Модификация структуры

Соединение CoNd3 образуется конгруэнтно при температуре 646 °С. Остальные промежуточные фазы образуются по перитекти-ческим реакциям: Co1?Nd2 (1301 °С), Co5Nd (1266 °С), Co19Nd5 (П66 °С), Co7Nd2 (1161 °С); Co,Nd (1105 Т), Co2Nd (965 °С), Co3Nd2 (640 °С); Coli7Nd2 (599 °С), Co3Nd? (596 °С) [MJ. Предположительно соединения Co?Nd2 и Co3Nd2 существуют в двух модификациях. Температура полиморфного перехода Co3Nd2 — 583 °С.

Фазы у и CoSn имеют небольшие области гомогенности протяженностью ~1 % (ат.) для у и ~3—4 % (ат.) для CoSn при температурах ниже 400 °С. Фаза у существует в двух модификациях, температура перехода составляет -500 °С [2] или 547 °С [3]. В системе кристаллизуются две эвтектики при температуре 1180 °С и содержании -24 % Sn [1] и при температуре -229 °С и содержании -99 % (ат.) Sn [X].

В системе Dy—Sb образуются три соединения: DySb, Dy5Sb3 и Dy4Sb3. Соединение DySb плавится конгруэнтно при 2170 °С, соеди нения Dy5Sb3 и Dy4Sb3 кристаллизуются по перитектическим реакциям при 1680 и 1780 °С соответственно. Соединение DySb пря температуре 1890 °С претерпевает полиморфное превращение; соеди нение Dy4Sb3 также существует в двух полиморфных модификациях, температура перехода составляет 1630 "С. При температуре 1160 "С осуществляется эвтектическое превращение, сплав в эвтектической точке содержит 14,5 % (ат.) Sb. Эвтектика со стороны Sb практически вырождена, сплав эвтектического состава содержит 99 % (ат.) Sb, температура эвтектической реакции составляет 622 °С, что на 8 °С ниже температуры плавления Sb. В работе [V—CJ сообщено о существовании еще одного соединения DySb2. Кристаллическая структура соединений системы Dy—Sb представлена в табл. 155.

Диаграмма состояния Er—Ge изучена в работах [ 1, 2]. Сплавы изготовляли в дуговой печи в среде очищенного Аг и гомогенизировали также в среде Аг в контейнерах из танталовой жести при температуре 1200 "С в течение 100 ч и при температуре 750 °С в течение 400 ч. Исследование выполняли методами термического, микроструктурного, рентгеновского анализов, измерением плотности. На рис. 217 приведена диаграмма состояния Er—Ge по данным работы [2]. В системе образуется восемь соединений. Соединение Er5Ge3 плавится с открытым максимумом при 1950 °С, соединения Er5Ge4, ErijGe10, ErGe, ErGej 5, ErGe2, ErGe3_x кристаллизуются по пери-тектическим реакциям при температурах 1875, 1720, 1451, 1409, 1037, 890 °С соответственно. Соединение ЕгцОе5 образуется по перитектоидной реакции ErGe + ErGej 5 ** ЕгцС-ег при температуре 1387 "С. Соединение ErGej 5 при температуре 943 С претерпевает полиморфное превращение,' а соединение ErGe2 существует в трех полиморфных модификациях: температура а ** р превращения составляет 907 "С, р * у превращения 932 °С. В системе Er—Ge осуществляются два эвтектических превращения: Ж ** (Ег) + Er5Ge3 при температуре 1322 °С и содержании 12 % (ат.) Ge и Ж «* ErGe3.x + + (Ge) при температуре 877 °С и содержании 86 % (ат.) Ge. Взаимная растворимость Ег и Ge в твердом состоянии менее 1 % (ат.). Области гомогенности на основе соединений не превышают 1 % (ат.). Кристаллическая структура соединений приведена в табл. 164.

