Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Кинетика процессов структурообразования при кристаллизационном отжиге аморфных сплавов с различным комплексом легирования

Диссертация: Кинетика процессов структурообразования при кристаллизационном отжиге аморфных сплавов с различным комплексом легирования
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

На базе сопоставления различных методов анализа (электроноскопический, малоугловое рассеяние) отработана и широко использована инструментальная методика рентгеноструктурного анализа отолокенных аморфных лент, позволившая определить аппроксимацией основные параметры структуры, что может быть использовано для оценки экспресс-анализом структуры сплавов в исходном состоянии и после термообработки… Читать ещё >

Кинетика процессов структурообразования при кристаллизационном отжиге аморфных сплавов с различным комплексом легирования (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • Глава. Современное состояние вопроса получения и исследования аморфных металлических сплавов на основе Fe
    • 1. 1. Аморфные и нанокристаллческие магнитомягкие сплавы
    • 1. 2. Конструкционные материалы с аморфной и нанокристаллической структурой
    • 1. 3. Влияние внешних факторов на кристаллизацию аморфных металлических сплавов
    • 1. 4. Области применения аморфных сплавов с особыми магнитными и механическими свойствами
  • Глава 2. Материалы и методы исследования
    • 2. 1. Материалы
    • 2. 2. Рентгеноструктурный анализ
    • 2. 3. Термическая обработка
    • 2. 4. Просвечивающая электронная микроскопия
    • 2. 5. Малоугловое рассеяние рентгеновских лучей
    • 2. 6. Метод ударно-активаторной обработки
    • 2. 7. Микротвердость
      • 2. 7. 1. Измерение микротвердости на торце ленты
      • 2. 7. 2. Измерение твердости методом наноиндентирования
    • 2. 8. Определение магнитных характеристик
  • Глава 3. Кинетика кристаллизации аморфных лент функционального назначення 49 3.1. Исследование кинетики кристаллизации и влияния термической обработки на свойства сплавов на основе железа
    • 3. 1. 1. Структурообразование сплавов типа АМАГ-200 и 5БДСР
    • 3. 1. 2. Результаты анализа структуры сплава АМАГ-200 после отжигов методом просвечивающей электронной микроскопии
    • 3. 1. 3. Исследование структуры аморфного сплава методом рентгеновского малоуглового рассеяния
    • 3. 1. 4. Магнитные характеристики сплавов функционального назначения
    • 3. 2. Исследование сплавов на основе системы Со-В
    • 3. 2. 1. Кинетика кристаллизации сплавов на основе системы Со-В
    • 3. 2. 2. Расчетный анализ диффузионных процессов роста новой фазы
    • 3. 2. 3. Магнитные характеристики сплава на основе системы Со-В
  • Глава 4. Кинетика кристаллизации аморфных лент конструкционного назначения
    • 4. 1. Структурообразование в сплавах конструкционного назначения
    • 4. 2. Свойства конструкционных материалов
  • Глава 5. Исследование порошков аморфных сплавов

Изучение и описание кристаллизационных процессов в аморфных сплавах является актуальной темой исследования. Знание этих закономерностей дает возможность получать материалы с заданным комплексом магнитных и механических свойств и прогнозировать их поведение в различных эксплуатационных режимах как в случае аморфных, так и в случае аморфно-кристаллических (нанокристаллических) материалов.

Кроме того, результаты исследований в этой области являются фундаментом для развития методов компьютерного моделирования структуры стекла. Данные по кинетике кристаллизации позволяют моделировать диффузионные процессы, происходящие в аморфных сплавах при отжиге. Изучение влияния различных видов обработки на свойства аморфных материалов является базовой информацией для более глубокого анализа процессов, происходящих в стекле.

Целью работы являлось исследование влияния режимов термообработки, в том числе неизотермических и комбинированных, на процессы структурообразования при нагреве аморфных лент из сплавов функционального и конструкционного назначения различной степени легирования, преимущественно на основе железа.

Для достижения поставленной цели в работе проводилось исследование кинетики процессов протекающих при изотермических, неизотермических и комбинированных режимах отжига функциональных и конструкционных сплавов различной степени легирования, а также определялся ряд основных физических и механических свойств после этих режимов. Был проведен сравнительный анализ механизма и кинетики структурообразования и даны рекомендации по дальнейшему совершенствованию составов и технологии.

