Формирование структуры и свойств при термической обработке высокопрочных инваров системы Fe-Ni-C, легированных кобальтом, ванадием и молибденом тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.01, кандидат наук Чукин, Дмитрий Михайлович

• Чукин, Дмитрий Михайлович
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Чукин, Дмитрий Михайлович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЯ И СВОЙСТВ

ИНВАРНЫХ СПЛАВОВ

1.1 Характеристика инварных сплавов и их применение в технике

1.2 Влияние химических элементов на структуру и свойства инваров

1.3 Упрочняющая термическая обработка инварных сплавов

1.4 Постановка цели и задач исследования

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Материалы исследования и методика обработки

2.2 Методика физического моделирования термической обработки

2.3 Методика дилатометрического анализа и определения температурного коэффициента линейного расширения

2.4 Методика светового микроскопического анализа

2.5 Методика сканирующего электронно-микроскопического и микро-рентгеноспектрального анализов

2.6 Методика количественного анализа

2.7 Методика рентгеноструктурного анализа

2.8 Методика измерения твердости

2.9 Методика определения механических свойств при испытаниях на растяжение

ГЛАВА 3. СТРУКТУРА И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ИНВАРНЫХ

СПЛАВОВ В ГОРЯЧЕКАТАНОМ И ЗАКАЛЕННОМ СОСТОЯНИЯХ

3.1 Результаты металлографического анализа структуры инварных сплавов в горячекатаном состоянии и их обсуждение

3.2 Результаты металлографического анализа закаленной структуры исследуемых инварных сплавов и их обсуждение

Выводы по главе

ГЛАВА 4. СТРУКТУРНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПРИ СТАРЕНИИ ЗАКАЛЕННЫХ ИНВАРНЫХ СПЛАВОВ

4.1 Результаты исследования микроструктуры и механических свойств после старения сплава 32НФ и их обсуждение

4.2 Результаты исследования микроструктуры и механических свойств после старения сплава 34НФМ и их обсуждение

4.3 Результаты исследования микроструктуры и механических свойств

после старения сплава 32НФК и их обсуждение

Выводы по главе

ГЛАВА 5. ОСОБЕННОСТИ ТЕПЛОВОГО РАСШИРЕНИЯ ВЫСОКОПРОЧНЫХ ИНВАРНЫХ СПЛАВОВ

5.1 Результаты дилатометричского исследования инварных сплавов при закалке

5.2 Результаты дилатометричского исследования инварных сплавов при старении

5.3 Влияние стабилизирующей термической обработки

Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Библиографический список

Приложения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Формирование структуры и свойств при термической обработке высокопрочных инваров системы Fe-Ni-C, легированных кобальтом, ванадием и молибденом»

ВВЕДЕНИЕ

Инварные сплавы - группа прецизионных сплавов с заданным температурным коэффициентом линейного расширения (ТКЛР) [1]. Низкое значение ТКЛР в различных областях температур, а также механические, технологические и антикоррозионные свойства позволили применять инварные сплавы как конструкционный материал для деталей приборов, от которых требуется постоянство размеров при изменении температуры в условиях эксплуатации [2-5]. Из инварных сплавов изготавливают изделия в авиационно-космической отрасли, детали лазерной, измерительной и метрологической техники, детали спектрометров и гироскопов, узлы различных креплений, направляющие токарных, координатно-расточных и шлифовальных станков [6-9].

Классические инварные композиции на основе системы Ее-М36% имеют твердость около 120 НУ, временное сопротивление 440-480 МПа и ТКЛР к20-100 < 1,2 X 10-6К-1 [10]. Между тем современные высокотехнологичные производства, применяющие инварные сплавы для изготовления ответственных деталей, выставляют новые требования, обусловленные необходимостью повышения механических свойств с сохранением низких значений ТКЛР. Инвары традиционных химических составов даже после упрочняющих термических обработок не способны обеспечить необходимый уровень механических свойств [10].

Введение легирующих элементов в сплав на основе Бе-М может оказывать влияние на механические, технологические и специальные свойства инварных сплавов [11-19]. В ряде работ было показано, что материалы этого типа можно упрочнять за счет дисперсионного твердения с выделением интерметаллидных фаз при легировании элементами, способствующими образованию интерметаллидов при термическом старении [14, 15]. Введение углерода обеспечивает твердорастворное упрочнение и расширяет температурный диапазон, в котором сохраняются пониженные значения ТКЛР [16]. Введение сильных карбидообразующих элементов позволяет повысить прочностные свойства за счет

карбидного упрочнения. Весьма эффективными добавками в этом отношении являются вольфрам, титан, ванадий и молибден [20-22]. Но известные сплавы такого типа имеют относительно высокое значение ТКЛР (а > 3*10-6 К-1).

В последнее время были созданы новые высокопрочные инварные сплавы на основе системы Fe-Ni, которые отличаются от мировых аналогов минимальными значениями ТКЛР (а < 3*10-6 К-1). Введение в них углерода, кобальта и легирование карбидообразующими элементами обеспечивает упрочнение за счет выделения карбидных фаз. Исследования, направленные на разработку промышленных технологий производства заготовок из таких инновационных высокопрочных инварных сплавов, в течение ряда лет проводились учеными ФГБОУ ВО «МГТУ им. Г.И. Носова» совместно со специалистами ПАО «Мотовилихинские заводы» [23-26]. В соответствии с техническими условиями временное сопротивление сплавов должно быть не менее 800 Н/мм2, а ТКЛР в интервале температур от 20 до 150 °С должен находиться в диапазоне от 0,5 до 3*10-6 К-1. Однако до последнего времени в литературе имеются лишь отдельные разрозненные данные по влиянию термической обработки на величину ТКЛР и механические свойства высокопрочных инварных сплавов с низким коэффициентом термического расширения. Поэтому исследование особенностей протекания структурных изменений при термической обработке и их влияния на свойства инварных сплавов, обеспечивающие улучшенные прочностные характеристики при сохранении низкого ТКЛР, удовлетворяющие потребностям наукоемких отраслей промышленности в современных материалах специального назначения, является актуальной задачей.

Работа проведена в рамках реализации комплексного проекта по созданию высокотехнологичного производства, выполняемого с участием российского высшего учебного заведения (договор № 02.G25.31.0040) и программы стратегического развития университета на 2012-2016 гг. (конкурсная поддержка Минобразования РФ программ стратегического развития ГОУ ВПО). Цель и задачи работы соответствуют приоритетному направлению развития, науки, технологий и техники в Российской Федерации «Индустрия наносистем», утвержденному Указом Президента РФ N 899 от 7 июля 2011 г., а также задачам, реализуемым в рамках

деятельности официально признанной в РФ Технологической платформы «Технологии металлургии и новые материалы (п.21 Материалы и технологии металлургии)».

Целью работы является определение режимов термической обработки для повышения прочности при сохранении низких значений ТКЛР инварных сплавов системы Fe-Ni-С, легированных кобальтом, ванадием и молибденом.

Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие основные задачи:

1. Исследовать закономерности влияния температурно-временных режимов нагрева под закалку и охлаждающей среды на структурные особенности и механические свойства инварных сплавов системы Fe-Ni-C, дополнительно легированных кобальтом, молибденом и ванадием.

2. Выявить влияние режимов термической обработки при нагреве закаленных инварных сплавов на их структуру и механические свойства.

3. Установить характер изменения температурного коэффициента линейного расширения в высокопрочных инварных сплавах при термическом воздействии.

4. Дать рекомендации по режимам термической обработки инварных сплавов, для обеспечения повышенного уровня прочности (ав > 800 Н/мм2, твердость НУ 250-400) и сохранения термического коэффициента линейного расширения в низком диапазоне (а < 3*10-6 К-1).

Научная новизна:

1. Экспериментально получены качественные и количественные закономерности структурообразования и формирования свойств новых инварных сплавов 32НФ, 34НФМ и 32НФК с улучшенными эксплуатационными свойствами, характеризующие влияние режимов закалки и последующего старения на прочностные свойства.

