Вплив наночастинок заліза на структуру конструкційної сталі

Анотація

На основі аналізу процесів отримання наночастинок показано, що серед чисельних методів одержання металевих наночастинок електроіскрова обробка гранул в рідині дозволяє отримувати нанооб'єкти при високих температурах, тисках і швидкостях охолодження, тобто наночастинки з високої енергонасиченістю та як наслідок з ефективною модификуючою здатністю. Враховуючи високу енергонасиченість наночастинок, отриманих електроіскровою обробкою металевих гранул в рідині досліджено вплив наночастинок, що отримуються в процесі використання у якості вихідних матеріалів гранул заліза, на структуру маловуглецевої низьколегованої конструкційної сталі 25ГСЛ.
Наведено результати дослідження впливу наночастинок заліза в оболонці з оксиду Fe₂O₃, що при введенні в розплав і нагріванні до температури розплаву перетворюється в оксид Fe₃O₄, на формування дендритної та феррито-перлітної структури сталі 25ГСЛ при охолодженні після затвердіння та в процесі нормалізації. Показано, що введення в розплав 3,65×10¹² шт/см³ наночастинок приводить до подрібнення глобулярних дендритів в 2,5-2,8 разів, зменшення розміру зерен аустеніту в 1,4- 1,8 разів, зерен перліту в 1,7-2,0 разів, фериту - в 1,4-1,5 разів, кількості перліту в 1,4-1,5 разів, а кількість фериту при цьому збільшується в 1,8-2,0 разів. Спостерігається збільшення довжини та зменшення товщини пластин цементиту, відповідно, в 1,8-2,0 і 1,7-1,8 разів, а відстань між пластинами цементиту зменшується в 2,7-3,0 рази.
Модифікування змінює форму цементиту в перліті з пластинчастої у вихідній сталі до кулястої у модифікованій. Довжина та коефіцієнт форми пластин цементиту змінюється, відповідно, з 2,9 - 5,0 (середнє - 4) мкм і 8,9 - 22,0 (середнє – 14,7) для вихідної сталі до 0,20 - 0,82 (середнє - 0,41) мкм і 1,1 до 3,0 (середнє – 1,7) для модифікованої сталі.
Механізм впливу наночастинок на термокінетичні параметри фазових перетворень і структуру стали при охолодженні у процесі та після затвердіння, а також при нагріванні, витримки та охолодженні протягом нормалізації пов’язано, в основному з їх дією, як центрів кристалізації, та перекристалізації при формуванні δ-Fe фази, твердофазних перетвореннях δ-Fe → γ-Fe при охолодженні після затвердіння, а також фазових перетворень аустеніту в перліт та перліту в аустеніт.