Расчетно-экспериментальная кинетика бейнитного превращения среднеуглеродистых конструкционных сталей в изотермических условиях и при непрерывном охлаждении : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук : 05.16.01

📅 2018 год
Куклина, А. А.
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………………………………………………………… 3
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ…………………………………………………………………………. 7 1.1 Бейнитное превращение в сталях ………………………………………………………………………………….. 7 1.2 Современные методы исследования фазовых и структурных превращений ………………….. 12 1.3 Аналитическое моделирование кинетики бейнитного превращения …………………………….. 14 1.4 Тонкие методы исследования структуры бейнита………………………………………………………… 18 1.5 Постановка задачи исследования ………………………………………………………………………………… 26
2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ ……………………………………………………………. 27
3 РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ КИНЕТИКИ РАСПАДА ПЕРЕОХЛАЖДЕННОГО АУСТЕНИТА КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ В ИЗОТЕРМИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ И ПРИ НЕПРЕРЫВНОМ ОХЛАЖДЕНИИ ……………………. 34
3.1 Исследование кинетики бейнитного превращения конструкционных сталей 50ХМФА, 25Г2С2Н2МА, 20Х2Г2СНМА, 38ХН3МФА ……………………………………………………………………… 34
3.2 Аналитическое описание экспериментальной кинетики бейнитного превращения ……….. 43
3.3. Рентгеноструктурные исследования изотермического бейнита сталей 50ХМФА, 25Г2С2Н2МА…………………………………………………………………………………………………………………… 62
3.4 Построение термокинетических диаграмм распада переохлажденного аустенита конструкционных сталей 50ХМФА, 25Г2С2Н2МА. ………………………………………………………….. 66
3.5 Расчет кинетики бейнитного превращения при непрерывном охлаждении ………………. 74
Выводы по главе………………………………………………………………………………………………………………. 75 4 ИЗУЧЕНИЕ ТОНКОЙ СТРУКТУРЫ БЕЙНИТА……………………………………………………………….. 77 4.1 Электронно- микроскопические исследования бейнита стали 25Г2С2Н2МА ……………….. 77
4.2 Исследование особенностей бейнитной структуры стали 25Г2С2Н2МА с помощью атомно- силовой микроскопии………………………………………………………………………………………….. 81
4.3 Исследование особенностей бейнитной структуры стали 25Г2С2Н2МА методом EBSD. 85
Выводы по главе………………………………………………………………………………………………………………. 91 5 КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КИНЕТИКИ ОБРАЗОВАНИЯ ВТОРОЙ ФАЗЫ … 92 Выводы по главе…………………………………………………………………………………………………………….. 100
6 ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ИЗОТЕРМИЧЕСКОЙ ЗАКАЛКИ ПРИ ОКОНЧАТЕЛЬНОЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ БУРОВЫХ КОРОНОК ИЗ СТАЛИ 25Г2С2Н2МА ……………… 102
Выводы по главе…………………………………………………………………………………………………………….. 109 ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………………………………………………………………………. 110 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………………………………………………………………… 114