В первой главе проведен анализ общих представлений о строении и свойствах магнитомягких и конструкционных аморфных сплавов на основе железа. Изложены основные закономерности структурных изменений, происходящих при термической обработке аморфных сплавов. На основе классической теории образования и роста зародышей новой фазы изложены особенности кристаллизации исследуемых материалов. Приведены примеры широкого применения аморфных металлических материалов, полученных методом закалки из жидкого состояния, в различных областях промышленности и техники.

Во второй главе представлены материалы и описаны основные методики, используемые в работе.

В третьей главе проведено детальное исследование изменения структуры сплавов функционального назначения в зависимости от режимов отжига, а также после комбинированных режимов термообработки. Показаны основные закономерности изменения гистерезисных магнитных характеристик при отжиге.

В четвертой главе анализируются структурные изменения в конструкционных сплавах системы Fe-Mo-Cr-V-B-C при различных режимах термической обработки, в том числе и неизотермических. Проведены измерения микротвердости, показано влияние легирующих элементов для получения высокопрочных сплавов (молибдена, хрома, ванадия), а таюке металлоидов на твердость и склонность к аморфизации.

Пятая глава посвящена изучению порошков аморфных сплав полученных из термообработанной ленты и ленты без термической обработки.

Целью работы являлось исследование влияния режимов термообработки, в том числе неизотермических и комбинированных, на процессы структурообразования при нагреве аморфных лент из сплавов функционального и конструкционного назначения различной степени легирования преимущественно на основе железа.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

— выявить температурно-временной интервал структурообразования при нагреве (отжиге) ряда выбранных комплексиолегированных сплавов с изначальной аморфной структуройизучить кинетику процессов протекающих при изотермических, неизотермических и комбинированных режимах отжига выбранных сплавов;

— определить ряд основных физических и механических свойств после различных режимов отжига;

— провести сравнительный анализ механизма и кинетики структурообразования с рекомендациями по дальнейшему совершенствованию составов и технологии.

Общие выводы.

1. Выполнен подробный анализ кинетики процессов структурообразования при отлейте аморфных лент из сплавов АМАГ-200 и 5БДСР системы Fe-Si-Nb-Cu-B как в случае изотермических режимов, так и в случае использования серии экспериментальных комбинированных многократных и ступенчатых режимов термообработки. Выявлена возможность существенного снижения размеров кристаллитов при неизотермических режимах. Предложенные режимы удалось успешно реализовать после построения специальной диаграммы структурных состояний в координатах температура — время.

2. Сравнительным рентгеноструктурным и электронноскопическим анализом на сплаве АМАГ-200 с медью и без нее показана роль этого элемента, ускоряющего распад особенно в высокотемпературной стадии и определяющего конечное количество центров новой фазы.

3. Исследованы системы Fe-Cr-Mo-V-B-C и на базе кобальта с исходной аморфной структурой, показавшие сложный механизм и кинетику кристаллизационных процессов на этих системах. Показана также возможность управления структурой комбинированными режимами отжига. Установлено существенное влияние на кинетику легирующих элементов, снижающих диффузионную подвижность бора и углерода.

4. На базе сопоставления различных методов анализа (электроноскопический, малоугловое рассеяние) отработана и широко использована инструментальная методика рентгеноструктурного анализа отолокенных аморфных лент, позволившая определить аппроксимацией основные параметры структуры, что может быть использовано для оценки экспресс-анализом структуры сплавов в исходном состоянии и после термообработки.

5. Выполнен расчетный анализ диффузионного перераспределения бора на примере сплава Со-В в зависимости от температурно-времениых параметров отжига, который может служить основой для разработки компьютерной модели аморфных сплавов сложного состава.

6. Определено влияние структурных факторов на магнитные характеристики магнитомягких сплавов АМАГ-200 и 5БДСР. Выявлено, что не только получение нанокристаллического состояния, но и определенное сегрегационное состояние может приводить к существенному изменению характеристик по сравнению с исходным аморфным состоянием. С помощью комбинированных режимов возможно в более полной мере программировать необходимые магнитные свойства.

7. На примере серии аморфных лент конструкционного назначения на базе системы Fe-Cr-Mo-V-B-C дюрометрическим анализом выявлено влияние легирования на механические характеристики, показано достижение значения твердости вплоть до HV1600.

