3440

Научный Вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета

наличием текстуры, которая полностью не устранилась даже после длительной выдержки при цементации.

Рис. 3. Рентгенограмма с поверхностного слоя цементованного образца

На рис.4 представлены полюсные фигуры {100} основных ориентировок, встречающихся в исходных образцах сталей 20 и 20Х.

а – (001)[110]; б – (112)[110]; в – (111)[211].

Рис. 4. Основные ориентировки ограниченных текстур

131

Научный Вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета

С увеличением времени цементации степень рассеяния текстуры поверхностного слоя уменьшается, так как активность диффундирующего углерода увеличивается. Более равномерное распределение его по глубине слоя уменьшает относительный рост рассеяния текстуры (рис. 5).

Рис. 5. Рассеяние θ текстуры от глубины цементации в сталях 20 и 20Х

Формирование разнозернистой структуры аустенита в процессе цементации приводило к получению разнозернистой феррито-перлитной структуры металла сердцевины и переходной зоны после цементации и медленного охлаждения. В структуре были видны большие по размерам участки перлита, расположенные в полях дисперсной ферритоперлитной структуры. Это может служить свидетельством наличия очень крупных зерен аустенита в структуре стали перед диффузионным превращением.

Для того, чтобы дополнительно повлиять на структуру в исходном состоянии, перед цементацией проводили предварительные термические обработки - отжиг или закалку. Полный цикл упрочняющей термической обработки в этом случае включал режимы 5 и 6.

Исследование микроструктуры образцов после таких обработок позволило установить, что после режима 5 формируется разнозернистая структура крупноигольчатого мартенсита, а после обработки по режиму 6 мартенсит имел более мелкозернистое строение, что, очевидно, и способствовало получению более высокой твердости 61 - 63 HRC, чем после режима 5 - 59 - 60 HRC.

Выводы:

1.Экспериментально подтверждено положительное влияние закалки с отдельного нагрева на структуру и свойства цементованной стали 20Х после цементации в твердом карбюризаторе.

2.Установлено существенное влияние на структуру и свойства стали 20Х, упрочненной по различным режимам ХТО, исходного структурного состояния.

3.Обнаружено, что с увеличением времени цементации степень рассеяния текстуры в поверхностном слое уменьшается, так как активность диффундирующего углерода увеличивается.

132

Научный Вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета

Список литературы

1.Лахтин Ю.M., Леонтьева В.П. Материаловедение: Учебник для высших технич. учеб. заведений. − 3-е изд., перераб. и доп. - М.:Машиностроение, 1990. - 528 с.

2.Новиков И.И. Теория термической обработки металлов. - М.:Металлургия, 1986. -

480 с.

3.Комаров О.С. Технология конструкционных материалов, 2005. - 560 с.

4.Золотаревский В.С. Механические свойства металлов. - 2-изд., перераб. и доп.- М.: Металлургия, 1983. - 352 с.

____________________________________________________________

Лукин Анатолий Александрович - к.ф.-м.н., доцент кафедры материаловедения и физики металлов Воронежского государственного технического университета. E-mail: toto_luk@mail.ru

Тарханов Андрей Константинович - к.ф.-м.н., доцент кафедры физики Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Е-mail: anvetkin@yandex.ru. Тел.(473)2715004.

Лукин Олег Анатольевич - к.ф.-м.н., доцент кафедры экономики Московского института инженеров транспорта (МИИТ) (Воронежский филиал).

133

Научный Вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета

УДК 539.87

А.А. Лукин, А.К. Тарханов, О.А. Лукин

КОНСТРУКЦИОННЫЕ СВОЙСТВА СТАЛИ 12Х18Н10Т ПРИ КОМНАТНОЙ И НИЗКОЙ ТЕМПЕРАТУРАХ

Исследуются конструкционные свойства стали 12Х18Н10Т при различных температурах после термообработки

Ключевые слова: конструкционные свойства, энергетические параметры,работа разрушения, предел текучести, зарождение и распространение трещины

A.A. Lukin, A.K. Tarkhanov, O.A. Lukin

STRUCTURAL PROPERTIES OF STEEL 12X18H10T AT ROOM

AND LOW TEMPERATURES

Explores the structural properties of steel 12X18H10T at different temperatures after heat treatment

Keywords: constructional properties, energy parameters, the work of destruction, limit of fluidity, the nucleation and crack

Введение. Важно обладать достаточными знаниями для правильного выбора материала, метода его упрочнения и снижения металлоемкости изделия при одновременном достижении наиболее высокой технико-экономической эффективности. Несмотря на все более широкое использование неметаллических материалов, металлы и сплавы останутся и в ближайшем будущем основным конструкционным и инструментальным материалом.