2. Установлено, что максимальное упрочнение обеспечивается дисперсионным твердением с выделением стойких карбидов легирующих элементов при

термической обработке, заключающейся в закалке от 1250 °С в воду с последующим старением при 700 °С в течение 1 ч и стабилизации при 80 °С в течение 48 ч, что обеспечивает: для сплава 32НФ - твердость 400 НУ, ав = 1150 Н/мм2, а0,2 = 1030 Н/мм2, а = 1,3х10-6 К-1, для сплава 34НФМ - твердость 300 НУ, ав = 870 Н/мм2, а0,2 = 780 Н/мм2, а = 2,4х10-6 К-1. Для кобальтсодержащего сплава 32НФК режим термической обработки заключается в закалке от 1250 °С в воду с последующим старением при 650 °С и стабилизации при 80 °С в течение 48 ч и обеспечивает твердость 250 НУ, ав = 800 Н/мм2, а0,2 = 720 Н/мм2, а = 1,67х10-6 К-1.

3. Выявлен характер изменения ТКЛР и его стабильность при термическом воздействии, доказывающий, что рекомендуемые режимы термической обработки высокопрочных инварных сплавов 32НФ, 34НФМ и 32НФК, обеспечивают низкие значения ТКЛР (а < 3х10-6 К-1) и их стабильность только после специальной термической обработки.

Практическая значимость:

1. Показано, что в углеродсодержащих инварных сплавах, легированных ванадием и молибденом, по сравнению с классическими инварами могут быть повышены почти в 2 раза твердость (до 250-400 НУ) и временное сопротивление ав (до 800-1150 Н/мм2), что достигается закалкой от температуры 1250 °С с последующим старением закаленных образцов при 650-700 °С. При этом сохраняются низкие значения ТКЛР (а < 3х10-6 К-1).

2. Стабильность размеров изделий из инварных сплавов исследуемых составов в диапазоне рабочих температур 20-150 °С обеспечивается дополнительной стабилизирующей обработкой, заключающейся в выдержке при 80 °С в течение 48 ч.

3. Установлено, что с позиций формирования удовлетворительного химического состава и количества неметаллических включений наиболее пригодной для исследуемых инварных сплавов является раскисляющая смесь состава: 0,15 % МПраф, 0,35 % ММ§ (0,15 % Ыв), 0,1 % Б^р, 0,1 % БЮа, 0,06 % А1 и 0,07-0,1 % Т^бка.

4. Рекомендованные для сплавов 32НФ, 34НФМ, 32НФК режимы термиче-

ской обработки использованы при организации в условиях ПАО «Мотовилихин-ские заводы» малотоннажного производства заготовок из инварных сплавов, отличающихся от мировых аналогов улучшенными эксплуатационными характеристиками и удовлетворяющих потребностям наукоемких отраслей промышленности в современных материалах специального назначения, что подтверждено актом внедрения.

Личный вклад автора. Все представленные в работе экспериментальные исследования, а также обработка полученных экспериментальных данных выполнены самостоятельно, либо при непосредственном участии автора. Автор непосредственно участвовал в разработке идеи, определении целей и задач исследования, постановке экспериментов, обсуждений и формулировке результатов и написании статей по теме диссертационной работы.

Положения, выносимые на защиту:

1. Качественные и количественные закономерности изменения структуры и механических свойств при закалке и старении инварных сплавов 32НФ, 34НФМ и 32НФК, показывающие влияние параметров термической обработки.

2. Научно обоснованные режимы термической обработки, обеспечивающей повышение прочностных характеристик по сравнению с классическими инварами почти в 2 раза (твердость до 250-400 НУ, временное сопротивление до 800-1150 Н/мм2) в сочетании с низкими значениями ТКЛР (а < 3*10-6 К-1).

3. Результаты дилатометрических исследований, демонстрирующие особенности теплового расширения, изменения ТКЛР и его стабильность при термическом воздействии, свидетельствующие о протекании процессов растворения и выделения карбидной фазы и доказывающие, что рекомендуемые режимы упрочняющей термической обработки обеспечивают низкие значения ТКЛР (а < 3*10-6 К-1) и его стабильность в инварных сплавах 32НФ, 34НФМ и 32НФК.

Степень достоверности подтверждается применением современных методов исследования структуры и свойств на образцах инварных сплавов. Полученные результаты не противоречат существующим теоретическим представлениям о процессах, протекающих при термическом воздействии на сплавы системы Fe-Ni, а

также подтверждены при производстве промышленных партий заготовок инвар-ных сплавов в условиях ПАО «Мотовилихинские заводы».

Апробация результатов работы. Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на конференциях: XIII Международная научно -техническая «Уральская школа-семинар молодых ученых - металловедов» (г. Екатеринбург, 2012 г.); 71-ая, 73-ая и 74-ая Международные научно-технические конференции «Актуальные проблемы современной науки, техники и образования» (г. Магнитогорск, 2013, 2015, 2016 гг.); ХХ11 Уральская школа металловедов-термистов «Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов» (г. Оренбург, 2014 г.); XIV Международная научно-техническая конференция молодых специалистов (г. Магнитогорск, 2014 г.); 11-ая Международная научно-техническая конференция «Современные металлические материалы и технологии (СММТ'15)», (г. Санкт-Петербург, 2015 г.); Международный симпозиум «Надежность и качество» (г. Пенза, 2015 г.); XIX Международная научно-практическая конференция «Металлургия: Технологии, Инновации, Качество» (г. Новокузнецк, 2015 г.); VI и VII Международные Конгрессы «Цветные металлы и минералы» (г. Красноярск, 2014, 2015 гг.); VI Международная конференция «Деформация и разрушение материалов и наноматериалов» (г. Москва, 2015 г.); Международная молодежная научно-практическая конференция «Инновационные процессы обработки металлов давлением: фундаментальные вопросы связи науки и производства» (г. Магнитогорск, 2015 г.); 3-я Международная научно-практическая конференция «Инновационные технологии в материаловедении и машиностроении (ИТММ-2016)» (г. Пермь, 2016 г.).

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЯ И СВОЙСТВ

ИНВАРНЫХ СПЛАВОВ

1.1 Характеристика инварных сплавов и их применение в технике

Инварные сплавы - группа прецизионных сплавов с заданным температурным коэффициентом линейного расширения (ТКЛР). Первый инварный сплав, содержащий 36 атомных процентов никеля (остальное железо), был открыт Шарль-Эдуар Гильомом (Ch. Guillaume) в 1896 году в Париже [1]. За это же открытие он был удостоен Нобелевской премии по физике в 1920 году.

Различными исследователями было установлено, что аномально низкие значения коэффициента расширения наблюдаются только в определенном диапазоне концентраций никеля [5, 27]. Рисунок 1.1 демонстрирует данную зависимость. Минимальный ТКЛР наблюдается при содержании 36% никеля. При содержании никеля меньше 25% образование концентрационных неоднородностей и областей ближнего порядка затруднено, а, следовательно, понижается стимул для повышения прочностных свойств, кроме этого при содержании никеля меньше 25% уменьшается устойчивость сплава к у ^ а мартенситному превращению. Образование а-фазы вследствие протекания мартенситного превращения ухудшает механические свойства и приводит к значительному повышению теплового расширения. При содержании никеля в сплаве больше 48% формируется такая электронная и атомная структура, которая уже не обеспечивает низкий уровень коэффициента теплового расширения. Это связано с тем, что при повышенном содержании никеля (больше 48%) образуются концентрационные неоднородности больших размеров [28, 29].

Классический инварный сплав имеет номинальный состав Fe-36% Ni и характеризуется полностью аустенитной структурой при нормальных условиях, и имеет очень малый коэффициент теплового расширения (а < 3 X 10-6К-1) в определенном диапазоне температур, по сравнению с большинством

металлических материалов, имеющих а « 10-20х10-6К-1. Так к примеру коэффициенты термического расширения технически чистого никеля и железа примерно равны а « 12 х 10-6К-1.

0 Ге 10 20 30 40 50 60 70 30 90 № Рисунок 1.1 - Зависимость ТКЛР системы Бе-М от содержания никеля при

различных температурах [27]

Рассматривая тепловое расширение на атомном уровне, увеличение объема любого материала при нагреве можно объяснить увеличением расстояния между атомами. Большая энергия атомных связей дает более низкий ТКЛР [8]. Например, керамика с относительно высокой энергией межатомных связей имеет коэффициент расширения более низкий, чем у металлов и полимерных материалов [9]. Это отражено в таблице 1.1.

