|
DOI: 10.14489/hb.2020.04.pp.003-010
Фокин Б. В., Жуков А. А., Навоев А. П., Кустов Ю. А., Гвоздев А. Е., Драпкин Б. М.
ДИФФУЗИОННАЯ АКТИВНОСТЬ УГЛЕРОДА ПРИ ПОЛИМОРФНОМ ПРЕВРАЩЕНИИ СТАЛИ И ДВУХСТУПЕНЧАТАЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯ ЦЕМЕНТАЦИЯ
(c. 3-10)
Аннотация. Рассмотрена диффузионная подвижность атомов углерода в процессе обезуглероживания стали У8 и цементации стали Ст3 в интервале температур полиморфного превращения. Установлено, что низкотемпературная цементация (НТЦ) возможна лишь после предварительной аустенизации стали. В состоянии полиморфного превращения вследствие ослабления сил межатомного взаимодействия, формирования двухфазной структуры комплексов происходит уменьшение энергии активации диффузии углерода и соответствующее увеличение коэффициента диффузии, что указывает на возможность проведения НТЦ. Выполнена оценка диффузионной способности углерода при НТЦ в двухфазном состоянии с использованием значения эффективной энергии активации диффузии с учетом относительного содержания аустенита и феррита согласно правилу «рычага». В результате выполненных исследований предлагается следующий способ двухступенчатой НТЦ: первая ступень – аустенизация (науглероживание) поверхностного слоя при температуре 920 °С в течение 20 мин; вторая ступень – цементация в интервале температур 700…740 °С в течение 2 ч. Последующая закалка и низкотемпературный отпуск обеспечивают требуемое качество цементованного слоя по аналогии с традиционным технологическим процессом цементации.
Ключевые слова: полиморфное превращение; цементация; диффузия; энергия активации; вакансионные комплексы; цементованный слой.
Fokin B. V., Zhukov A. A., Navoev A. P., Kustov Yu. A., Gvozdev A. E., Drapkin B. М.
DIFFUSION ACTIVITY OF CARBON DURING POLYMORPHIC TRANSFORMATION OF STEEL AND TWO-STAGE LOW-TEMPERATURE CEMENTATION
(pp. 3-10)
Abstract. It was studied diffusive mobility of carbon’s atoms in the process of decarbonation steel У8 and cementation steel Ст3 in the temperature’s interval of polymorphic transformation. It was set that low temperature cementation (LTC) is possible only after a preliminary austenitization steel. In the state of polymorphic transformation due to the weakening of interatomic interaction, the formation of a two-phase structure of complexes, there is a decrease in the activation energy of carbon diffusion and a corresponding increase in the diffusion coefficient, which indicates the possibility of conducting LTC. The diffusion ability of carbon in LTC in a two-phase state was estimated using the value of the effective activation energy of diffusion taking into account the relative content of austenite and ferrite according to the «lever» rule. As a result of the studies performed, the following two-stage LTC method is proposed: the first stage – austenization (carburization) of the surface layer at a temperature of 920 °С for 20 minutes; the second stage – cementation in the temperature range 700…740 °С for 2 hours. Subsequent hardening and low-temperature tempering provide the required quality of the cemented layer by analogy with the traditional cementation process.
Keywords: Polymorphic transformation; Cementation; Diffusion; Energy of activating; Vacancies complexes; Cemented layer.
Б. В. Фокин (Тутаевский филиал Рыбинского государственного авиационного технического университета им. П. А. Соловьева, Тутаев, Россия)
А. А. Жуков, А. П. Навоев (Рыбинский государственный университет им. П. А. Соловьева, Рыбинск, Россия) E-mail: anat.
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
Ю. А. Кустов (Тутаевский филиал Рыбинского государственного авиационного технического университета им. П. А. Соловьева, Тутаев, Россия)
А. Е. Гвоздев, Б. М. Драпкин (Тульский государственный педагогический университет им. Л. Н. Толстого, Тула, Россия)
B. V. Fokin (Tutaev Branch of P. A. Solovjev Rybinsk State University of Aviation Technology, Tutaev, Russia)
A. A. Zhukov, A. P. Navoev (P. A. Solovjev Rybinsk State University of Aviation Technology, Rybinsk, Russia) E-mail: anat.
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
Yu. A. Kustov (Tutaev Branch of P. A. Solovjev Rybinsk State University of Aviation Technology, Tutaev, Russia)
A. E. Gvozdev, B. M. Drapkin (Tula State Lev Tolstoy Pedagogical University, Tula, Russia)
1. Минкевич А. Н. Химико-термическая обработка металлов и сплавов. М.: Машиностроение, 1976. 491 с.
2. Лахтин Ю. М., Арзамасов Б. Н. Химикотермическая обработка металлов: учеб. пособие. М.: Металлургия, 1985. 256 с.