Целью работы является исследование механических свойств стали 12Х18Н10Т после различных видов термообработки, в том числе после ранее не изученного циклического отпуска, и различных схемах проведения испытаний – удар, одноосное растяжение. Это помогает наиболее полно определить рабочие характеристики материала и выявить различные дефекты, возникшие в нем при термообработке, что важно учитывать при разработке реальных конструкций во избежание внезапных разрушений. Химический состав материала оговорен в ГОСТ 32-72. Виды термообработки и механические свойства, а также рекомендации по применению указаны в ГОСТ 5632-72.

Теоретическая часть. Испытания на одноосное растяжение сравнительно легко подвергаются анализу, позволяют по результатам одного опыта определить сразу несколько важных механических характеристик материала, являющихся критерием его качества и необходимых для конструкторских расчетов [1]. Для испытаний на растяжение использовались образцы стандартной формы и размера [2] и испытательная машина Р-20 [3], объединяющая нагружающий, измерительный и регистрирующий механизмы. Для оценки способности стали переносить ударные нагрузки проводились динамические испытания на ударный изгиб образцов с U- и V-образным надрезом [4, 5].

В настоящей работе исследовалась сталь 12Х18Н10Т в закалѐнном, отпущенном состоянии, а так же после циклического отпуска. Закалка осуществлялась по схеме: нагрев до 1050 ºС с охлаждением в воде. Отпуск проводился при температуре 650 ºС. Циклический отпуск заключался в десятикратной выдержке закаленного образца в течение 1 ч при температуре 650 оС и охлаждении на воздухе.

© Лукин А.А., 2013

134

Научный Вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета

Обсуждение результатов. Анализируя конструкционные свойства и энергетические параметры разрушения, можно сказать, что наибольшие энергетические затраты сталь 12Х18Н10Т показала при температуре минус 196 оС после циклического отпуска. Полная работа разрушения образца была в два раза больше, чем при температуре 20 оС. В процентном отношении распределение полной работы разрушения на составляющие, затраченные на зарождение и распространение трещины, показало, что работа распространения трещины (Ар) образца при комнатной температуре больше (41,4 %), чем при минус 196 оС (13,4 %). Возможной причиной такого поведения стали под нагрузкой может служить релаксация напряжений в вершине трещины при 20 оС, что затрудняло ее дальнейшее распространение.

Важным показателем конструкционной прочности материала является его сопротивление наиболее опасным циклическим нагрузкам. Одним из параметров, дающих экспресс-заключение о циклической стабильности структуры, является отношение предела прочности к условному пределу текучести (ζВ/ζ0,2). Температура испытаний переводила сталь из состояния циклической упрочняемости (ζВ/ζ0,2> 1,4) при минус 196 ºС в состояние циклической стабильности при 20 ºС (1,2 <ζВ/ζ0,2< 1,4). Соответственно вел себя и показатель надежности (ζ0,2 /ζВ), имея минимальное значение (0,32) при минус 196 ºС и максимальное (0,78) при 20 ºС.

Пластичность стали 12Х18Н10Т сохранялась на высоком уровне: относительное удлинение (δ) находилось в интервале от 18 до 26 %, а относительное сужение (ψ) составляло от 63 до 81 %. После данного вида Т. О. условный предел текучести оставался достаточно низким, что с одной стороны говорит о невысокой конструкционной прочности, характеризуемой показателем надежности материала, а с другой – обусловливает эффективность деформационного упрочнения путем наклепа и успешность использования структурного состояния после такой обработки заготовок для формоизменяющих операций обработки металлов давлением (ОМД). Эксплуатационные и энергетические параметры стали 12Х18Н10Т представлены в табл. 1 и 2.