Заниженное значение температурного коэффициента линейного расширения в инварных сплавах имеет ферромагнитную природу и объясняется большой

а ("С- 1 х 10е)

Таблица 1.1 - ТКЛР различных материалов [9]

Материал ТКЛР, 10-6К-1

Алюминий 23.6

Медь 17.0

Золото 14.2

Железо 11.8

Никель 13.3

Серебро 19.7

Вольфрам 4.5

1025 Steel 12.0

316 StainlessSteel 16.0

Латунь 20.0

Кварцевое стекло 0.4

Стекло BK7 7.1

Боросиликатное стекло 3.3

Полимеры (пластмассы) ~100-200

магнитострикцией парапроцесса, т.е. изменением размеров ферромагнетика при его намагничивании. В области технического намагничивания, где напряженность магнитного поля меньше точки технического насыщения (Н < И8) магнитострикция носит линейный характер, в области парапроцесса (И > Н8) - объемный (рисунок 1.2) [30, 31].

О Hs И

Рисунок 1.2 - Основная кривая намагничивания

Во всех ферромагнитных материалах, кроме сплавов инварного типа, намагниченность М8 в области парапроцесса с ростом поля практически не меняется (штриховая линия на рисунке 1.2). В сплавах инварного типа намагниченность в этой области увеличивается (сплошная линия на рисунке 1.2) в результате дополнительной ориентации спиновых моментов электронов, несколько разориентированных тепловым движением, и вызывает большие магнитострикционные явления [32-35].

Такие же явления возникают под влиянием внутреннего магнитного поля ферромагнетика: в отсутствие внешнего поля форма и размер домена искажены магнитострикцией [36, 37]. Истинные размеры выявляются лишь при нагреве до температур выше температуры точки Кюри, когда устраняются все магнитострикционные деформации в связи с переходом в парамагнитное состояние. При охлаждении до температур ниже точки Кюри линейная магнитострикция искажает форму домена, вытягивая его в направлении вектора самопроизвольной намагниченности. Объемная магнитострикция увеличивает размеры домена [38-40].

В кристаллах ферромагнетика, исключая сплавы инварного типа, магнитострикция, возникшая из-за внутреннего поля, не обнаруживается, так как объемная магнитострикция в них мала, а линейная - компенсируется деформацией доменов в различных направлениях. В сплавах же инварного типа размеры ферромагнетика оказываются увеличенными, так как в них велика объемная составляющая магнитострикции [31, 41, 42].

Температурный коэффициент линейного расширения для ферромагнетиков в общем виде определяется формулой [43]:

к=к0- Д,

где к0 - нормальный коэффициент линейного расширения, зависящий от энергии связи атомов;

А - ферромагнитная составляющая коэффициента линейного расширения, обусловленная объемной магнитострикцией парапроцесса.

При нагреве выше температуры точки Кюри ферромагнитная составляющая коэффициента теплового расширения исчезает вследствие перехода сплава в парамагнитное состояние, и ТКЛР резко возрастает. Все сказанное объясняет аномальные значения ТКЛР у инварных сплавов [44-46].

Низкое значение ТКЛР в различных областях температур, а также механические, технологические и антикоррозионные свойства позволили использовать инварные сплавы как конструкционный материал для деталей приборов, от которых требуется постоянство размеров при изменении температуры в условиях эксплуатации [47, 48]. Инварные сплавы активно используются в прецизионном станкостроении, а именно: из них изготавливают узлы различных креплений; направляющие токарных, координатно-расточных и шлифовальных станков, лазерная техника, криогенная техника [49, 50], изделия измерительной, контрольно - юстировочной и метрологической техники, в том числе детали спектрометров, измерительных машин и стендов [51].

Некоторые марки инварных сплавов с достаточными механическими свойствами используют для изготовления пресс-формы для различных материалов, например, для углеволокна, для формирования которого требуется оснастка с низким ТКЛР при повышенных температурах, и в астрономической технике (оправы телескопов). Сплавы, интервал инварности которых находится в области отрицательных температур, активно применяются в криогенной технике, например, для деталей установок по сжижению и транспортировке природного газа.

Инвары хорошо зарекомендовали себя для оптико-механических систем [52], детали которых должны иметь постоянные размеры при изменяющейся температуре. Длина волны света в видимой части спектра для оптических систем составляет примерно 0,5 мкм. Соответственно, и требования, выставленные к узлам и деталям этих систем, подразумевают стабильность размеров в этом диапазоне.

Большую группу инваров составляют сплавы для пайки и сварки со стеклом [53]. Составы этих сплавов подобраны таким образом, чтобы ТКЛР сплава соответствовал тому же коэффициенту у материала, с которым производится

соединение, во всем интервале температур, вплоть до размягчения стекла. Это обеспечивает сохранение спая при нагреве и охлаждении (в процессе изготовления и в условиях эксплуатации) и получение герметичного соединения. Основной представитель этой группы - сплав 29НК (ковар) имеет такой же ТКЛР, как термостойкое стекло, вольфрам и молибден. В этом сплаве часть никеля заменена кобальтом, что повышает температуру точки Кюри и расширяет область его применения до 420 °С. При тех же температурах начинается размягчение термостойкого стекла. Сплав пластичен и хорошо обрабатывается давлением, поэтому в электровакуумном производстве он заменил менее пластичные и нежаростойкие вольфрам и молибден.

Сплав 47НД (платинит) относится к группе сплавов, имеющих такой же ТКЛР, как платина и нетермостойкие стекла. Его используют для сварки и пайки с такими стеклами в электровакуумной промышленности. Вследствие высокого содержания никеля сплав имеет высокую температуру точки Кюри.

Для пайки с керамикой применяют сплав ЗЗНК, являющийся аналогом ковара, но с повышенным содержанием никеля. Для такой пайки не требуется очень точного совпадения коэффициентов расширения, что упрощает технологию изготовления этого сплава.

В качестве терморегулятора в приборостроении используют биметаллические пластинки, сваренные из двух материалов с различным значением коэффициента а. Для этих целей обычно используют инвар 36Н, имеющий минимальное значение коэффициента а, и сплав с 25 % М, у которого коэффициент очень большой (а « 20 X 10-6К-1). При нагреве пластинка биметалла сильно искривляется и замыкает (или размыкает) электрическую цепь.

Впервые в 1931 г. Масумото, добавив 5% кобальта в инварный сплав 64% Бе - 31% N1, получил суперинвар [54]. Коэффициент расширения суперинвара может достигать близких к нулю значений, но именно этот сплав имеет относительно узкий диапазон температур, в котором ТКЛР будет оставаться минимальным [5557]. Эти эффекты обусловлены присутствием кобальта, который, находясь в кристаллической решетке по принципу замещения, сохраняет низкие значения

ТКЛР [58, 59]. Резкое изменение коэффициента расширения в зависимости от температуры не позволило найти более широкого применения для этого типа инварных сплавов. В таблице 1.2 представлены значения ТКЛР инварных сплавов, в различных температурных интервалах, наиболее используемых в различных отраслях промышленности.

Таблица 1.2 - Температурные коэффициенты линейного расширения различных инварных сплавов в интервалах температур в зависимости от режима

термической обработки [10]

Марка сплава Температурный коэффициент линейного расширения (а х 10-6К-1)в интервале температур, °С Режим термической обработки

20-80 20-100 20-300 20-400 20-450 20-500 20-800

36Н Не более 1,2 Закалка заготовок с температуры (840±10) °С, охлаждение в воде, отпуск образцов при температуре (315±10) °С, выдержка 1 ч. Охлаждение с печью

32НКД Не более 1,0

30НКД 30НКД-ВИ 3,3-4,3 3,8-4,6 5,9-6,7 Отжиг заготовок или образцов в водороде, вакууме или защитной атмосфере при температуре (960±20) °С, выдержка 1 ч. Охлаждение с печью до 200 °С со скоростью не более 10 °С/мин

29НК 29НК-ВИ 4,6-5,5 4,6-5,2 5,9-6,4

29НК-1 29НК-ВИ-1 4,8-5,3 4,7-5,1 6,0-6,4

38НКД 38НКД-ВИ 7,0-7,9 7,0-7,9 8,2-8,9

33НК 33НК-ВИ 7,4-8,4 7,0-7,6 7,3-7,9 10,4-11

47НХР 8,4-9,0 9,4-10 - 10-11 -

47НХ 7,2-8,1 7,4-8,0 7,8-8,7 8,6-9,3 -

48НХ 8,4-9,2 8,4-9,0 8,6-9,4 9,1-9,7 -

1.2 Влияние химических элементов на структуру и свойства инваров

Тепловые и механические свойства инварных сплавов в основном зависят от химического состава. Добавление легирующих элементов в сплав на основе Бе-М может оказывать влияние на механические, технологические и специальные свойства инварных сплавов, о чем говорят работы многих исследователей [60-62]. Классический инвар, содержащий 36% никеля, имеет твердость около 120 НУ, временное сопротивление 440-480 МПа и ТКЛР а20-100 < 1,2 X 10-6К-1 [30].