Актуальность темы исследования
В настоящее время широко используются стали бейнитного класса для производства ответственных конструкций и деталей. Известно, что стали такого класса обладают повышенным комплексом механических и эксплуатационных свойств, достаточно технологичны и при экономном легировании характеризуются пониженной стоимостью. Интерес к переходу на стали бейнитного класса проявляют производители железнодорожных рельсов, поскольку возможности дальнейшего улучшения эксплуатационных характеристик рельсов из стали перлитного класса оказались исчерпаны.
В рельсовом производстве в последнее время наметилось новое направление – создание высокопрочных рельсов на основе стали с бейнитной структурой. Бейнит обеспечивает лучшую сопротивляемость износу. Из сталей бейнитного класса изготавливают роторы турбин, буровые коронки и обширную номенклатуру деталей.
В связи с этим детальное изучение процессов, протекающих при бейнитном превращении аустенита, а также влияние различных факторов на кинетику бейнитного превращения, являются весьма актуальными вопросами современного металловедения.
При назначении режимов термической обработки стальных деталей значительное внимание уделяется особенностям превращений переохлажденного аустенита, т. к. именно температурно-временные интервалы формирования различных структурных составляющих определяют возможность реализации тех или иных режимов охлаждения в различных средах или установках. Следовательно, представляет интерес создание и отработка методики оценки структурного состояния сталей бейнитного класса при их непрерывном охлаждении, что существенно сокращает материальные затраты на соответствующие работы и способствует повышению качества выпускаемой продукции.
Часто для уменьшения материальных затрат на экспериментальные исследования прибегают к использованию математического моделирования, основная задача которого максимально адекватно описывать и предсказывать экспериментальные данные.
Степень разработанности проблемы
Детальное исследование промежуточного превращения аустенита были начаты в тридцатых годах прошлого века после работ Девенпорта и Бейна, впервые построивших диаграмму бейнитного изотермического превращения аустенита. Отечественные ученые также не обошли вниманием промежуточное превращение. С. С. Штейнберг отмечал, что для бейнитного превращения необходимо перераспределение углерода. Г. В. Курдюмов предсказал возможность повышения концентрации углерода в непревращенном аустените. В. Д. Садовский указал на ведущую роль ферритной фазы при распаде в районе температур промежуточного
4
превращения. Любов Б. Я. рассматривал теорию кинетики распада пересыщенного твердого раствора. Коган Л. И., Энтин Р. И. в частности изучали превращения в низкоуглеродистых сталях.
В настоящее время достаточно много работ посвящено бейнитному превращению. Активно проводят исследования промежуточного превращения группы ученых, в частности Bhadeshia H. K. D. H., Chang L. C., Yang Z.-G., Soliman M., Kang J.S., C. García-Mateo, F.G. Caballero В России исследованием бейнитного превращения занимаются Счастливцев В.М., Симонов Ю.Н., Яковлева И.Л., Мирзаев Д.А., Окишев К.Ю.. В работах рассматриваются различные вопросы, в частности оценка перераспределения углерода в процессе распада переохлажденного аустенита, влияние предварительной деформации на кинетику промежуточного превращения.
Активно создаются изотермические и термокинетические диаграммы сталей бейнитного класса, разработанных в последнее время. Часто для исследования микроструктуры прибегают к использованию растровой и просвечивающей электронной микроскопии. Исследования структуры бейнитных пластин с помощью атомно-силового микроскопа приводится только в зарубежной литературе.
Цель: изучение особенностей формирования бейнитной структуры в применяемых и перспективных конструкционных сталях для различных условий термической обработки.
Задачи:
1. Проанализировать кинетику распада переохлажденного аустенита перспективных конструкционных сталей 50ХМФА (D6AC), 25Г2С2Н2МА (HY-TUF) и 20Х2Г2СНМА в процессе промежуточного превращения в изотермических условиях и при непрерывном охлаждении.
2. Предложить аналитическую модель для описания кинетики изотермического бейнитного превращения конструкционных сталей, разработать методику расчетного определения объемной доли бейнита при непрерывном охлаждении.
3. Методами компьютерного моделирования исследовать процесс фазового превращения, определить факторы, существенным образом влияющие на особенности кинетики превращения.
4. Методами атомно – силовой и растровой электронной микроскопии изучить наноразмерную структуру бейнита.

5
Научная новизна:
– на основе изучения кинетики изотермического бейнитного превращения перспективных конструкционных сталей 50ХМФА (D6AC), 25Г2С2Н2МА (HY-TUF), 20Х2Г2СНМА и применяемой стали 38ХН3МФ, обосновано применение логистической функции для аналитического описания превращения;
– предложен алгоритм расчета образующейся объемной доли бейнита при произвольном непрерывном охлаждении изделий из конструкционных сталей;
– построены изотермические и термокинетические диаграммы распада переохлажденного аустенита перспективных сталей 50ХМФА (D6AC) 25Г2С2Н2МА (HY- TUF);
– методами компьютерного моделирования исследована кинетика образования второй фазы, отражающая особенности бейнитного превращения;
– методом атомно-силовой микроскопии подтверждено наличие наноразмерных субпластин бейнита, а также выявлена зависимость межпластиночного расстояния от температуры изотермического превращения;
– разработана методика наноразмерного исследования приповерхностной зоны образцов с бейнитной структурой методом EBSD, результаты которой аналогичны основным выводам сканирующей зондовой микроскопии.
Теоретическая и практическая значимость работы заключается в аналитическом описании кинетики бейнитного превращения в изотермических условиях, которое позволяет правильно прогнозировать получаемую структуру конструкционных сталей, соответственно и их механические свойства, позволяет применить научно-обоснованный подход к разработке технологических процессов термической обработки конкретных деталей.
Методология и методы диссертационного исследования.
Методологической основой послужили труды ведущих отечественных и зарубежных ученых в области производства и изучения структуры конструкционных сталей. Для решения поставленных задач в диссертационной работе использованы следующие методы: оптическая металлография, дюрометрия, дилатометрия, рентгеноструктурный анализ, атомно- силовая микроскопия, растровая электронная микроскопия с использованием ориентационной микроскопии, основанной на анализе дифракции обратно рассеянных электронов (EBSD), а также инструментальные методы измерения механических свойств.
На защиту выносятся основные положения и результаты:
1. Аналитическое описание кинетики бейнитного превращения перспективных конструкционных сталей в изотермических условиях и при непрерывном охлаждении.