Таблица 1 Эксплуатационные и энергетические параметры стали 12Х18Н10Т при температуре 20 ºС

Научный Вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета

В отпущенном состоянии сталь 12Х18Н10Т принадлежала к категории циклически разупрочняемых материалов (ζВ/ζ0,2< 1,2). Показатель циклической стабильности был равен 1,11 и 1,01 при температурах 20 и минус 196 оС соответственно. Полная работа разрушения образца была примерно одинаковой для обеих температур испытаний. В процентном отношении распределение полной работы разрушения на составляющие, затраченные на зарождение и распространение трещины, также показало, что работа распространения трещины (Ар) образца при комнатной температуре (58 %) больше, чем при минус 196 оС

(43 %).

После закалки материал вел себя неоднозначно при различных температурах испытаний. При температуре 20 оС сталь являлась циклически упрочняемой (ζВ/ζ0,2> 1,4), а при минус 196 оС – циклически разупрочняемой (ζВ/ζ0,2< 1,2). Показатели надежности были равны 0,69 и 0,93 соответственно. Анализ работы разрушения образца показал, что при температуре кипения жидкого азота (минус 196 оС) образец разрушился хрупко (Ар = 0) в отличие от образца, испытанного при температуре 20 оС, с процентным соотношением работы распространения трещины 40 %. Видимо, это связано с большими остаточными напряжениями, вызванными высокой скоростью охлаждения.

Список литературы

1. Золотаревский В.С. Механические свойства металлов. – 2-изд., перераб. и доп. – М.: Металлургия, 1983. – 352 с.

2.ГОСТ 1497-84 Методы испытаний на растяжение. – М.: Госстандарт СССР: Изд – во стандартов, 1984. – 35 с.

3.ГОСТ 28840-90. Машины для испытания материалов на растяжение, сжатие и изгиб. – М.: Госстандарт СССР: Изд – во стандартов, 1990. – 37 с.

4.ГОСТ 9454-60. Метод определения ударной вязкости при нормальной температуре.

–М.: Госстандарт СССР: Изд – во стандартов, 1960. – 19 с.

5.ГОСТ 9455-60. Метод определения ударной вязкости при низких температурах. – М.: Госстандарт СССР: Изд – во стандартов, 1960. – 33 с.

Лукин Анатолий Александрович - к.ф.-м.н., доцент кафедры материаловедения и физики металлов Воронежского государственного технического университета. E-mail: toto_luk@mail.ru

Тарханов Андрей Константинович - к.ф.-м.н., доцент кафедры физики Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Е-mail: anvetkin@yandex.ru. Тел.(473)2715004.

Лукин Олег Анатольевич - к.ф.-м.н., доцент кафедры экономики Московского института инженеров транспорта (МИИТ) (Воронежский филиал).

.

.

.

.

.

.

.

..

.

136

Научный Вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета

УДК 544.722.5

А.Е. Пожидаева, Е.В. Снычева, С.С. Глазков

ТЕРМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ КАРБАМИДОФОРМАЛЬДЕГИДНОЙ СМОЛЫ, МОДИФИЦИРОВАННОЙ ЛАТЕКСНЫМИ СИСТЕМАМИ

Методом термического анализа показано, что при отверждении карбамидоформальдегидной смолы добавление латексных композиций уменьшает количество сшивок при образовании трехмерной структуры сетчатого модифицированного полимера

Ключевые слова: карбамидоформальдегидная смола, латексы, термический анализ

A.E. Pozhidaeva, E.V. Snycheva, S.S. Glazkov

THE THERMAL ANALYSIS CARBAMIDE ADHESIVE MODIFIED LATEXSYSTEMS

By method of the thermal analysis it is shown, that at отвержденииcarbamide adhesive addition latexcompositions reduces quantity chemical bonds at formationof three-dimensional structure of the mesh modified polymer

Keywords: carbamide adhesive, latex, the thermal analysis

Введение. Наибольшие объемы производства из термореактивных полимеров имеют карбамидоформальдегидные смолы (КФС) марки КФ-Ж. Доступная сырьевая база, экономические показатели и неплохие физико-механические свойства послужили основой для широкого распространения последних в деревообрабатывающей, мебельной отраслях, в самых различных композициях [1]. Однако, несмотря на положительные свойства, КФС имеют ряд серьезных недостатков, например, при отверждении КФС происходит объемная усадка связующего, вызванная возникновением большого числа новых химических связей по механизму поликонденсации [2, 3].

