Вакуумного травления

3. Внедрение сталей электрошлакового и вакуумного переплава, новой безвольфрамовой стали.

Материалы для исследования: медь МО, алюминий АВО, столь 12Х18Н10Т промышленной выплавки, сталь 01Х18Н13 после двойного вакуумного переплава.

Значит, повышение жаропрочных св-в сплавов и эксплуатац. надежности деталей, происшедшее в течение последних десяти лет, было достигнуто в результате применения более чистых шихтовых материалов (Ni, Cr, Ti, Nb, W, Mo), свободных от вредных примесей (Pb, Bi, Sn, Sb, S); повышения содержания элементов (Ti + + Al), вызывающих дисперсионное твердение; присадки тугоплавких элементов (W, Mo, Nb), вызывающих торможение диффузионных процессов; введения малых добавок В, Са, Zr, Се, Ва, способствующих очищению и упрочнению межкрнстал-лич. слоев сплавов; совершенствования технологии выплавки (включая методы электрошлакового и вакуумного переплава); улучшения методов горячей обработки давлением, обеспечивающих однородность структуры готовых деталей; устранения на поверхности деталей обедненного слоя, образующегося вследствие высокого нагрева при термич. обработке; снятия напряжений, возникающих в деталях в результате наклепа при обработке резанием.

Термообработка на твердый раствор Вакуумного переплава горячекатаная, отожженная, очищенная, промасленная

Под руководством члена-корреспондента Академии наук СССР А. М. Самарина разработан метод вакуумного переплава стали, позволяющий получать однородные по составу и свободные от раковин слитки. Из этих «здоровых» слитков обычно прокатывают металл, предназначенный для изготовления самых ответственных деталей машин.

Установлено [25, 124 J, что электрошлаковый переплав повышает предел выносливости нормализованной и закаленной стали ШХ15. В 3 %-ном растворе NaCI при N = 2 • 10' цикл, нагружения условный предел выносливости после рафинирования увеличился у нормализованной стали ШХ15 с 100 до 120 МПа, а у закаленной и низкоотпущенной (160°С) — с 45 до 65 МПа, т.е. на 20—40 %. Электрошлаковый переплав с последующим вакуумным переплавом, однократный электрошлаковый переплав, двукратный вакуумный переплав из чистых шихтовых материалов повышают предел выносливости стали ШХ15 в воздухе с 680—720 до 940— 970 МПа. Наибольшее повышение выносливости наблюдается у сталей электрошлакового и двукратного вакуумного переплава.

Испытания на усталость образцов из стали 20 в воздухе, дистиллированной и водопроводной воде показали, что минимальным условным пределом выносливости в. указанных средах обладала сталь основной выплавки. Стали кислой выплавки, а также дугового вакуумного переплава имеют предел выносливости, больший при испытании в воздухе на 10—12 %, а в коррозионных средах — на 5 — 17 %, т.е, на 20—25 МПа. Сравнительно небольшое влияние чистоты сталей на выносливость в данном случае объясняется большей величиной зерна (Лискевич Ю.И. и др. 127, с. 155—157]), что должно якобы уменьшить роль неметаллических включений как концентраторов напряжений ввиду их относительно малой величины и меньшей чувствительности крупнозернистой структуры к концентрации напряжений, чем более мелкозернистой. Кроме того, усталостное разрушение носит транскристал-литный характер, а неметаллические включения располагаются, как правило, по границам зерен.

вакуумного переплава

/ — сталь обычного качества; 2 — вакуумного переплава с использованием высокочастотного нагрева; 3 —• высокочистая сталь

Влияние вакуумного переплава на сопротивляемость углеродистой стали микроударному разрушению после нормализации при 860° С

Повышенная сопротивляемость стали после вакуумного переплава микроударному разрушению объясняется уменьшением в ней числа микроскопических дефектов и, в частности, почти полным

Фото 22. Структура покрытия из интермсталлпда ПН85Ю15. а — без травления, Х400; б — после высокотемпературного вакуумного травления, Х1000.

Выявление структуры аустенита существующими методами цветного вакуумного травления [271 ] происходит в течение длительного времени (2—30 мин). Поэтому ни эти, ни другие известные методы тепловой микроскопии [272—274] не годятся для изучения структурных изменений в стали при объемном упрочнении деформированием со скоростями, близкими к условиям горячей обработки давлением (прокатка, штамповка, ковка и т. д.).