6
2. Особенности распада переохлажденного аустенита в промежуточной области конструкционных сталей в изотермических условиях.
3. Разработана компьютерная модель процесса образования второй фазы, учитывающая факторы, влияющие на особенности кинетики превращения.
4. Предложена методика тонкого исследования приповерхностной зоны образцов с бейнитной структурой методом EBSD.
Оценка достоверности результатов исследования выявила, что экспериментальные результаты получены на современном оборудовании, показана воспроизводимость результатов исследования, согласуются с опубликованными экспериментальными данными по теме исследовательской работы, использованы современные методы сбора и обработки исходной информации.
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы доложены на международных и всероссийских научно- технических конференциях и школах: XV, XVI, XVII, XVIII Международной научно-технической уральской школе-семинаре металловедов – молодых ученых (Екатеринбург, 2014, 2015, 2016, 2017, 2018); IV Международной интерактивной научно-практической конференции «Инновации в материаловедении и металлургии» (Екатеринбург, 2015); XXIII, XXIV Уральской школе металловедов-термистов «Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов»посвященная 100-летию со дня рождения профессора А.А. Попова (Тольятти, 2016; Магнитогорск, 2018); VII Международной школе с элементами научной школы для молодежи «Физическое материаловедение» (Тольятти, 2016); XLIV Международной научно-практической конференции «Научная дискуссия: вопросы технических наук» (2016); ХХХII студенческой международной заочной научно-практической конференции М 75 Молодежном научном форуме: Технические и математические науки (Москва, 2016); LVI международной научно-практической конференции Т38 Технические науки – от теории к практике (Новосибирск, 2016); IV Всероссийской молодежной школе- конференции «Современные проблемы металловедения» (Севастополь, 2016); 10th international conference on materials science & engineering (Брашов, 2017). Международной научно- технической конференции «Пром-Инжиниринг» (Челябинск 2017, 2018)
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 34 научных работы, из них: 9 в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 4 из которых в зарубежных журналах, индексируемых Scopus; 9 в сборниках научных трудов; 16 опубликовано в сборниках тезисов докладов международных и всероссийских конференций.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Помогаем с подготовкой сопроводительных документов

    Совместно разработаем индивидуальный план и выберем тему работы Подробнее
    Помощь в подготовке к кандидатскому экзамену и допуске к нему Подробнее
    Поможем в написании научных статей для публикации в журналах ВАК Подробнее
    Структурируем работу и напишем автореферат Подробнее