Соединения Er5Pd2, ErPd, Er3Pd4 (Er4Pd5 LI]) и ErPd3 образуются конгруэнтно при температурах 940, 1540, 1450 и 1710 "С, соответственно. Соединения Er3Pd2, Er2Pd3, Er10Pd21 (ErPd2 [1]) образуются по перитектическим реакциям при температурах 991, 1323, 1325 °С. Соединение ErPd7 образуется также по перитектичес-кой реакции и нанесено на диаграмму (см. рис. 230) по данным работы [3]. Соединение ErPd имеет область гомогенности 1—1,5 % (ат.), а в интервале температур 565—548 °С претерпевает полиморфное превращение. Соединение Er2Pd3 также существует в двух модификациях, температура структурного перехода составляет П50 "С. Соединение ErPd3 имеет достаточно широкую область гомогенности, равную ~5 % (ат.), в интервале концентраций 75—79,5 % От.) Pd. При температурах 915, 923, 1430, 1295 и 1280 °С и содержании 26,5; 31,5; 53,5; 63,5; 86,0 % (ат.) Pd осуществляется эвтектическая кристаллизация. Растворимость Ег в Pd при эвтектической температуре 1280 °С составляет 13 % (ат.). В табл. 167 приведена кристаллическая структура соединений.

j Результаты работы [1 хорошо согласуются с данными более 'Ранней работы 2]. В системе существуют четыре соединения, из ! которых только GdSb плавится конгруэнтно при 2130 °С. GdSb сУЩествует в двух модификациях, температура полиморфного превращения 1840~°С [1 ] . Соединения GdjSb,, Gd4Sb3 и GdSb2 образу-по перитсктическим реакциям при 1о40, 1770 и 780 °С соответ-В системе имеют место два эвтектических равновесия:

1700 °C. U4Rh3, U3Rh4 и U3Rh5 образуются по перитектическим реакциям при температурах 1155, 1450 и 1550 °C соответственно. U4Rh3 существует в двух модификациях; температура изоморфного перехода 720 °С [1,2].

Диаграмма состояния U-Se приведена на рис. 583 по данным работы [М]. Установлено образование семи соединений: USe, U2Se3, USe, 88, U3Se4, U3Se5, USe2 и USe3. USe, U2Se3 и USe, 88 плавятся конгруэнтно при температурах 1990,1610 и 1460 °С соответственно; соединения U3Se4, U3Se5, USe2 и USe3 образуются по перитектическим реакциям при температурах 1680, 1560, ?1400, 1160 °С соответственно. Соединение U3Se4 существует в двух модификациях, температура полиморфного а •=• « Р перехода составляет 1600 °С.

Кальций — элемент II группы Периодической системы элементов Д. И. Менделеева с порядковым номером 20, занимает по распространенности в природе шестое место: содержание его в земной коре 3,6 %. .Большая часть кальция находится в природе в виде известняка, мела, мрамора (СаСОз), гипса (CaSO4-2H2O), доломита (Ca-Mg)CO3 и др. Кальций — серебристо-белый, блестящий пластичный металл, атомная масса его 40,08. Электронная структура атома кальция Is22s22p63s33p64s2. Имеются три аллотропические модификации кальция: «.-(кубическая решетка), переходящая при 300 °С в [З-модификацию (центрированная кубическая решетка), которая при 450 °С переходит в ^-модификацию (кубическая объемноцеитрированная решетка). Кальций обладает следующими физико-химическими свойствами: валентность 2; плотность 1,55 г/см3; температура плавления 1124 К и кипения 1760 К. Реакция образования оксида кальция характеризуется значительными изменениями термодинамического потенциала ДС° (Дж/моль): в области температур 1124—1760 К: Са,„ + 0,5О2=СаОт; AG^ =—641839+107,17 Т И при окислении парообразного кальция в области температур 1760— 2500 К Саг + 0,5О2 = СаОт; ДС^ =—795910+195,19 Т. С углеродом кальций образует прочный карбид СаСа (ДЯ298 =59,02 кДж/моль), существующий в четырех модификациях. Температура плавления СаСа 2573 К, плотность 2,22 г/см3. С кислородом кальций дает исключительно прочное соединение — оксид кальция СаО (ДЯ^эв =—636 кДж/моль); температура плавления СаО 2860 К, кипения 3773 К и теплота плавления 51,25 кДж/моль. Энергия образования карбида кальция из элементов может быть подсчитана по уравнениям:

кальций образует прочный карбид СаСа (ДЯ298 =59,02 кДж/моль), существующий в четырех модификациях. Температура плавления СаСа 2573 К, плотность 2,22 г/см3. С кислородом кальций дает исключительно прочное соединение — оксид кальция СаО (ДЯ^эв =—636 кДж/моль); температура плавления СаО 2860 К, кипения 3773 К и теплота плавления 51,25 кДж/моль. Энергия образования карбида кальция из элементов может быть подсчитана по уравнениям:

Повышение экономически целесообразной долговечности машин, приборов, агрегатов, технологического оборудования и инструментов возможно главным образом за счет повышения износостойкости материалов, участвующих в трибомеханическом взаимодействии. Решение этой актуальной научно-технической задачи базируется на результатах глубоких научных исследований и обоснованных решениях. В этой связи исключительное значение приобретают работы в области трибо-материаловедения (сплавы, полимеры, композиционные материалы), трибофизики (физикохимия процессов трения и изнашивания) и трибо-технологии (модификация структуры, упрочнение), а также теоретические и экспериментальные исследования в области трибомеханики с использованием новейших технических средств испытания материалов и измерительной техники. Они помогут раскрыть и изыскать новые способы снижения потерь мощности на трение и повышения износостойкости деталей машин, приборов и технологического оборудования.

Модификация структуры основывается на влиянии изменений параметров микроструктуры (размер зерна, кристаллографическая текстура, плотность дислокаций) на механические свойства и износостойкость материалов. Примерами структурной модификации приповерхностного слоя являются дробеструйная обработка, накатывание роликом, вибрационное накатывание, ультразвуковая упрочняющая обработка, алмазное выглаживание, электромеханическое упрочнение [13]. Известно, что поверхностная закалка после нагрева приводит к уменьшению размера зерен вблизи поверхности и увеличению локального напряжения течения. Поэтому поверхностный нагрев с применением направленных источников энергии, таких, как лазер и электронный луч, может использоваться для оплавления и последующего быстрого затвердевания (кристаллизации) поверхностного слоя. Названные методы обработки вызывают улучшение размеров зерна, формирование мелкой, субзеренной структуры, увеличивают концентрацию выделений и упрочнение, приводят к появлению новых полезных фаз. растворению или удалению инородных включений [19]. Перечисленные эффекты структурной модификации делают ее весьма перспективной, а развитие метода входит в число актуальных задач триботехнологии.

МОДИФИКАЦИЯ СТРУКТУРЫ МАТЕРИАЛОВ ТРИБОСИСТЕМ

Разновидностью термической обработки является химико-термическая обработка стали (XТО). При ХЮ модификация структуры и свойств достигается изменением химического состава поверхностных слоев. В зависимости от вида элемента, которым насыщается поверхностный слой стальной детали, различают: цементацию (насыщение углеродом), нитроцемент ацию (одновременное насыщение углеродом и азотом), диффузионную металлизацию (насыщение хромом, алюминием и др.). борирование (насыщение бором), сульфоцианированис (одновременное насыщение серой, углеродом и азотом).

Использование технологий модификации первого поколения [165, 166], основанных на однократном или многократном однотипном внешнем воздействии потоками тепла, массы, ионов и т.д., не всегда обеспечивает требуемые показатели износостойкости материалов при высоких температурах, контактных давлениях и действии агрессивных сред. Поэтому расширение области применения и эффективности методов модификации металлов и сплавов для их использования в экстремальных условиях эксплуатации связано с созданием комбинированных и комплексных способов упрочнения, сочетающих достоинства различных технологических приемов. Существует несколько базовых способов упрочнения, эффективность которых в сочетании с другими методами подтверждена производственной практикой [165, 166]. К таким методам относятся ионно-плазменное напыление, электроэрозионное упрочнение, поверхностное пластическое деформирование, а также термическая обработка. Модификация структуры и свойств материалов при этом происходит за счет сочетания различных механизмов, отличающихся физико-химической природой. На этой основе разрабатываются новые варианты технологий второго поколения, включающие двойные, совмещенные и комбинированные процессы [166-169], в которых применяются потоки ионов, плазмы и лазерного излучения. К данному направлению относятся обработка нанесенных