3. Блантер М. Е., Машков А. К. Аномальные изменения свойств сплавов в процессе фазовых превращений // Металловедение и термическая обработка металлов. 1959. № 1. С. 6 – 10.
4. Воробьев В. Г. Аномальные свойства металлических веществ во время протекания внутренних превращений и их техническое значение // Изв. ВУЗов. Машиностроение. 1960. № 8. С. 120 – 131.
5. Новиков И. И. Фазовые превращения в кристаллических телах (современное состояние проблемы) // Инженерно-физический журнал. 1980. Т. 39, № 6. С. 1118 – 1132.
6. Драпкин Б. М. О модуле Юнга цементита // ФММ. 1980. Т. 49, № 3. С. 649 – 651.
7. Гуляев А. П. Сверхпластичность стали. М.: Металлургия, 1982. С. 44 – 56.
8. Суровцев А. П., Суханов В. Е. О природе аномальной деформируемости углеродистых сталей // Металловедение и термическая обработка. 1984. № 10. С. 15 – 20.
9. Левин Д. М., Гвоздев А. Е. Температурные зависимости модулей нормальной упругости сложнолегированных быстрорежущих сталей разных способов производства // Изв. АН Сер. Металлы. 1995. № 1. С. 91 – 95.
10. Драпкин Б. М., Кононенко В. К., Безъязычный В. Ф. Свойства сплавов в экстремальном состоянии. М.: Машиностроение, 2004. 256 с.
11. О состоянии предпревращения металлов и сплавов: методика и результаты экспериментальных исследований и практических разработок [Электронное издание] / И. В. Тихонова, О. В. Кузовлева, А. Е. Гвоздев. № 17583 от 27.10.2009. № гос. Рег. 0320902220. 1 электрон. опт. диск (CD-ROM).
12. Криштал М. А. Механизм диффузии в железных сплавах. М.: Металлургия, 1972. 400 с.
13. Бокштейн С. З. Диффузия и структура металлов. М.: Металлургия, 1973. 206 с.
14. Гуров К. П. Диффузия и кинетика фазовых превращений в металлах и сплавах: учеб. пособие. М.: МИФИ, 1990. 80 с.
15. Конева Н. А. Физика прочности металлов и сплавов // Соровский образовательный журнал. 1997. № 7. С. 95 – 102.
16. Герцрикен С. Д., Дехтер И. Я. Диффузия в металлах и сплавах в твердой фазе. М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1960. 564 с.
17. Сазонов Б. Г. Экстремальная диффузионная активность в стали в состоянии предпревращения // Металловедение и термическая обработка металлов. 1990. № 7. С. 13 – 15.
18. Драпкин Б. М. Об определении энергии активации // Металлофизика. 1980. Т. 2, № 5. С. 40 – 46.
19. Блантер М. Е. Диффузия углерода в аустените // ЖТФ. 1947. Т. 17. С. 1331 – 1339.
20. Современные методы исследования полиморфных превращений в сталях: учеб. пособие / О. В. Селиванова и др. Екатеринбург: Изд-во Уральского университета, 2017. 60 с.
21. Марочник сталей и сплавов / под ред. В. Г. Сорокина. М.: Машиностроение, 1989. 640 с.
22. Табатчикова Т. И., Михайлов С. Б., Счастливцев В. М. и др. Исследование внутреннего трения патентированной стали У8 после дополнительного отжига // ФММ. 1997. Т. 84, № 4. С. 85 – 97.
23. Изотов В. И., Филлипов Г. А. Влияние переохлаждения при нормальном γ γ®a-превращении на распределение углерода в феррите низколегированной стали // ФММ. 1999. Т. 87, № 4. С. 72 – 77.
