Исследование превращений в неметаллических включениях методом высокотемпературной металлографии

Abstract

RU: Цель. Представляет интерес исследовать превращения в неметаллических включениях при высокотемпературном вакуумном нагреве и лазерной обработке сталей. Необходимо проанализировать особенности влияния медленного и скоростного нагрева на различные превращения во включениях разных типов, что может вызвать изменение свойств самих включений и сталей после термической либо лазерной обработки. Необходимо также выявить возможности управляемой гетерогенизации структуры неметаллических включений и стальной матрицы при формировании локальных градиентных и композитных зон контактного взаимодействия в системах включение-матрица. Целью работы является выявление основных видов трансформации неметаллических включений с помощью высокотемпературной металлографии и лазерного нагрева. Методика. Материалами для исследований служили промышленные стали, содержащие различные неметаллические включения. Образцы различных сталей с предварительно полированной поверхностью подвергали нагреву в вакууме на установках ИМАШ-5С и Рейнхарт, а также лазерному нагреву на установках ГОС-30М и КВАНТ-16. Применяли методы исследования – вакуумная металлография, петрография и оптическая микроскопия (Неофот-21). Результаты. Установлено, что при нагреве в вакууме во включениях происходят различные превращения, которые обусловлены полиморфизмом, переходом в более стабильное состояние, выделением и растворением второй фазы, изменением состава. Эти превращения вызывают напряжения, способствующие локальной спонтанной рекристаллизации. При высокотемпературном нагреве происходит диссоциация и растворение включений, что сопровождается локальным насыщением стальной матрицы каскадного типа и выделением «сателлитных» включений.Перераспределение включений при высокотемпературном нагреве способствует декорированию высокотемпературных границ и проявлению структурной наследственности. При лазерном воздействии происходят плавление и скоростная кристаллизация включений, сдвиговые полиморфные превращения во включениях переход в более либо менее стабильное состояние, выделение и растворение второй фазы, изменение состава, восстановление металлов из оксидов, образование градиентных и композитных микрозон. Исследованы особенности превращений во включениях при скоростном нагреве в условиях лазерного воздействия, позволяющем выявлять высокотемпературную структуру включений, находящихся на полированной поверхности. Обсуждаются особенности превращений во включениях при обычном и скоростном нагреве. Научная новизна. Установлены особенности превращений в неметаллических включениях при разных условиях нагрева и охлаждения, которые проходят при взаимодействии неметаллических включений и стальной матрицы. Практическаязначимость. Использование полученных результатов позволит разработать методы и режимы различных видов обработки, позволяющие влиять на размеры, состав, структуру и распределение неметаллических включений в сталях с целью повышения механических свойств.

UK: Мета. Представляє інтерес дослідити перетворення в неметалевих включеннях при високотемпературному вакуумному нагріві та лазерній обробці сталей. Необхідно проаналізувати особливості впливу повільного та швидкісного нагріву на різноманітні перетворення у включеннях різних типів, що може викликати зміну властивостей самих включень і сталей після термічної або лазерної обробки. Необхідно також виявити можливості управління гетерогенізацією структури неметалевих включень і стальної матриці при формуванні локальних градієнтних і композитних зон контактної взаємодії в системах включення-матриця. Метою роботи євизначення основних закономірностей трансформації неметалевих включень за допомогою високотемпературної металографії та лазерного нагріву. Методика. Матеріалами для досліджень були промислові сталі, які містять різні неметалеві включення. Зразки різних сталей з попередньо полірованою поверхнею піддавали нагріву у вакуумі на установках ІМАШ-5С іРейнхарт, а також лазерному нагріву на установках ГОС-30М і КВАНТ-16. Використовували методи дослідження – вакуумна металографія, петрографія і оптична мікроскопія (Неофот-21). Результаты. Установлено, що при нагріві у вакуумі у включеннях проходять різні перетворення, що обумовлені поліморфизмом, переходом в більш стабильний стан, виділенням та розчиненям другої фази, зміною складу. Ці перетворення викликають напруження, які сприяють локальній спонтанній рекристалізації. При високотемпературному нагріві проходить дисоціація та розчинення включень, що супроводжується локальним насиченням стальної матриці каскадного типу та виділенням «сателітних» включень. Перерозподіл включень при високотемпературному нагріві сприяє декоруванню високотемпературних границь і прояву структурної спадковості. При лазерній дії проходить плавлення та швидкісна кристалізація включень, зсувові поліморфні перетворення у включеннях, перехід у більш або менш стабільний стан, виділення та розчинення другої фази, зміна складу, відновлення металів з оксидів, формування градієнтних і композитних мікрозон. Досліджені особливості перетворень у включеннях при швидкісному нагріві в умовах лазерної дії, яка дозволяє виявляти високотемпературну структуру включень, які знаходяться на полірованій поверхні. Обговорюються особливості перетворень у включеннях при звичайному та швидкісному нагріві. Наукова новизна. Установлені особливості перетворень в неметалевих включеннях при разних умовах нагріву та охолодження, котрі проходять при взаємодії неметалевих включень і стальної матриці. Практична значимість. Використання отриманих результатів дозволить розробити методи і режимирізних обробок, які дозволять впливати на розміри, склад, структуру і розподіл неметалевих включень в сталях з метою підвищення механічних властивостей.

EN: Purpose. It is interest to research the transformations in non-metallic inclusions under high-temperature heating and laser treatment of steels. It is necessary to analyse the peculiarities of influence of slow and high-speed heating on the different transformations in different types of inclusions that can to cause the change of properties of inclusions and steels after heat or laser treatment.Also it is necessary to discover the possibilities of controlling heterogenezation of non-metallic inclusions and steel matrix in the time of formation of local gradiental and composite zones of contact interaction in systems inclusion-matrix. The goal of work is to discover the fundamental types of transformations in non-metallic inclusions by high-temperature metallography and laser heating. Methodology. The materials for investigation were commercial steels containing different non-metallic inclusions. The specimens of different steels with preliminary polished surface were exposed to heating in vacuum on the installations IMASH-5C and Rainhart and also exposed to laser beaming on the installations GOS-30M and GUANTUM-16. Methods of investigation –vacuum metallography, petrography and optical microscopy (Neophot-21) were used. Findings. It was fixed under high-temperature heating in vacuum the different transformations in non-metallic inclusions take place which cause by polymorphism, transition into more stable condition, precipitation and dissolution of second phase, change of chemical composition. These transformations cause the stresses promoting local spontaneous recrystallization. Under high-temperature heating dissociation and dissolution ofnonmetallic inclusions takes place that in accompanied by local saturation of steel matrix of cascade type and also by precipitation of “satellite” inclusions.Redistribution of inclusions under high-temperature heating promotes decoration of high-temperature boundaries and manifestation of structural heredity. Under laser action melting and speed crystallization of non-metallic inclusions, shear polymorphic transformations, transition into more or less stable condition precipitation and dissolution of second phase change of chemical composition, reduction of metals from oxides, formation of gradiental and composite microzones takes place. Thepeculiarities of transformations in non-metallic inclusions being on the polished surface under speed heating in the condition of laser action were investigated.The peculiarities of transformations in non-metallic inclusions under ordinary and high-speed heating are discussed. Originality. The peculiarities oftrans formations in non-metallic inclusions under different conditions of heating and cooling taking place under interaction between non-metallic inclusions and steel matrix were determined. Practical value. The using of receiving results will allow to elaborate the methods and regimes of different types of treatment allowing to influence on the sizes, chemical composition, structure and distribution of non-metallic inclusions in steels with the aim of raise of mechanical properties.