Существенное воздействие как на механические, так и на тепловые свойства инварных сплавов оказывает углерод [63, 64]. Он может находиться в кристаллической решетке в структурно свободном состоянии в виде графита [65] или по принципу внедрения, обеспечивая твердорастворное упрочнение, закрепление дислокаций при сравнительно низких температурах около 100 °С, и, кроме того, может расширить температурный диапазон, в котором сохраняются пониженные значения ТКЛР. Также углерод может находиться в сплаве в виде химических соединений, и при введении сильных карбидообразующих элементов позволяет повысить прочностные свойства за счет карбидного упрочнения без существенного снижения инварных характеристик [17-19, 21, 51, 66-68]. Вне зависимости от места нахождения углерода в сплаве он негативно влияет на значения ТКЛР, увеличивая его [64]. Эта зависимость представлена на рисунке 1.3.

30 32 34 36 38 N1.%

Рисунок 1.3 - Изменение ТКЛР в интервале от 20 до 100 °С в зависимости от концентрации никеля и углерода в сплавах системы Fe-Ni-C [4]

Отдельную группу инваров составляют сплавы с повышенными литейными свойствами [15, 16, 29]. Особенностью их химического состава является повышенное содержание углерода и кобальта до 2% и 20%, соответственно [69]. Углерод в этих сплавах выделяется из пересыщенного твердого раствора в виде графита и поглощает избыточные напряжения, возникающих при литье. Кобальт играет ту же роль, что и в суперинварах - снижает значение ТКЛР. В работе [70] в суперинварные сплавы системы Fe-Ni-Co был добавлен углерод для улучшения литейных свойств. В результате в сплаве углерод выделялся равномерно по всему объему шлифа в виде графита в мелкодисперсном состоянии, а ТКЛР даже после графитизирующей термической обработки оставался в пределах, соответствующих определению минимального коэффициента а20-100 < 1,5 х 10-6К-1.

Введение углерода в инварный сплав повышает стабильность ГЦК структуры к мартенситному превращению. Кроме этого, углерод в твердом растворе является источником локальных искажений. С повышением его содержания твердость сплавов возрастает (рисунок 1.4), что обусловлено искажениями кристаллической решетки, увеличением сил трения, препятствующих движению дислокаций.

" 200

л .

£

I 620

Ы

-

120

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 С, %

Рисунок 1.4 - Изменение твердости в зависимости от содержания углерода в

сплавах системы Fe-34% М^ [4]

Легирование углеродом ведет к уменьшению энергии дефектов упаковки, затрудняет поперечное скольжение, вызывая тем самым упрочнение [71]. Возникновение этих искажений также способствует протеканию процессов перераспределения атомов с образованием субмикронеоднородностей - областей,

богатых и бедных никелем. Доля областей, богатых никелем, растет с увеличением концентрации никеля и углерода в сплаве. В результате, создается доменная структура, в которой каждый из магнитных доменов обладает магнитострикционным эффектом. Эта структура и обеспечивает формирование инварных свойств [6].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Чукин, Дмитрий Михайлович, 2016 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1 C. E. Guillaume, C. R. Acad. Sci. Paris, - 125-235 - 1897.

2 Захаров, А.И. Физика прецизионных сплавов с особыми тепловыми свойствами / А.И. Захаров. - М.: Металлургия. - 1986. - 237 с.

3 Влияние пластической деформации и термической обработки на температурный коэффициент линейного расширения и магнитные свойства железони-келевых сплавов инварного класса / В.П. Ворошилов, А.И. Захаров, В.М. Калинин, А.С. Уралов // Физика металлов и металловедение. - 1973. - Т. 35, № 5. - С. 953958.

4 Захаров, А.И. Тепловое расширение монокристаллического инвара в области низких температур / А.И. Захаров, Б.В. Молотилов, Л.В. Пастухова // Физика металлов и металловедение. - 1974 - Т. 37. № 3. С. 654-655.

5 Microstructures and Properties of Unirradiated and Irradiated High-Strength Invar Alloys / K. Sridharan, R.D. Griffin, R.A. Dogg, E.J. Worzala // Fusion Technology Institute. - University of Wisconsin. - 1989.

6 Пат. 2154692. Российская Федерация, Высокопрочный инварный сплав. / Родионов Ю.Л.; Щербединский Г.В.; Замбржицкий В.Н.; Юдин Г.В.; Насибов Али Гасан Оглы; Хромова Л.П.; Кириллов Ю.Г., заявитель и патентообладатель: Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина; опубл. 20.08.2000.

7 Duffaut, F. Property Adjustments in Controlled Expansion and Elasticity Alloys, The Iron-Nickel Alloys. A Hundred Years after the Discovery of Invar / F. Duffaut, R. Cozar // G. Beranger et al.,Ed., Lavoisier Publishing. - 1996 - P 109-139.

8 Investigation of thermal expansion of new Fe-Ni based Invar type alloys / Svistunova E.L., Barkaya D.S., Basargin O.V., Zakharov A.I. // Soviet materials science reviews/ 1989.- volume 3, number 1-4. - P 155-159.

9 Callister, W. D. Jr. Materials Science and Engineering: An Introduction, Fourth Edition / W. D. Callister, Jr. - Wiley, New York. - 1997. - Chapter 20.

10 ГОСТ 10994-74. Межгосударственный стандарт. Сплавы Прецизионные Марки.

11 Effect of heat treatment on thermal properties and structure of aging invar alloy 40NL / A.A. Gulyaev, E.L. Svistunova, O.V. Basargin, A.I. Zakharov, S.M. Tret'yakova // Izvestiya AN SSSR: Metally. - 1991- number 2. - P 118-122.

12 ГОСТ 1497-84. (ИСО 6892-84) Межгосударственный стандарт. Металлы. Методы испытаний на растяжение (с Изменениями N 1, 2, 3).

13 Metastable Alloys: Preparation and Properties, Volume 4, 1st Edition. / Editors: K.W. Samwer M. von Allmen J. B0ttiger B. Stritzker. // Hardcover. ISBN: 9780444873316, ISBN: 9780080983608.

14 Yamada, H. / Invar anomalies of cubic laves-phase transition-metal compounds / H. Yamada, K. Terao // Physica B: condensed matter. - Volume: 237-238. -1997. - P. 499-501. - ISSN: 0921-4526

15 Sridharan, K. Heat treatment and microstructure of an Fe-Ni-Co invar alloy strengthened by intermetallic precipitation / K. Sridharan, F.J. Worzala, R.A. Dodd // Materials Characterization. - 1992. - Volume 29, n 3. - P.321-327.

16 Тепловые свойства и структура литейных углеродсодержащих инвар-ных и суперинварных сплавов после двухступенчатого отжига / С.В. Грачев, М.А. Филиппов, В.И. Черменский, М.Д. Харчук, И.В. Кончаковский, А.С., В.В. Токарев, С.М. Никифорова // Металловедение и термическая обработка металлов. - №3. -2013. - С. 10-13.

17 Высокопрочные инварные сплавы / Ю.Л. Родионов, Г.В. Щербедин-ский, О.П. Максимова, Г.В. Юдин // Сталь. - 2000. - № 5. - С. 76-80.

18 Studies on magnetically aged Fe-Mo-Ni-C alloys with different carbon additions /A.A. Braid, J.R. Teodosio, H.F.G. Abreu, J.M. Neto, M.R. Silva // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2001. - number 226-230. - P. 1397-1399.

19 Nakama, K. Effect of MC Type Carbides on Age Hardness and Thermal Expansion of Fe-36 wt. % Ni-0.2 wt. % C Alloy / K. Nakama, K. Sugita, Y. Shirai // Metal-logr. Microstruct. - 2013. - P. 383-387.

20 Moon, B.M. Effects of alloying elements on hardness improvement and damping capacity of low thermal expansion cast irons / B.M. Moon; C.P. Hong // Source: Journal of Materials Science. - 1998.- Volume 33, n 11. - P. 2875-2882.