В некоторых случаях применение обычных способов химического травления не обеспечивает выявления тонкой структуры покрытий. Использование для этих целей метода высокотемпературного вакуумного травления позволило обнаружить в покрытии ПН85Ю15 структуру, напоминающую блочное строение с размером блоков 1—3 мкм (фото 22). Травление осуществлялось на модернизированной установке ИМАШ 9-66 при температуре 950°С в течение 25 мин.

При горячесолевом растрескивании титановых сплавов характерна зависимость стойкости сплавов' повышенной прочности от макро- и микроструктуры, а также от степени наклепа и текстурованности материала, получаемой в результате различных пластических и термических обработок [47, 48]. Установлено, что склонность к горячесолевому растрескиванию значительно уменьшается с увеличением скорости охлаждения при отжиге. Вместе с тем наиболее полное снятие при отжиге внутренних напряжений и повышение температуры отжига благоприятствуют стойкости против растрескивания. С увеличением размера микрозерна стойкость сплавов к горячесолевому растрескиванию снижается. Сильно понижает стойкость вакуумный отжиг, по-видимому, из-за активирования поверхности и вакуумного травления. В случае текстурованности сплава стойкость зависит от направления приложения напряжений при нагружениях под слоем солей.

ПАРАМЕТРЫ* КАТОДНОГО ВАКУУМНОГО ТРАВЛЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Чтобы сделать возможными наблюдение и измерение размеров зерен аустенита в процессе их роста, Лежер и Детрэ [101 ] предложили усовершенствованный метод вакуумного травления при нагреве (микроскоп с находящимся под вакуумом нагревательным столиком).

Повышение вязкости сталей типа Н18К9М5Т, перегретых при обработке давлением или предварительной закалке от 1200° С, достигается многократной закалкой. Методом высокотемпературного вакуумного травления установлено, что основной причиной

В рабочей зоне образцов, испытанных термоциклическим на-гружением, изучали структуру металла вокруг оксидных и сульфидных включений. Металл предварительно перешлифовали для снятия рельефа вакуумного травления и протравили 4%-ным спиртовым раствором азотной кислоты. Вокруг оксидных включений обнаружили более светлые участки микроструктуры (рис. 2, :и). С уменьшением размеров оксидов ширина этих участков уменьшалась. Металл вокруг сульфидных включений по структуре не имел заметных отличий от основной матрицы (рис. 2, б).

Например, образование и развитие микрорельефов на полированной поверхности образцов, подвергаемых высокотемпературной деформации, происходит при одновременном выявлении фоновой структуры вследствие вакуумного травления. При этом на процесс избирательного испарения практически одновременно накладываются процессы поверхностной диффузии и конденсации паров на поверхности образца, что усложняет характер образующегося микрорельефа и в ряде случаев затрудняет расшифровку. Наличие в рабочей камере остаточных газов может приводить к образованию окисных пленок различной толщины, затрудняющих наблюдение действительной структуры на поверхности образца *.

Например, алюминий обладает ничтожно малой скоростью испарения даже при остаточном давлении 1 • 10~5 мм рт. ст. и температуре 724° С, т. е. превышающей температуру его плавления. Естественно поэтому, что методы тепловой микроскопии не могут быть использованы для выявления микроструктуры чистого алюминия. Для эффективного вакуумного травления чистой меди при температуре около 950° С необходимо, чтобы остаточное давление в рабочей камере было не выше Ы0~5 мм рт. ст. При более высоком остаточном давлении выявление структуры меди требует весьма длительных выдержек.

Полигонизация исследовалась в работе [157] в тугоплавких металлах — молибдене с использованием методики вакуумного травления [161]. После деформации 10% при 300° С и отжига при 1100—1150°С возникает полигонизованная структура, что приводит к повышению горячей твердости. После деформации при высокой температуре 1150°С фрагментация структуры происходит в процессе деформации. Сетка субграниц получается более четкая, чем после деформации и последующего отжига. В работе [157] было также показано, что в результате полигонизаций значительно увеличивается сопротивление молибдена малым пластическим деформациям. Так, предел упругости спеченного молибдена после деформации ~9% и нагрева до 1100—1200° С возрастает в два раза — с 294 до 588 Мн/м2 (30 до 60 кГ/мм2), а при дальнейшем повышении