8. Серией исследований изучено влияние измельчения аморфной ленты при ударно-активационном воздействии на структуру полученных порошков. Показана возможность управления фракционностью и структурой порошков в случае заданных условий применения.

Показать весь текст

Список литературы

  1. , Ц. Аморфные металлы. / Под ред. Ц. Масумото. М.-Металлургия. — 1987. — 328 с.
  2. , Ю.В. Метастабильные и неравновесные сплавы. / под ред. Ефимова Ю. В. М.: Металлургия. — 1988. — 382 с.
  3. , Г. Е. Кристаллизация аморфных сплавов Co-Fe-Si-B. / Г. Е. Абросимова, С. А. Аронин, А. В. Серебряков // Физика металлов и металловедение. -Т. 68. № 3. — 1989. — С. 551−557.
  4. , X. О приготовлении аморфных лент методом спиннингования расплава / X. Хильман, Х. Р. Хильцингер //В кн.: Быстрозакаленные металлы п/р Кантора М. М.: Металлургия. — 1983. — С.30−34.
  5. Анестиев, JL Теоретично и експериментално изследване на процесите на б’рза закалка от стопилка на аморфни и микрокристални сплави: Автореферат дис. канд. техн. наук. София., 1989. — 40 с.
  6. Пат. 2 260 070 Российская Федерация. Способ получения слитков исходного сплава для производства аморфных лент. / Пономарев В. А., Иванов О. Г., Чернов B.C., Маряхин А. В., Евтеев А. С. (Россия) — опубл. 10.09.2005
  7. Пат. 2 277 995 Российская Федерация. Способ получения аморфной ленты из металлических сплавов методом спиннингования. / Ковнеристын Ю. К., Шоршоров М. Х., Мальцев Г. Т., Коваленко JI.B. (Россия) — опубл. 20.06.2006
  8. Пат. 2 269 173 Российская Федерация. Магнитомягкий аморфный сплав. Маркин В. В., Мухаматдпнов Ж. Н. Гиндулин Р. М, Аверин Ф. В., Смолякова О. В., Хамитов О. В. (Россия) — опубл. 27.01.2006
  9. Пат. 2 273 680 Российская Федерация. Аморфный магнитомягкий сплав на основе кобальта. Фармаковский Б. В., Орлова Я. В. Песков Т.В., Кузнецов П. А., Аскинази А. Ю. (Россия) — опубл. 12.08.2004
  10. Пат. TW271439B Fe-based amorphous metal alloy having a linear BH loop. MARTIS RONALD J (US) — HASEGAWA RYUSUKE (US) — опубл. 21.01.2007
  11. Пат. JP2007092096 Япония. Amorphous magnetic alloy. URATA KENRI- INOUE AKIHISA- AMITANI KENJI (JP) — опубл. 12.04.2007
  12. Пат. CN1936059 Китай. Iron-base amorphous alloy material with plasticity and soft magnetism. ZHANG TAO LIU (CN) — опубл. 28.03.2007.
  13. Пат. US2007202359 Япония. Magnetic Thin Film For High Frequency, and Method of Manufacturing Same, and Magnetic Device. CHOI KYUNG-KU (JP) — MURASE TAKU (JP) — опубл. 30.08.2007
  14. Пат. JP2007077488 Япония. AMORPHOUS SOFT MAGNETIC ALLOY POWDER. MATSUMOTO IIIROYUKI- FUJIWARA TERUHIKO- KATAHIRA TAD AO- AS ADA ITARU- TANNO KOICHI- опубл. 29.03.2007
  15. Ohnuma, M. Cu clustering stage before the cristallization in Fe-Si-B-Nb-Cu amorphous alloys / M. Ohnuma, К. Hono, H. Onodera // NanoStruct. Mater. V. 12. -1999. — P. 693−696.
  16. Ohnuma, M. Et ai. Small-angle neutron scattering and differential scanning calorimetry studies on the copper clustering stage of Fe-Si-B-Nb-Cu nanocristalline alloys / M. Ohnuma, K. Hono, S. Linderoth // Acta Mater. V. 48. — 2000. — P. 47 834 790.
  17. Yoshigawa, Y. New Fe-based soft magnetic alloys composed of ultrafine grain structure / Y. Yoshigawa, S. Oguma, K. Yamauchi // J. Appl. Phys. V. 64. — № 10. -1988. — P. 6044−6046.