Теоретическая часть. Согласно теории термического анализа, под воздействием высоких температур разрыв валентных сил у органических соединений сопровождается поглощением теплоты (эндотермический процесс), тогда как рекомбинация или образование новых, более термостойких соединений, влечет за собой выделение теплоты (экзотермический процесс). Такие тепловые эффекты могут быть чувствительно обнаружены методом ДТА.

Для количественного анализа теплового эффекта чаще всего используется площадь пика, ограниченная кривой ДТА, соответствующая процессу, протекающему в образце при его нагревании. Существует пропорциональная зависимость между площадью пика на дифференциальной термической кривой и теплотой превращения вещества:

Q kS,

где Q – общее количество теплоты, соответствующее превращению взятой для анализа массы образца (Дж); k – коэффициент пропорциональности или калибровочный коэффициент (Дж/град.∙с); S – площадь пика, ограниченного кривой ДТА (град.∙с).

Проведем следующие рассуждения. Так как чем больше имеется связей в органическом полимере, тем больше теплоты поглотится при его термической деструкции.

© Пожидаева А.Е., 2013

137

Научный Вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета

Значит, если при добавлении в связующее КЛК при отверждении последнего образуется меньше сшивок, то эндотермический тепловой эффект (а площадь пиков, прямо пропорциональная тепловому эффекту) при разрыве данных связей будет меньше, чем в случае чистой смолы. То есть количественно можно посчитать, во сколько раз количество связей уменьшается или увеличивается при добавлении модификатора. Площадь пиков определялась методом взвешивания [4, 5].

Экспериментальная часть. Методом термического анализа (ТА) исследовано влияние клеевых латексных композиций (КЛК), полученных лабораторно, на процесс отверждения КФС марки КФ-Ж. Латекс марки БС-65А, стабилизированный Na-КМЦ, добавляли в смолу в количестве 3 %. Целью данной модификации являлось уменьшение количества сшивок при образовании трехмерной структуры сетчатого полимера при отверждении. Отверждение чистой смолы и смолы, содержащей модификатор, осуществляли горячим способом по ГОСТ 14231-88 [6].

Термический анализ методами дифференциального термического анализа (ДТА) и дифференциальной термогравиметрии (ДТГ) проводился на дериватографе системы «Паулик, Паулик и Эрдеи» Q – 1500 D, запись кривых осуществлялась как на самописце, так

ина соединенной с прибором ЭВМ. Наблюдалось полное совпадение пиков при разных способах обработки сигналов [4, 5].

Обсуждение результатов. Кривая ДТА, полученная на дериватографе для исходной

имодифицированной КФ-Ж, имеет общий вид и представлена на рисунке.

Рис. Общий вид кривой ДТА для исходной КФ-Ж и модифицированной КФ-Ж

Расчет по экспериментальным данным показал, что при добавлении КЛК в связующее тепловой эффект, а значит, и количество поперечных связей, снизились в 1,07 раза (или на 7

%):

Обращает на себя внимание тот факт, что несмотря на подразумеваемый дополнительный тепловой эффект, вносимый разрывом связей КЛК, тепловой эффект модифицированной смолы оказался меньшим.

138

Научный Вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета

Параллельно регистрировалась ДТГ. Данные анализа приведены в таблице.

Выводы. Изучение термической устойчивости отвержденных чистой смолы и смолы, содержащей 3 % КЛК на основе латекса марки БС-65А, стабилизированного Na-КМЦ, подтвердило гипотезу уменьшения количества сшивок при образовании трехмерной структуры сетчатого модифицированного полимера КФ-Ж при отверждении. Количество выделившихся газообразных продуктов при деструкции модифицированной смолы, содержащей КЛК, больше, чем для немодифицированной (остальная масса составляет уголь). Полученные на основе модифицированных карбамидных смол прессованные плиты, в том числе на основе вторичного полимерного сырья, отличались повышенными физикомеханическими и экологическими показателями [7, 8].