Модификация структуры материалов трибосистем ............................... 147

Повышение экономически целесообразной долговечности машин, приборов, агрегатов, технологического оборудования и инструментов возможно главным образом за счет повышения износостойкости материалов, участвующих в трибомеханическом взаимодействии. Решение этой актуальной научно-технической задачи базируется на результатах глубоких научных исследований и обоснованных решениях. В этой связи исключительное значение приобретают работы в области трибо-материаловедения (сплавы, полимеры, композиционные материалы), трибофизики (физикохимия процессов трения и изнашивания) и трибо-технологии (модификация структуры, упрочнение), а также теоретические и экспериментальные исследования в области трибомеханики с использованием новейших технических средств испытания материалов и измерительной техники. Они помогут раскрыть и изыскать новые способы снижения потерь мощности на трение и повышения износостойкости деталей машин, приборов и технологического оборудования.

Модификация структуры основывается на влиянии изменений параметров микроструктуры (размер зерна, кристаллографическая текстура, плотность дислокаций) на механические свойства и износостойкость материалов. Примерами структурной модификации приповерхностного слоя являются дробеструйная обработка, накатывание роликом, вибрационное накатывание, ультразвуковая упрочняющая обработка, алмазное выглаживание, электромеханическое упрочнение [13]. Известно, что поверхностная закалка после нагрева приводит к уменьшению размера зерен вблизи поверхности и увеличению локального напряжения течения. Поэтому поверхностный нагрев с применением направленных источников энергии, таких, как лазер и электронный луч, может использоваться для оплавления и последующего быстрого затвердевания (кристаллизации) поверхностного слоя. Названные методы обработки вызывают улучшение размеров зерна, формирование мелкой, субзеренной структуры, увеличивают концентрацию выделений и упрочнение, приводят к появлению новых полезных фаз, растворению или удалению инородных включений [19]. Перечисленные эффекты структурной модификации делают ее весьма перспективной, а развитие метода входит в число актуальных задач триботехнологии.

МОДИФИКАЦИЯ СТРУКТУРЫ МАТЕРИАЛОВ ТРИБОСИСТЕМ

Разновидностью термической обработки является химико-термическая обработка стали (ХТО). При ХТО модификация структуры и свойств достигается изменением химического состава поверхностных слоев. В зависимости от вида элемента, которым насыщается поверхностный слой стальной детали, различают: цементацию (насыщение углеродом), нитроцементацию (одновременное насыщение углеродом и азотом), диффузионную металлизацию (насыщение хромом, алюминием и др.), борирование (насыщение бором), сульфоцианирование (одновременное насыщение серой, углеродом и азотом).

Использование технологий модификации первого поколения [165, 166], основанных на однократном или многократном однотипном внешнем воздействии потоками тепла, массы, ионов и т.д., не всегда обеспечивает требуемые показатели износостойкости материалов при высоких температурах, контактных давлениях и действии агрессивных сред. Поэтому расширение области применения и эффективности методов модификации металлов и сплавов для их использования в экстремальных условиях эксплуатации связано с созданием комбинированных и комплексных способов упрочнения, сочетающих достоинства различных технологических приемов. Существует несколько базовых способов упрочнения, эффективность которых в сочетании с другими методами подтверждена производственной практикой [165, 166]. К таким методам относятся ионно-плазменное напыление, электроэрозионное упрочнение, поверхностное пластическое деформирование, а также термическая обработка. Модификация структуры и свойств материалов при этом происходит за счет сочетания различных механизмов, отличающихся физико-химической природой. На этой основе разрабатываются новые варианты технологий второго поколения, включающие двойные, совмещенные и комбинированные процессы [166-169], в которых применяются потоки ионов, плазмы и лазерного излучения. К данному направлению относятся обработка нанесенных

Модификация структуры материалов трибосистем ............................... 147