  18. Herzer, G. Grain structure and magnetizm of nanocristalline ferromagnets / G. Herzer // IEEE Trans. Magn. V. 25. — 1989. — P. 3329−3331.
  19. Willard, M.A. Structure and magnetic properties of (Fe0.5Co0.5)88Zr7B4Cul nanocrystalline alloys / M.A. Willard, D.E. Laughlin, M.E. McHenry // Journal of Applied Physics. vol. 84 — № 12 — 1998 — P. 6773 — 6777.
  20. , A.M. Аморфные и нанокристаллические структуры: сходства, различия, взаимные переходы / A.M. Глезер // Рос. хим. журнал т. XLVI. — № 5 -2002. — с. 57 — 63.
  21. , И.В. Аморфные металлические материалы. / И. В. Золотухин // Соросовский образовательный журнал № 4 — 1997. — С. 58−60.
  22. , Е.Н., Дьяконова Н. Б., Лясоцкий И. В. н др. Тонкая структура магнитомягких сплавов типа файнмет / Е. Н. Власова, Н. Б. Дьяконова, И. В. Лясоцкий и др. // Сталь. № 3 — 1998 — С. 65−69.
  23. , Н.И. Структура, прочность и пластичность нанокристаллических и аморфных материалов / Н. И. Носкова // Физика металлов н металловедение. Т. 86 — вып. 2 — 1998 — С. 101−115.
  24. , А.В. Нанокрпсталлизация аморфных сплавов Fe74.5Sil3,5B9CuxNb3 (х=0,6 b 1,0)/ А. В. Серебряков, А. Ф. Гуров, Ю. Б. Левин, Н. И. Новохатская // Физика металлов и металловедение Т. 101 — № 6 — 2006 — С. 598−606.
  25. , А.В. Нанокрпсталлизация аморфных сплавов Fe73,5Sil3,5B9CulNb3)100-yFey (у=0- 6,7 и 13,3) / А. В. Серебряков, А. Ф. Гуров, Ю. Б. Левин, Н. И. Новохатская // Физика металлов и металловедение Т. 101 — № 6 -2006-С. 607−611.
  26. , В.В. Структура и магнитные свойства нанокристаллических сплавов системы FeCuNbSiB после термомеханической обрабтки / В. В. Сериков, Н. М. Клейнерман, Е. Г. Волкова и др. // Физика металлов и металловедение Т. 102 — № 3 — 2006. — С. 290−295.
  27. , И.В. Влияние легирующих элементов на образование апериодической фазы с кубической симметрией в быстрозакаленных сплавах Fe-Mn-Nb-Si-В/ И. В. Лясоцкий, Н. Б. Дьяконова, Д. Л. Дьяконов и др. // Металлы. № 1−2006-С. 55−61.
  28. , И.В. К вопросу о механизме формировния нанокристаллических структур в аморфизирующихся сплавах на основе железа / И, В. Лясоцкий, Н. Б. Дьяконова, Е. Н. Власова // Металлы № 5 — 2005 — С. 3−11.
  29. , Е.Н. Исследование формирования нанокристаллических структур в сплавах типа файнмет / Е. Н. Власова, Н. Б. Дьяконова, И. В. Лясоцкий, Б. В. Молотилов // Металлы № 2 — 2001. — С. 55 — 61.
  30. , В.П. Загрязнённость неметаллическими включениями и качество аморфных лент / В. П. Манов, Е. А. Казанцева, С. И. Попель // Расплавы. -№ 1. -1995. С.35−38.
  31. , Б.А. Жидкая сталь. / Б. А. Баум, Г. А. Хасин, Г. В. Тягунов и др. // М.: Металлургия. 1984 — 208 с.
  32. Tadusz, К. The influence of copper, niobium and tantalum additions on the cristallization of Fe-Si-B / K. Tadusz. // Mater. Sci. and Eng. A. № 1. — 1992. — P. 95 101.
  33. , П.В. Структура и свойства магнитно-мягких аморфных сплавов на основе железа и кобальта при термической, механотермической и термомагнитной обработке: Дис. на соискание ученой степени к.т.н./ П. В. Крахмалев СПб: СПбГТУ. — 1999. -138 с.
  34. , М. Термическая стабильность и кристаллизация металлических стёкол. / М. Скотт // В кн. Аморфные металлические сплавы. Под. ред. Люборгского. — 1987.
