Вы здесь

Вдосконалення режимів алітування для забезпечення високої жаростійкості виробів із вуглецевих сталей.

Автор: 
Шимко Олексій Ігорович
Тип работы: 
Дис. канд. наук
Год: 
2008
Артикул:
3408U005554
99 грн
(320 руб)
Добавить в корзину

Содержимое

РАЗДЕЛ 2
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Материалы исследования
Для исследований использовали сталь 10, сталь Ст3, стандартного состава. В
качестве составляющих насыщающих смесей применяли порошки алюминия,
ферроалюминия, Al2O3 и NH4Cl. Подробные составы смесей приведены в последующих
разделах диссертации.
2.2. Методы исследования
Цель и поставленные в роботе задачи обусловили проведение исследований
структуры и фазового состава поверхностных слоев после алитирования,
исследований жаростойкости полученных алитированных слоев, проведение
оптимизации режимов алитирования.
Изучение микроструктуры. Особое внимание было уделено металлографическому
методу исследований с помощью микроскопа МИМ-8М и выявлению микроструктур с
использованием химического травления в 4-х %-ом растворе азотной кислоты HNO3 в
спирте, а так же теплового травления путем нагрева полированного микрошлифа в
камерной печи при 400 °С в течение 30 мин. и охлаждением на воздухе [80].
Тепловое травление, которое, как известно, основано на химической активности
фаз в зависимости от их состава, позволило определять места появления ячеек фаз
и их распространение в структуре. Следует отметить, что чувствительность
теплового травления к ячейкам зарождения фаз значительно выше чем у обычного
химического травления. Это обусловлено эффектом цветного закрашивания фаз.
Изучение фазового состава. Кроме металлографического анализа фазового состава
поверхностных слоев с применением теплового травления, дополнительно фазовый
состав изучали с помощью рентгеноструктурного анализа на установке ДРОН-3М с
применением железного Fe kб,в нефильтрованного излучения, при соотношении .
Изучали фазовый состав на шлифах, полученных после сошлифовки поверхностного
слоя на определенную глубину [81, 82].
Изучение микротвердости. Для определения изменения структурного состояния
алитированных слоев использовали метод измерения микротвердости фаз с помощью
прибора ПМТ-3 с использованием нагрузки на индентор в 1 Н [83].
Изучение жаростойкости. Жаростойкость определяли согласно с ГОСТ6310-71 по
методу увеличения массы образцов. Образцы подвергали алитированию в порошковой
смеси, затем взвешивали. После чего образцы размещали на керамической плитке в
камерной печи и подвергали нагреву до 950 °С, выдержке при этой температуре в
течение 5 ч и охлаждению вместе с печью до температуры ?50 оС. После завершения
одного цикла, образцы подвергали еще одному циклу по такой же схеме обработки
после чего выгружали из печи и взвешивали. В печи температура автоматически
регулировалась с точностью ±5 °С. Отклонение температуры в отдельных точках
печи, в зоне расположения образцов так же не превышало ±5 °С от заданной
температуры.
Всего было проведено 20 циклов обработки образцов при температуре 950 °С, что
дало суммарное время выдержки при указанной температуре – 100 ч. Температуру
испытания назначали 950 °С, исходя из возможности использования алитирования
при изготовлении ящиков для цементации, борирования и других видов
химико-термической обработки.
Особенности математической модели оптимизации режимов алитирования. Для
определения оптимальной глубины алитированного слоя и глубины зоны твердого
раствора при алитировании углеродистых сталей использовали метод симплексных
решеток, разработанный для изучения свойств и оптимизации состава
многокомпонентных смесей [84]. Применение данного метода дает возможность
получить сложную модель исследуемых зависимостей. Это особенно важно, так как
линейные и квадратичные модели редко оказываются адекватными при варьировании
показателей в широких пределах, а применение факторных планов для получения
моделей третьей и более высоких степеней требует проведения слишком большого
числа опытов [85].
Планирование эксперимента выполнено по стандартной процедуре: а) выбор области
исследования путем задания интервалов варьирования показателей режимов;
б) выбор плана эксперимента и проведение обработки экспериментальных партий
образцов по режимам, соответствующим точкам плана; в) вычисление коэффициентов
и построение модели; г) проверка адекватности модели; д) определение
доверительных интервалов; е) интерпретация результатов.
В качестве факторов эксперимента использовали временные параметры процессов
алитирования и последующего термоциклирования. Параметрами оптимизации были
выбраны: а) глубина зоны твердых растворов; б) глубина алитированного слоя.
В качестве модели использован полином четвертой степени. Координаты точек плана
представлены на рис. 2.1 и в табл. 2.1.

Рис. 2.1. Симплексная решетка четвертой степени.
Таблица 2.1
Матрица планирования эксперимента для модели четвертой степени
опыта
Координаты точек плана
Параметр
оптимизации
х1
х2
х3
y1
y2
y3
y12
y13
y23
y1112
y1222
y1113
10
y1333
11
y2223
12
y233
13
y1123
14
y1223
15
y1233
Уравнение четвертой степени, связывающее все значения факторов с параметрами
оптимизации, имеет вид:
где

В каждой точке плана проводилось три независимых опыта. Обработка данных
проводилась следующим образом:
Получение среднего значения для каждой точки.
Определение дисперсии опыта в каждой точке.
Проверка однородности ряда дисперсий с помощью G - критерия.
Вычисление дисперсии единичного значения.
Искомую дисперсию единичного значения определяли по формуле:
где ;
N - число опытов (точек плана).
Проверку однородности ряда дисперсий осуществляли с помощью G ? критерия
К