21 Carbides and mechanical properties in a Fe-Cr-Ni-Mo high-strength steel with different V contents / Tao Wen, Xiaofeng Hu, Yuanyuan Song, Desheng Yan, Lijian Rongn. // Materials Science & Engineering A. - 588. - 2013. - P. 201-207.

22 Handbook of Magnetic Materials, Volume 5, 1st Edition. / Editors: E.P. Wohlfarth K.H.J. Buschow, Hardcover. - ISBN: 9780444874771. - ISBN: 9780080933740.

23 ГОСТ 5639-82. Стали и сплавы. Методы выявления и определения величины зерна (с Изменением N 1). Межгосударственный стандарт. Steels and alloys. Methods for detection and detеrmination of grain size.

24 Пат. 2568541. Российская Федерация. Высокопрочный инварный сплав / В.М. Колокольцев, М.В. Чукин, Э.М. Голубчик, Ю.Л. Родионов, И.А. Кормс, М.А. Клячко, А.Н. Шаманов, заявитель и патентообладатель: Публичное акционерное общество специального машиностроения и металлургии "Мотовилихинские заводы" (RU), Опубл. БИ 2015, №32.

25 Пат. 2581313. Российская Федерация. Способ обработки углеродсодер-жащего инварного сплава / Э.М. Голубчик, Ю.Л. Родионов, И.А. Кормс, А.Н. Матушкин, заявитель и патентообладатель: Публичное акционерное общество специального машиностроения и металлургии "Мотовилихинские заводы" (RU) БИ 2016, №11.

26 Патент РФ на полезную модель №162881. Российская Федерация. Шпангоут ракетного обтекателя из инварного сплава / М.В. Чукин, Э.М. Голубчик, заявка №2015156594/28 (087231), 28.12.2015, В21С 3/02. БИ 2016. №18

27 Разработка композиций многофункциональных сплавов инварного класса с расширенными эксплуатационными характеристиками / М.В. Чукин, Э.М. Голубчик, А.С. Кузнецова, Ю.Л. Родионов, И.А. Кормс, А.В. Касаткин, Д.П. Подузов // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. - 2013. - № 3. - С. 62-66.

28 Weiss, R. J. The Origin of the Invar Effect / R. J. Weiss // Proceedings of Royal Society. - London A. - 1963. - Volume 82. - P. 281-288.

29 Новые прецизионные литейные сплавы с заданным коэффициентом расширения / С. В. Рабинович, М. Д. Харчук, В. И. Черменский, Р. А. Сидоренко // Литейное производство. - 1994. - №1. - С.15-16.

30 Рабинович, С. В. О влиянии микроликвации никеля на тепловое расширение литейных железоникелевых сплавов / С. В. Рабинович, М. Д. Харчук, В. И. Черменский // Изв.вузов. Черная металлургия. - 1994. - № 10. - С.29-32.

31 Акулов, Н.С. Ферромагнетизм. / Н.С. Акулов - М.: Машиностроение. -1939. -190 с.

32 Akai, H. Local moment disorder in ferromagnetic alloys / H. Akai, H. Dede-richs // Physical Review B. - Volume 47. - 1993. - P. 8739-8747.

33 Белов, К.П. Магнитострикционные явления и их технические приложения. / К.П. Белов - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987. -160 с.

34 Nakamura, Y. The Invar Problem. / Y. Nakamura // IEEE Transactions on Magnetics. - Volume 12. - 1976. - P. 278-291.

35 ГОСТ 2999—75. Металлы и сплавы. Межгосударственный стандарт. Метод измерения твердости по Виккерсу.

36 Matsui, M. Magnetic and thermal anomalies of Invar alloys / M. Matsui, K. Adachi, S. Chikazumi // Journal of Applied Physics. - Volume 51. -1980. - P. 63196325.

37 Мулюков, Р.Р. Влияние наноструктурирования на фазовый состав и намагниченность насыщения инварного сплава Fe-36%Ni / Р.Р. Мулюков, И.Х. Бит-кулов, К.А. Букреева // Письма о материалах. - Т.1. - 2011. - С 70-72.

38 Microstructure and low temperature magnetism of Fe-Ni invar alloys / D.G. Rancourt, P. Hargraves, G. Lamarche, R.A. Dunlap // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. - Volume 87. - number 1-2. - 1990. - P. 71-82.

39 Ломова, Н. В. Применение метода рентгеноэлектронной спектроскопии для исследования спинового магнитного момента атомов в системах на основе железа: автореф. дис... канд. физ.-мат. наук: 01.04.01. / Ломова Наталья Владимировна. - Ижевск - 2007.

40 Caddie Gertrude George. The Magnetostricnion Of Spacemen Of Nikel And Invar As A Function Of Tension. Tesis For The Degree Of Bachalor Of Philosophy Normal Course. / Caddie Gertrude George. - University of Wisconsin. - 1922.

41 Matsui, M. Magnetic and thermal anomalies of Invar alloys / M. Matsui, K. Adachi, S. Chikazumi // Journal of Applied Physics. - Volume 51. - 1980. - P. 63196325.

42 Тематический сборник научных трудов «Тепловые и упругие свойства прецизионных сплавов» - Изд. под ред. Б.В. Молотилова. М.: Металлургия. - 1986. - 97 с.

43 Magnetochemical Origin for Invar Anomalies in Iron-Nickel Alloys / Crisan, V., P. Entel, H. Ebert, H. Akai, D. D. Johnson, J. B. Staunton // Physical Review B. -Volume 66. - 2002. - P. 014416-014418.

44 ГОСТ 14082-78: Прутки и листы из прецизионных сплавов с заданным температурным коэффициентом линейного расширения. Технические условия.

45 Буравихин, В.А. Практикум по магнетизму / В.А. Буравихин, В.Н. Шел-ковников, В.П. Карабанова // Учеб. пособие. - М.: Высшая школа, 1979. - 197 с.

46 Влияние состава на температурную зависимость тепловых свойств литейных инварных и суперинварных сплавов / С.В. Грачев, В.И. Черменский, М.Д. Харчук, И.В. Кончаковский, А.С. Жилин, В.В. Токарев, С.М. Никифорова, И.А. Ве-недиктова // Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. - №3 - 2012 - С. 86-90.

47 Fumihisa, Ono. Relation between the thermal expansion coefficient and the magnetization in Fe-Ni invar alloys. / Ono Fumihisa // Journal of the Physical Society of Japan. - 1979 - Volume 47. - number 5.

48 Magnetic properties of splat quenched Fe-Ni Invar alloys / Morita H., Hiroy-oshi H., Fujimori H., Nakagawa Y. // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. -Volume 15-18. - Part 3. - 1979. - P. 1197-1198.

49 ГОСТ 14080-78: Прутки и листы из прецизионных сплавов с заданным температурным коэффициентом линейного расширения. Технические условия.

50 Grujicic, M. Low-temperature strengthening of Fe-Ni invar / M. Grujicic, W.S. Owen // Scripta metallurgica et materialia. - Volume 24. - 1990 - number 12. - P. 2329-2334.

51 Gavriljuk, V. Hyperfine structure and properties of new invar alloy Fe-Ni-C at low temperatures / V. Gavriljuk, V. Nadutov. // Cryogenics. - Volume 34. - 1994. - P. 485-488.

52 Прецизионные сплавы. Справ. изд. под ред. Б.В. Молотилова. - М.: Металлургия. - 1983. - 439 с.

53 Литые детали из суперинвара для оптических приборов / С. В. Рабинович, Р. А. Сидоренко, М. Д. Харчук, А. Я. Иоффе // Оптико-механическая промышленность. - 1978. - №11. - С.49-51.

54 Сидоренко, Р. А. Изучение особенностей кристаллизации сплава 32НКД / Р. А. Сидоренко, С. В. Рабинович, М. Д. Харчук // Изв.вузов. Черная металлургия. - 1978. - № 10. - С. 144-147.

55 Valderruten, J F. Mossbauer and x-ray study of mechanically alloyed Fe-Ni alloys around the Invar composition / J F Valderruten, G.A. Perez Alcazar, J. M. Greneche // J. Phys.: Condens. Matter - Volume 20. - 2008. - P. 485204 (6pp).

56 Yoder, P. R. Jr. Opto-Mechanical Systems Design, Third Edition / P. R. Yoder Jr. CRC Press. - 2006. - p. 122.

57 Effect of Co, Cu content in super invar Fe-Ni-Co alloy on magnetic temperature stability / Long Yi, Zhou Lan, Qiang Wenjiang, Li Songmao // Journal of Functional Materials. - 1999. - Volume 30, number 1. - P. 21-23.