  35. , Т.В. Релаксационные и кристаллизационные процессы в магнитно-мягких аморфных сплавах на основе железа: Автореферат канд. дисс. -СПб.: СПбГТУ. -1996. -18 с.
  36. , В.А. Электрические и магнитные поля / В. А. Говорков изд. 3-е, перераб. и доп. — М.: Энергия. — 1968. — 488 с.
  37. Musal, Н.М. Thin-Layer Electromagnetic Design / Н.М. Musal, Jr. and H.T. Hahn // IEEE Trans, on Magn. vol. 25. — № 5. — 1989, P. 3851 — 3853.
  38. Nakamura, T. Snoek's limit in high-frequency permeability of poly crystalline Ni-Zn, Mg-Zn, and Ni-Zn-Cu spinel ferrites / T. Nakamura // J. of Appl. Physics. -vol. 88.-№ 1.- 2000.-P. 348−353.
  39. Paterson, J.H. A.D.R. Phelps Complex permeability of soft magnetic ferrite/polyester resin composites at frequencies above 1 MHz / J.H. Paterson, R. Devine, // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. vol. 196 — 197 — 1999. — P. 394 — 396.
  40. Nakamura, T. Frequency dispersion of permeability in ferrite composite materials / T. Nakamura, T. Tsutaoka, K. Hatakeyama // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. vol. 138. — 1994. — P. 319 — 328.
  41. Iierzer, G. Grain size dependence of coercivity and permeability in nanocristalline ferromagnets / G. Herzer // IEEE Transactions on Magnetics vol. 26. -№ 5 — 1990 -P. 1397- 1402.
  42. , П.А. Создание эффективных систем электромагнитной защиты на основе магнитомягких аморфных и нанокристаллическпх сплавов Со и Fe: Дне. на соискание степени канд. техн. наук / П. В. Кузнецов — СПб. — 2005.- 160 с.
  43. , В.В. Нанокристаллизация в сплавах типа Finemet / В. В. Маслов, В. К. Носенко и др. // ФММ Т. 91. — № 5. — 2001. — С. 47 — 55. ь
  44. , E.JI. Оценка склонности сплавов к аморфизации спомощью флуктуационной модели гомогенного зародышевания / E.JT.
  45. , В.М. Голод // Материалы XII международной научнойконференции «Высокие интеллектуальные технологие и генерация знаний в образовании и науке» Т. 1. — 2005, С. 313−315.
  46. , E.JI. Исследование неизотермических режимов термообработки стали / E.JI. Гюлиханданов, В. В. Кисленков, А. Д. Хайдоров // Труды СПбГТУ. № 463 — 1996, С. 116−118.
  47. , В.Б. Диффузия и фазовые превращения в металлах и сплавах / В. Б. Брик. Киев, Наукова думка. — 1985 — 232 с.
  48. , Д.И. Рентгеновское и нейтронное малоугловое рассеяние. / Д. И. Свергун, JLA. Фейгин М.: Наука. Гл. ред. физ-мат. лит. — 1986. — 280 с.
  49. Guinier, A. Small-angle scattering of X-rays. / A. Guinier, G. Fournet N.Y.London. — 1955. — 212 p.
  50. , А.И. ЖТФ / А. И. Слуцкер, В. И. Бетехин, А. Г. Кадомцев, О. В. Толочко // 76, 57. 2006.
  51. , В.М. Компьютерное моделирование спиннингования расплава /
  52. B.М. Голод, E.JI. Гюлиханданов, П. А. Кузнецов // Труды СПбГПУ № 50 — 20 091. C. 225−233.
  53. Massalski, Т.В. Binary Alloy Phase Diagrams / T.B. Massalslci 2 ed. — 1990.
  54. , M.A. Механизм диффузии в железных сплавах. / М. А. Криштал М.: Металлургия — 1972. — 400 с.
  55. Wells, C.J. Metals /C.J.Wells //v.5.-№ 11 1953. -P. 1463.
  56. Kulik, T. Correlation between microstructure and magnetic properties of amorphous and nanocrystalline Fe73−5Cu1Nb3Sii6>5B6 / T. Kulik, G. Vlasak, R. Zuberek // Materials Science and Engineering A, vol. 226−228 — 1997 — P. 701 — 705.
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!