24. Пат. на изобретение № 2463380 по заявке № 2011124223. Способ цементации со ступенчатыми изотермическими выдержками в области температур полиморфного превращения / Фокин Б. В., Навоев А. П.; заявл. 15.06.2011. Фокин Б. В., Жуков А. А., Навоев А. П. и др. «Диффузионная активность углерода при полиморфном превращении стали …»
1. Minkevich A. N. (1976). Chemicalthermal treatment of metals and alloys. Moscow: Mashinostroenie. [in Russian language]
2. Lahtin Yu. M., Arzamasov B. N. (1985). Chemicalthermal treatment of metals: textbook. Moscow: Metallurgiya. [in Russian language]
3. Blanter M. E., Mashkov A. K. (1959). Anomalous changes in the properties of alloys during phase transformations. Metallovedenie i termicheskaya obrabotka metallov, (1), pp. 6 – 10. [in Russian language]
4. Vorob'ev V. G. (1960). Anomalous properties of metallic substances during the course of internal transformations and their technical significance. Izvestiya VUZov. Mashinostroenie, (8), pp. 120 – 131. [in Russian language]
5. Novikov I. I. (1980). Phase transformations in crystalline bodies (current state of the problem). Inzhenerno-fizicheskiy zhurnal, Vol. 39, (6), pp. 1118 – 1132. [in Russian language]
6. Drapkin B. M. (1980). About Young's Modulus of Cementite. Fizika metallov i metallovedenie, Vol. 49, (3), pp. 649 – 651. [in Russian language]
7. Gulyaev A. P. (1982). Superplasticity of steel, pp. 44 – 56. Moscow: Metallurgiya. [in Russian language]
8. Surovtsev A. P., Suhanov V. E. (1984). On the nature of the anomalous deformability of carbon steels. Metallovedenie i termicheskaya obrabotka, (10), pp. 15 – 20. [in Russian language]
9. Levin D. M., Gvozdev A. E. (1995). Temperature dependences of normal elasticity moduli of complex alloyed high-speed steels of various production methods. Izvestiya Akademii nauk. Seriya Metally, (1), pp. 91 – 95. [in Russian language]
10. Drapkin B. M., Kononenko V. K., Bezyazychniy V. F. (2004). Extreme alloy properties. Moscow: Mashinostroenie. [in Russian language]
11. Tihonova I. V., Kuzovleva O. V., Gvozdev A. E. (2009). On the state of preconversion of metals and alloys: methodology and results of experimental studies and practical developments. 1 electronic optical disc (CD-ROM). [in Russian language]
12. Krishtal M. A. (1972). The diffusion mechanism in iron alloys. Moscow: Metallurgiya. [in Russian language]
13. Bokshteyn S. Z. (1973). Diffusion and structure of metals. Moscow: Metallurgiya. [in Russian language]
14. Gurov K. P. (1990). Diffusion and kinetics of phase transformations in metals and alloys: textbook. Moscow: MIFI. [in Russian language]
15. Koneva N. A. (1997). Strength Physics of Metals and Alloys. Sorovskiy obrazovatel'niy zhurnal, (7), pp. 95 – 102. [in Russian language]
16. Gertsriken S. D., Dekhter I. Ya. (1960). Diffusion in metals and alloys in the solid phase. Moscow: Gosudarstvennoe izdatel'stvo fiziko-matematicheskoy literatury. [in Russian language]
17. Sazonov B. G. (1990). Extreme diffusion activity in steel in a state of preconversion. Metallovedenie i termicheskaya obrabotka metallov, (7), pp. 13 – 15. [in Russian language]
18. Drapkin B. M. (1980). About determining activation energy. Metallofizika, Vol. 2, (5), pp. 40 – 46. [in Russian language]
19. Blanter M. E. (1947). Carbon diffusion in austenite. Zhurnal tekhnicheskoy fiziki, Vol. 17, pp. 1331 – 1339. [in Russian language]
20. Selivanova O. V. et al. (2017). Modern methods for the study of polymorphic transformations in steels: textbook. Ekaterinburg: Izdatel'stvo Ural'skogo universiteta. [in Russian language]
21. Sorokin V. G. (Ed.) (1989). Marochnik of steels and alloys. Moscow: Mashinostroenie. [in Russian language]
22. Tabatchikova T. I., Mihaylov S. B., Schastlivtsev V. M. et al. (1997). Investigation of internal friction of patented U8 steel after additional annealing. Fizika metallov i metallovedenie, Vol. 84, (4), pp. 85 – 97. [in Russian language]
23. Izotov V. I., Fillipov G. A. (1999). The effect of supercooling during normal γ γ®a-conversion on the distribution of carbon in low-alloy steel ferrite. Fizika metallov i metallovedenie, Vol. 87, (4), pp. 72 – 77. [in Russian language]
24. Fokin B. V., Navoev A. P. (2011). Cementation method with stepwise isothermal extracts in the temperature range of polymorphic transformation. Ru Patent for invention No. 2463380. [in Russian language]
Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).
Стоимость статьи 350 руб. (в том числе НДС 18%). После оформления заказа, в течение нескольких дней, на указанный вами e-mail придут счет и квитанция для оплаты в банке.
После поступления денег на счет издательства, вам будет выслан электронный вариант статьи.
Для заказа скопируйте doi статьи:
10.14489/hb.2020.04.pp.003-010
и заполните форму
Отправляя форму вы даете согласие на обработку персональных данных.
.
This article is available in electronic format (PDF).
The cost of a single article is 350 rubles. (including VAT 18%). After you place an order within a few days, you will receive following documents to your specified e-mail: account on payment and receipt to pay in the bank.
After depositing your payment on our bank account we send you file of the article by e-mail.
To order articles please copy the article doi:
10.14489/hb.2020.04.pp.003-010
and fill out the form
.
|
Архив номеров
Разработка концепции и создание сайта - ООО «Издательский дом «СПЕКТР»