58 Nadutov, V. M. Effect of Alloying with Mn and Co on the Temperature Dependence of Internal Friction in Fe-Ni-C Invar Alloys / V. M. Nadutov, T. V. Golub, O.

V. Khimenyuk // The Physics of Metals and Metallography. - 2010. - Volume 109. -Number 1. - P. 22-29.

59 Sridharan, K. Heat treatment and microstructure of an Fe-Ni-Co invar alloy strengthened by intermetallic precipitation / K. Sridharan, F.J. Worzala, R.A. Dodd // Materials Characterization. - Volume 29, n 3. - 1992. - P. 321-327.

60 Hausch, G. Thermal expansion of invar and superinvar after thermomechan-ical treatment / Hausch Gernot, Schrey Peter // Materials Research and Advanced Techniques. - Volume 82, n 12. - 1991. - P. 891-894.

61 Tsuda Masaomi. Effect of minor alloying elements on the mean thermal expansion coefficient of Fe-36% Ni invar alloy // Journal of the Iron and Steel Institute of Japan. - Volume 80, n 12. - 1994. - P. 944-949.

62 Wear Resistance Improvement of Small Dimension Invar Massive Molds for CFRP Components / C. Giolli, M. Turbil , G. Rizzi, M. Rosso, A. Scrivani // Journal of Thermal Spray Technology. - 2009. - Volume 18, Issue 4. - P. 652-664.

63 Kim, Ha Na. Fabrication of super invar micro- and nano- structures by elec-trodeposition for low thermal expansion applications. / Chemical Engineering Dissertations. - 2012. - Paper 14. - http://hdl.handle.net/2047/d20002762

64 Cadeville, M.C. Influence Of Carbon On The Curie Temperature Of Iron-Nickel Invar Alloys / M.C. Cadeville, E.P. Wohlfarth // Physica Status Solidi (A) Applied Research. - Volume 26, n 2. - 1974. - P. k157-k160.

65 Kwon, Ha Tae. Effect of C content on the microstructure and physical properties of Fe-36Ni invar alloy / Ha Tae Kwon, Min Seok Hong // Materials Science Forum. - Volume 804. -2015. - P. 293-296.

66 Invar property of the metallic inclusions in synthetic diamond crystals grown in the Fe-Ni-C system / E. Pavel, Gh. Baluta, C. Giurgiu, D. Barb, D.P. Lazar, M. Morariu // Materials Science and Engineering A. - Volume A150, n 1. -1992. - P. L9-L10.

67 José Garcia. Influence of Fe-Ni-Co binder composition on nitridation of cemented carbides // Int. Journal of Refractory Metals and Hard Materials. - Volume 30. -2012. - P. 114-120.

68 Experimental investigation and thermodynamic calculation of the phase equilibria in the Fe-Ni-V system / C.C. Zhao, S.Y.Yang, Y.Lua, Y.H.Guo, C.P.Wang, X.J.Liu.// Computer Coupling of Phase Diagrams and Thermochemistry. - Volume 46. -2014. - P. 80-86.

69 Microstructure and wear properties of TiC-VC reinforced iron based hard-facing layers / X. H. Wang, M. Zhang, Z. D. Zou, S. Y. Qu // Materials Science and Technology. - 2006. - Volume 22, No 2. - P. 193-198.

70 Precision Castable Alloy Of Invar Class For Operating Temperatures Of Up To 500°C / V. I. Chermenskii, I. V. Konchakovskii, S. V. Grachev, A. V. Maiorov, P. S. Kuchin // Translated from Metallovedenie i Termicheskaya Obrabotka Metallov. - No. 10. - 2010. - P. 50 - 53.

71 Влияние углерода на структуру и теплофизические свойства новых уг-леродсодержащих суперинварных сплавов / А.С. Жилин, С.В. Грачев, М.А. Филиппов, С.М. Никифорова, А.И. Пургина // Вектор науки ТГУ. - 2013. - № 3. - С. 170173.

72 Сильман, Г.К. Диаграмма состояния сплавов системы Fe-C-V и ее использование в металловедении сталей и чугунов / Г.К. Сильман // Металловедение и термическая обработка металлов. - 1992. - №11. - С.4-8.

73 Thibaux, P. Carbon Diffusion Measurement in Austenite in the Temperature Range 500 oC to 900 oC. / P. Thibaux, A. Me' Tenier, C. Xhoffer // Metallurgical and Materials Transactions. - Volume 38a. - 2007. - P. 1169—1178.

74 Капитонов, А.М. Физико-механические свойства композиционных материалов. А.М. Капитонов, В.Е. Редькин. - Монография. - c. 619.

75 Соловьева, Н.А. Влияние легирования на тепловое расширение желе-зоникелевых сплавов с аномалией теплового расширения. / Н.А. Соловьева // Прецизионные сплавы. Сборник трудов ЦНИИЧМ. - М.: Металлургия. - Выпуск 54. -1968. - С. 77-84.

76 Гудремон Э. Специальные стали. - М.: Металлургиздат. - 1960. - Т 12. - 1683 с.

77 Effect of Thermomechanical Treatments on Hardness and Coercive Force of Aged Austenitic Alloy of Invar Composition / A. I. Uvarov, N. F. Vil'danova, A. P. Nichipuruk, V. M. Somova, E. Yu. Sazhina, E. I. Anufrieva, and Yu. I. Filippov // The Physics of Metals and Metallography. - 2014. - Volume 115, No. 10. - P. 1001-1006.

78 Ogorodnikova, O. M. / Precipitation Hardening Of Castable Iron-Nickel Invars / O. M. Ogorodnikova, E. V. Maksimova // Metal Science and Heat Treatment. -Volume 57, Issue 3. - 2015. - P. 143-145.

79 Study of the effect of W and Mo binary alloying Fe-Ni36 invar alloy properties / Wang, Chao, Yuan Shou Qian, Yao Cheng Gong, Feng Zhen Ping // Advanced Materials Research. - 2013. - P. 290-293.

80 Preparation of Ni-Mo-Fe alloys from MoO3 concentrate using an electro-slag refining (ESR) method / K. Jamshidia, H. Abdizadeha, S.A. Seyyed Ebrahimia, K. Hanaeib // Journal of Alloys and Compounds. - L4-L6. - 2005. -P. 396.

81 Seok, Hong Min. Effect of Al Addition on Microstructure and Physical Properties of Fe-36Ni Invar Alloy / Hong Min Seok, Tae Kwon Ha // World Academy of Science, Engineering and Technology, International Journal of Chemical, Nuclear, Materials and Metallurgical Engineering. - Vol:8. - No:5. - 2014.

82 Effect of Solid Solution Treatment on Microstructure of Fe-Ni Based High Strength Low Thermal Expansion Alloy / Zhang Jian-fu, Tu Yi-fan, Xu Jin, Zhang Jian-sheng, Zhang Jing-lin // Journal of iron and steel research, international. - 2008. - Volume 15(1). - P. 75-78.

83 Chun Li, Xiao. Mechanical and thermal expansion behavior of laser deposited metal matrix composites of Invar and TiC / Xiao Chun Li, Jurgen Stampfl, Fritz B. Prinz // Materials Science and Engineering. - A282. - 2000. - P. 86 - 90.

84 Darby, J.B. / Transactions of the American institute of mining metallurgical and petroleum engineers. - 1955 - Volume 203. - P.765-766.

85 Wear Resistance Improvement of Small Dimension Invar Massive Molds for CFRP Components / C. Giolli, M. Turbil, G. Rizzi, M. Rosso, A. Scrivani // Journal of Thermal Spray Technology. - 2009. - Volume 18, Issue 4. - P. 652-664.

86 Effect of Aging and Plastic Deformation on the Mechanical, Magnetic, and Thermal Properties of Cobalt-Containing Invars / E. S. Gorkunov, A. I. Uvarov, V. M. Somova, V. A. Kazantsev, E. I. Anufrieva, T. P. Tsar'kova, and S. Yu. Mitropol'skaya // Russian Journal of Nondestructive Testing. - Vol. 41, No. 12. - 2005. - P. 802-808.

87 Гаврилюк, С.И. Влияние деформации на тонкую структуру инвара. / С.И. Гаврилюк, А.И. Захаров // Металловедение и термическая обработка металлов. - №1. - 1980. - С. 39-43.

