017. № 10 (205). С. 118-121.
    

List of references

1. 
   Saltykov, S.A. Stereometric metallography / S.A. Saltykov. - M.: Metallurgy, 1976.- 272 p
   
2. 
   Pustovoit V.N., Kuzmina V.A., Dolgachev Yu.V. Structural Features of Pearlite Transformation in a Magnetic Field // Scientific and Technical Bulletin of Bryansk State University. 2016. No. 2. P. 97-100.
   
3. 
   Pustovoit V.N., Dolgachev Yu.V., Rozhkova V.M. Energy features of the formation of martensite nuclei and the kinetics of the gamma-alpha transition under the action of an external magnetic field // Bulletin of the Volgograd State Technical University. 2015. № 5 (160). S. 131-135.
   
4. 
   Pustovoit V.N., Dolgachev Y.V. Ferromagnetically ordered clusters in austenite as the areas of martensite formation // Emerging Materials Research. 2017. Т. 6. №2. С. 249-253.
   
5. 
   Pustovoit V.N., Dolgachev Y.V. Special features of the structure of martensite formed by hardening of steel in magnetic field in the temperature range of superplasticity of austenite // Metal Science and Heat Treatment. 2012. Т. 53. № 11-12. С. 515-519.
   
6. 
   Pustovoit V.N., Dolgachev Yu.V., Dombrovsky Yu.M., Kornilov Yu.A. On the places of shear formation of nuclei during phase transformations in steel // Bulletin of higher educational institutions. Ferrous metallurgy. 2018.V. 61. No. 2. P. 114-119.
   
7. 
   Dolgachev Yu.V., Pustovoit V.N. Conditions for the implementation of the twin nucleation mechanism as applied to martensite // Bulletin of the Volgograd State Technical University. 2017. No. 10 (205). S. 156-160.
   
8. 
   Pustovoit V.N., Dolgachev Yu.V. The problems of nucleation during martensitic transformation into steel // Bulletin of the Don State Technical University. 2013.Vol. 13. No. 1-2 (70-71). S. 5-24.
   
9. 
   Pustovoit V.N., Dolgachev Yu.V., Arefieva L.P., Filonenko I.O., Ivankov I.V. Dispersion of the steel structure during quenching in a magnetic field // Bulletin of the Volgograd State Technical University. 2019.No 2 (225). S. 60-64.
   
10. 
    Pustovoit V.N., Duka V.V., Dolgachev Yu.V. Scenario of crack growth in steel with a ferritic-martensitic composite structure // Bulletin of the Volgograd State Technical University. 2017. No. 10 (205). S. 118-121.