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Дмитрий К. преподаватель, кандидат наук
    5 (1241 отзыв)
    Окончил КазГУ с красным дипломом в 1985 г., после окончания работал в Институте Ядерной Физики, защитил кандидатскую диссертацию в 1991 г. Работы для студентов выполня... Читать все
    Окончил КазГУ с красным дипломом в 1985 г., после окончания работал в Институте Ядерной Физики, защитил кандидатскую диссертацию в 1991 г. Работы для студентов выполняю уже 30 лет.
    #Кандидатские #Магистерские
    2271 Выполненная работа
    Евгения Р.
    5 (188 отзывов)
    Мой опыт в написании работ - 9 лет. Я специализируюсь на написании курсовых работ, ВКР и магистерских диссертаций, также пишу научные статьи, провожу исследования и со... Читать все
    Мой опыт в написании работ - 9 лет. Я специализируюсь на написании курсовых работ, ВКР и магистерских диссертаций, также пишу научные статьи, провожу исследования и создаю красивые презентации. Сопровождаю работы до сдачи, на связи 24/7 ?
    #Кандидатские #Магистерские
    359 Выполненных работ
    Анна С. СФ ПГУ им. М.В. Ломоносова 2004, филологический, преподав...
    4.8 (9 отзывов)
    Преподаю англ язык более 10 лет, есть опыт работы в университете, школе и студии англ языка. Защитила кандидатскую диссертацию в 2009 году. Имею большой опыт написания... Читать все
    Преподаю англ язык более 10 лет, есть опыт работы в университете, школе и студии англ языка. Защитила кандидатскую диссертацию в 2009 году. Имею большой опыт написания и проверки (в качестве преподавателя) контрольных и курсовых работ.
    #Кандидатские #Магистерские
    16 Выполненных работ
    Глеб С. преподаватель, кандидат наук, доцент
    5 (158 отзывов)
    Стаж педагогической деятельности в вузах Москвы 15 лет, автор свыше 140 публикаций (РИНЦ, ВАК). Большой опыт в подготовке дипломных проектов и диссертаций по научной с... Читать все
    Стаж педагогической деятельности в вузах Москвы 15 лет, автор свыше 140 публикаций (РИНЦ, ВАК). Большой опыт в подготовке дипломных проектов и диссертаций по научной специальности 12.00.14 административное право, административный процесс.
    #Кандидатские #Магистерские
    216 Выполненных работ
    Шиленок В. КГМУ 2017, Лечебный , выпускник
    5 (20 отзывов)
    Здравствуйте) Имею сертификат специалиста (врач-лечебник). На данный момент являюсь ординатором(терапия, кардио), одновременно работаю диагностом. Занимаюсь диссертац... Читать все
    Здравствуйте) Имею сертификат специалиста (врач-лечебник). На данный момент являюсь ординатором(терапия, кардио), одновременно работаю диагностом. Занимаюсь диссертационной работ. Помогу в медицинских науках и прикладных (хим,био,эколог)
    #Кандидатские #Магистерские
    13 Выполненных работ
    Александра С.
    5 (91 отзыв)
    Красный диплом референта-аналитика информационных ресурсов, 8 лет преподавания. Опыт написания работ вплоть до докторских диссертаций. Отдельно специализируюсь на повы... Читать все
    Красный диплом референта-аналитика информационных ресурсов, 8 лет преподавания. Опыт написания работ вплоть до докторских диссертаций. Отдельно специализируюсь на повышении уникальности текста и оформлении библиографических ссылок по ГОСТу.
    #Кандидатские #Магистерские
    132 Выполненных работы
    Лидия К.
    4.5 (330 отзывов)
    Образование высшее (2009 год) педагог-психолог (УрГПУ). В 2013 году получено образование магистр психологии. Опыт преподавательской деятельности в области психологии ... Читать все
    Образование высшее (2009 год) педагог-психолог (УрГПУ). В 2013 году получено образование магистр психологии. Опыт преподавательской деятельности в области психологии и педагогики. Написание диссертаций, ВКР, курсовых и иных видов работ.
    #Кандидатские #Магистерские
    592 Выполненных работы
    Екатерина Д.
    4.8 (37 отзывов)
    Более 5 лет помогаю в написании работ от простых учебных заданий и магистерских диссертаций до реальных бизнес-планов и проектов для открытия своего дела. Имею два об... Читать все
    Более 5 лет помогаю в написании работ от простых учебных заданий и магистерских диссертаций до реальных бизнес-планов и проектов для открытия своего дела. Имею два образования: экономист-менеджер и маркетолог. Буду рада помочь и Вам.
    #Кандидатские #Магистерские
    55 Выполненных работ
    Елена Л. РЭУ им. Г. В. Плеханова 2009, Управления и коммерции, пре...
    4.8 (211 отзывов)
    Работа пишется на основе учебников и научных статей, диссертаций, данных официальной статистики. Все источники актуальные за последние 3-5 лет.Активно и уместно исполь... Читать все
    Работа пишется на основе учебников и научных статей, диссертаций, данных официальной статистики. Все источники актуальные за последние 3-5 лет.Активно и уместно использую в работе графический материал (графики рисунки, диаграммы) и таблицы.
    #Кандидатские #Магистерские
    362 Выполненных работы

    Последние выполненные заказы

    Другие учебные работы по предмету

    Менеджер онлайн в Telegram Написать