88 Ustinovshikov, Y. A study of microstructures responsible for the emergence of the invar and permalloy effects in Fe-Ni alloys / Y. Ustinovshikov, I. Shabanova // Journal of Alloys and Compounds. - 2013 - Volume 578. - P. 292-296.

89 ASM Handbook Volume 3: Alloy Phase Diagrams. - 1992. - p. 199.

90 Grain growth and grain size effects on the thermal expansion properties of an electrodeposited Fe-Ni invar alloy / Yichun Liu, Lei Liu, Zhong Wu, Jiake Li, Bin Shen and Wenbin Hu // Scripta Materialia. - №63. - 2010. - P.359-362.

91 . Zhong, Z.H. A new wrought Ni-Fe-base superalloy for advanced ultra-supercritical powerplant applications beyond 700 °C / Z.H. Zhong, Y.F.Gu, Y.Yuan, Z.Shi // Materials Letters. - Volume 109. - 2013. - P. 38-41.

92 Tanji, Y. Thermal expansion coefficient of Fe-Ni (fcc) alloys / Y. Tanji, Y. Shirakawa // J Jap Inst Metals. - Volume 34, n 2. - 1970. - P. 228-232.

93 Ustinovshchikov, Yu. I. Microstructures Responsible for the Invar and Permalloy Effects in Fe-Ni Alloys / Yu. I. Ustinovshchikov, I. N. Shabanova, and N. V. Lomova // Russian Metallurgy (Metally). - 2015. - No. 5. - P. 389-394.

94 Temperature and age effects on the temporal stability of Invar / Steele Jeffrey M., Thompson Dennis A., Jacobs, Stephen F., Bass Daniel L. // Proceedings of SPIE -The International Society for Optical Engineering. - Volume 1752. - 1992. - P. 40-51.

95 Каяк, Л.К. Труды ВНИИМ. - Л.: Издательство стандартов. - 1961. -вып. 47(107). - С. 23-33.

96 Ширяева, А.Н. Временная стабильность изделий из инварных сплавов. Тематический сборник научных трудов: Тепловые и упругие свойства прецизионных сплавов. / А.Н. Ширяева, Г.П. Хижняк. - М.: Металлургия. - 1986. - С. 67-72.

97 Johannes, William R. / Controlling the coefficient of thermal expansion of printed wiring board using copperinvar-copper foil / Johannes, William R., Johnson, Wray. // International Journal of Microcircuits and Electronic Packaging. - Volume 17, n 2. - 1994. - P. 135-142.

98 Invar effect on martensitic transformations in Fe-Ni-C alloys under hydrostatic pressure / Kakeshita Tomoyuki, Shimizu Ken'ichi, Endo Shoichi, Akahama Yuichi, Fujita Francisco Eiichi. // Materials Transactions JIM. - Volume 30, n 3. -1989. - P. 157164.

99 Регулирование коэффициента линейного расширения в Fe-Ni-Со-Тi инварах в результате старения и фазового наклепа. / А.И. Уваров, В.В. Сагарадзе, В.Е. Данильченко, В.А. Казанцев, Н.Ф. Вильданова, Е.И. Ануфриева, Ю.И. Филиппов // Физика металлов и металловедение. - 2010. - Т. 110. -№ 4. - С. 374-383.

100 Использование метода высших гармоник для изучения фазовых превращений в метастабильных стареющих инварах / А.И. Уваров, В.А. Сандовский, Е.И. Ануфриева, Н.Ф. Вильданова, Ю.И. Филиппов // Материаловедение. - 2013. -№10. - С. 31-36.

101 Освоение новых технологий производства многофункциональных сплавов инварного класса с повышенными эксплуатационными свойствами / В.М. Колокольцев, М.В. Чукин, Э.М. Голубчик, Ю.Л. Родионов, Н.Ю. Бухвалов // Металлургические процессы и оборудование. - 2013. - № 3. - С. 47-52.

102 Разработка композиций многофункциональных сплавов инварного класса с расширенными эксплуатационными характеристиками. / М.В. Чукин, Э.М. Голубчик, А.С. Кузнецова, Ю.Л.Р одионов, И.А. Кормс, А.В. Касаткин, Д.П. Подузов // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. - 2013. - № 3. - С. 62-66.

103 Thermal properties and structure of cast carbon-containing invar and superinvar alloys after two-stage annealing / S. V. Grachev, M. A. Filippov, V. I. Chermenskii, M. D. Kharchuk, I. V. Konchakovskii, A. S. Zhilin, V. V. Tokarev, S. M. Nikiforova // Translated from Metallovedenie i Termicheskaya Obrabotka Metallov. - No. 3. - March, 2013. - P. 10 - 13.

104 K^dziolka-Gawel, M. The effect of temperature on the structural and magnetic behaviour of Fe-Ni Invar alloys / M K^dziolka-Gawel, W Zarek, E Popiel. // Institute of Physics, University of Silesia. - 40-407. - Katowice, Poland.

105 Куликов, И.С. Раскисление сплавов. - М.: Металлургия. - 1975. -

504 с.

106 Самарин, А.М. Физико-химические основы раскисления стали. - М.: Изд-во АН СССР. - 1956. - 152 с.

107 Steelmaking Data Sourcebook. - N.Y. Tokyo: Gordon & Breach Science Publ. - 1988. - 325 p.

108 Дашевский, В.Я. Физико-химические основы раскисления железонике-левых сплавов. - М.: Издательство Физматлит. - 2011. - 152 с.

109 Александров, А. А. Исследование раскислительной способности углерода, ванадия, титана и циркония в железоникелевых сплавах с целью минимизации концентрации кислорода в металле: автореф. дис... канд. физ.-мат. наук: 05.16.02. / Александров Александр Александрович. - Москва- 2012.

110 Исследование физико-механических свойств и структуры высокопрочных многофункциональных сплавов инварного класса нового поколения / М.В. Чу-кин, Э.М. Голубчик, Г.С. Гун, Н.В. Копцева, Ю.Ю. Ефимова, А.Н. Матушкин, Д.М. Чукин // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. - 2014. - № 1 (45). - С. 43-47.

111 Исследование режимов термической обработки при производстве высокопрочных инварных сплавов нового поколения / М.В. Чукин, Э.М. Голубчик, Н.В. Копцева, Е.М. Медведева, Д.М. Чукин // Металлург. - 2014. - № 4. - С. 97102.

112 Formation of the Physicomechanical Properties in High Strength Invar Alloys / N. V. Koptseva, E. M. Golubchik, D.M. Chukin, Yu. Yu. Efimovaa, E. M. Medvedeva, Yu. L. Rodinov, I. A. Korms // Steel in Translation. - 2014. - Vol. 44, No. 4. - P. 317-319.

113 Влияние термической обработки на структуру и тепловые свойства высокопрочных инварных сплавов системы Fe-Ni-C с дополнительным легированием

молибденом и ванадием / М.В. Чукин, Э.М. Голубчик, Н.В. Копцева, Ю.Ю. Ефимова, Д.М. Чукин, M. Dabala // Производство проката. - 2015. - №7. - С. 28-34

114 Разработка инновационной технологии производства многофункциональных инварных сплавов нового поколения / М.В. Чукин, Э.М. Голубчик, Н.В. Копцева, Ю.Ю. Ефимова, Д.М. Чукин, Е.М. Медведева // VX International Scientific Conference "New Technologies and Achievements in Metallurgy, Material Engineering and Production Engineering". - Czestochowa. - 2014. - P. 125-129.

115 Копцева, Н.В. Влияние термической обработки на тепловой коэффициент линейного расширения в инварных сплавах системы Fe-Ni-C-V / Н.В. Копцева, Д.М. Чукин // VI Международная конференция «Деформация и разрушение материалов и наноматериалов». Москва. 10-13 ноября 2015 г. / Сборник материалов. -М: ИМЕТ РАН. - 2015. - С. 416-418

116 Влияние термической обработки на структуру и свойства высокопрочных углеродосодержащих инварных сплавов с минимальным коэффициентом теплового расширения / Н.В. Копцева, Ю.Ю. Ефимова, Д.М. Чукин, M. Dabala // Сборник трудов 11 -ой международной научно-технической конференции «Современные металлические материалы и технологии». - г. Санкт-Петербург. - 2015. - С. 632- 648

Дифрактограмма сплава 32НФ в исходном горячекатаном состоянии

[GroupName] Standard [DataName] Chulcin_DM-l-0 [Date/Time] 09-15-16 16:53:33

< Raw Data >

I 1 1 ! 1\

< Pealt Data >

f

< Entry Data >

< Residual Peak >

< Card Data >

1

40 ......... 50 , | , . . , | , , 60 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ..........| . . i . 70 BO 90 , . . , | . . . i 100 . , I . 1 . . , , 110 , , , , 1 , , , , 120 . . . . | , . , . 130 140

No Card Chemical Formula Chemical Name Mineral Name L d I R Dx WT% S.G.

| 1:01-081-8770 Fe Iron 1.000( 3/ 8) 0.801 ----- 0.801 7.98 Fm-3m A

□ 2:00-001-1159 V4C3 Vanadium Carbide 0.250 ( 1/10) 0.760 ----- 0.190 5.53 Fm-3m

Дифрактограмма сплава 32НФК в исходном состоянии

[GroupName] Standard [DataName] Chukin_DM-377 [Date/Time] 07-19-16 14:20:12

-----------------------------[-------------------, ----<-Saw-Data->

1 v.......!................!\ ____________—щ—— ■

< Peak Data >

< Entry Data >

< Residual Peak >

.....................1......

< Card Data >

1

.......... ...................| .... | .... .................................................. 0 50 60 70 BO 90 100 110 120 130 1 Chemical Formula Chemical Name Mineral Name L d I R Dx WI% S.G.

Дифрактограмма сплава 34НФМ в исходном состоянии

[GroupName] Standard [DataName] Chukin_DM-6-0 [Date/Time] 09-13-16 15:13:43

< Raw Data >

. !.....J I ..J I TV

< Peak Data >

i

1 l 1 1

< Entry Data >

< Residual Peak >

i

< Card Data >

Chemical Formula

Chemical Name

Mineral Name

1 1 00-023-0298 (Fe,C) Iron 1 000 ( 3/ 6) 0 564 — --- о 564 7 64 Fm-3m *

J 2 00-023-1468 C7V8 Vanadium Carbide 0 182 ( 2/38) 0 854 — --- 0 155 5 64 P4332

1 3 00-015-0457 Mo2C Molybdenum Carbide 0 250 ( 1/ 5) 0 547 — --- 0 137 9 44 Fm-3m

-

Кристаллографические параметры исследуемых сплавов после различных

режимов термической обработки

Сплав Термическая обработка Кристаллограф. плоскость Угол, град Межплоскостное расстояние, А Параметр решетки, А

111 66,77 2,081

Исходный 200 78,80 1,804 3,607

220 127,70 1,275

Закалка от 111 66,96 2,075

32НФ 1250°С в 200 78,87 1,802 3,605

воде 220 128,11 1,273

111 66,91 2,077

Старение 200 78,36 1,812 3,624

220 128,41 1,272

111 66,94 2,078

Исходный 200 79,08 1,798 3,597

220 128,26 1,272

Закалка от 111 66,85 2,078

34НФМ 1250°С в 200 79,13 1,797 3,595

воде 220 127,95 1,274

111 66,81 2,080

Старение 200 79,04 1,799 3,598

220 127,96 1,274

111 66,70 2,083

Исходный 200 78,75 1,805 3,609

220 127,41 1,277

Закалка от 111 66,77 2,081

32НК 1250°С в 200 78,62 1,807 3,614

воде 220 127,51 1,276

111 66,79 2,080

Старение 200 78,70 1,806 3,611

220 127,65 1,276

111 67,05 2,073

Исходный 200 79,22 1,796 3,591

220 128,63 1,270

Закалка от 111 66,97 2,075

32НФК 1250°С в 200 79,10 1,798 3,596

воде 220 128,20 1,273

111 66,90 2,077

Старение 200 79,00 1,800 3,600

220 128,14 1,273

Дифрактограмма сплава 32НФ после закалки от 1250 °С в воде

[GroupName] Standard [DataName] Chukin_DM-3-3 [Date/Time] 07-19-16 13:26:51

----< tar Data >

1 '

.....rJ. ,..mя,и--,Дгг,,.....J L Jl

< Pealt Dati >

1

1 ......................X... 1 1 ............:.......j 1 1 1

< Lier/ Data >

< Residual Peak >

1

< Caul Data >

1 1 1

60 -j 80 H

BO —j 60-1

Chemical Formula

Chemical Name

Mineral Name

Dx WT% S.G.

: 01-077-7211 VC ::01-089-2726 IiC2 : 00-001-1159 V4C3

Vanadium carbide Titanium Carbide Vanadium Carbide

0.250( 1/ 9) 0.886 ----- 0.222 5.94

0.333 ( 2/13) 0.537 ----- 0.179 3.89

0.250 ( 1/10) 0.671 ----- 0.16S 5.53

■чмтщчмт ..................................................

Fm-3m Pm-3m Fm-3m

Дифрактограмма сплава 34НФМ после закалки от 1250 °С в воде

[GroupName] Standard [DataName] Chukin_DM-6-3 [Date/Time] 09-05-16 09:49:02

< Raw Data >

1 < Pea]f Data >

1

1

i

i 1 ...1

i

1

H

1

i < Lier/ Data >

i < Beaidual Peak >

i

•i

1

1 1 11 .........................f

i < Card Data >

i

4

1 I

■j 1—1—1—1—1—1—1—1—1—1— -1-H- —1—1—1—1—1—1-1 —1—1— —1—1—1—1—i—1—1—1—1— —,—1—1—1—1—1—1—1—1— —.—1—1—1—1-4—Г-Ч—1- —1— —1—1—1—1—1—1—1— —1—1—1—1—1—i—i—1—1— —1—1—1—1—1—1—1—1—1— —pL-i—i—H I—i—i—i—i—

Chemical Formula

Chemical Name

Mineral Name

m

1:03-065-8074 VC Vanadium Carbide

2:00-001-1159 V4C3 Vanadium Carbide

3:01-074-5552 (Mo0.333V0.667)C0.82 Molybdenum Vanadium Carbid

4:03-065-8769 Mo2V4C5 Vanadium Molybdenum Carbid

0.500( 2/10) 0.863

0.500( 2/10) 0.440

0.500 ( 2/10) 0.434

0.500( 2/10) 0.434

0.431 5.79

0.220 5.53

0.217 6.78 0.217 6.83

Fm-3m Fin-3m Fm-3m Fm-3m

Дифрактограмма сплава 32НФК после закалки от 1250 °С в воде

[GroupName] Standard [DataName] Chulcin_DM-l-3 [Date/Time] 09-14-16 14:55:54

< Raw Data >

i

J •A

< Peak Data >

..................IJ...L. 1 1

< Entry Data >

< Residual Peak >

< Card Data >

Chemical Formula

I 61:01-080-4397 TiC I 62:01-081-8770 Fe I 63:03-065-7931 TiVC2

Chemical Name Titanium Carbide Iron

Titanium Vanadium Carbide

Mineral Name

1.000(-1/10) 1.000 ----- 1.000

1.000(-1/ 8) 1.000 ----- 1.000

1.000(-1/10) 1.000 ----- 1.000

Эх WT% S.G. 5.20 7.98 5.30

Fm-3m Fm-3m Fm-3m

□

Дифрактограмма сплава 32НФ после старения при 700 °С закаленного от 1250 °С в воде

[ОгоирЫате] Згап<1аг<1 [ОагаИате] О1икд.п_0М-1-19 [Оаъе/Типе] 09-15-16 16:01:33

----< !■ РШ >

11 И.............................

! ^ 1 ! Л! .............................:.............................1......................1

40 50 60 70 ВО 90 100 110 120 130 140

< Реак Вам >

< йгсгу Бага >

< Реак >

< Сагй Баса >

I ' ' ' ' ' ' ' ' I ' ' ' ' ' ' ' 1 ' I.........I......... I

40 50 60 70 ВО 90 100 110 120 130 140

Ыо Саг<1 СЪетса! Еогши1а СЪепйса! Ыате М1пега1 Ыате Ь <1 I И Ох ИТ% Б.5.

0.667 ( 2/ 6) 0.902

Дифрактограмма сплава 34НФМ после старения при 700 °С закаленного от 1250 °С в воде

[GroupName] Standard [DataName] Chukin_DM-6-19 [Date/Time] 09-05-16 10:43:46