Список литературы

1.Доронин Ю.Г., Мирошниченко С.Н., Свиткина М.М. Синтетические смолы в деревообработке – М.: Лесная промышленность, 1987. – 220 с.

2.Глазков С.С. Исследование латексных систем для регулирования свойств

карбамидоформальдегидных смол // Журн. прикладной химии, 2004. – Т. 77. – Вып. 10. – С. 1725 – 1728.

3.Глазков С.С., Мурзин В.С., Снычѐва Е.В. Поверхностные явления и роль латексных систем в процессах отверждения карбамидоформальдегидных смол // Вестник МГУЛ, Лесной вестник, 2004. – № 1 (32). – С. 101 – 105.

4.Котова Д.Л., СелеменевВ.Ф. Термический анализ ионообменных материалов. – М.: Наука, 2002. – 156 с.

5.Дериватограф системы Ф. Паулик, И. Паулик, Л. Эрдеи. Теоретические основы. – Будапешт: Венгерский оптический завод, 1980. – 145 с.

6.ГОСТ 14231-88. Смолы карбамидоформальдегидные. Технические условия. – Введ. 01.07.89. – М.: Изд-во стандартов, 1988. – 22 с.

7.Глазков С.С., Мурзин В.С., Снычѐва Е.В. Влияние латексных систем на процесс формирования клеевого шва карбамидоформальдегидными смолами // Вестник МГУЛ, Лесной вестник, 2004. – № 2 (33). – С. 101 – 105.

8.Пат. 2356728 C2 Российская Федерация, МПК B27N 3/00 08L97/02. Способ изготовления плит из композиционного материала / Глазков С.С., Семенова Л.К.; заявл. 21.02.2007; опубл. 27.05.2009, Бюл. № 15.

____________________________________________________________________

Пожидаева Александра Евгеньевна, аспирант кафедры химии Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Е-mail: chemistry@vgasu.vrn.ru

Снычева Елена Васильевна - к.х.н., докторант кафедры химии Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Е-mail: chemistry@vgasu.vrn.ru.

Глазков Сергей Сергеевич - д.т.н., профессор кафедры химии Воронежского государственного архитектурностроительного университета. Е-mail: chemistry@vgasu.vrn.ru.Тел.: (473) 27176 17.

139

Научный Вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета

УДК666.973.6

Л.В. Моргун, П.В. Смирнова, В.Н Моргун, К.И. Костыленко, О.В. Пушенко

АНАЛИЗ СТРУКТУРЫ ФИБРОПЕНОБЕТОНОВ НА МИКРОУРОВНЕ

Рассмотрены особенности мезоструктуры фибропенобетонов, армированных различными волокнами. Показано, что гибкость фибры управляет мерой дефектности межпоровых перегородок.

Ключевые слова: фибропенобетон, стеклянные, синтетические волокна

L.V. Morgun, P.V. Smirnova, V.N. Morgun, K.I. Kostylenko, O.V. Pushenko

ANALYSIS OF THE FIBERFOAMCONCRETE STRUCTURE AT MICROLEVEL

The features of the mesostructure fiberfoamconcrete reinforced by various fibers are considered. It is shown that the flexibility of fiber manages a measure of defects interporous partitions.

Keywords: fibropenobetona, glass, synthetic fibers

Введение. Ужесточение требований к теплотехническим свойствам ограждающих конструкций зданий требует расширения номенклатуры стеновых материалов. Наиболее значимыми строительными материалами настоящего и будущего являются ячеистые бетоны,

кспецифическому виду которых относится фибропенобетон неавтоклавного твердения. Фибропенобетон – это пенобетон, дисперсно армированный волокнами, способный обеспечивать улучшение свойств газонаполненных минеральных материалов по отношению

крастягивающим, изгибающим и ударным нагрузкам [1], обладающий ограниченной усадочной деформативностью [2] и лучшим сопротивлением морозному разрушению [3].

Методы исследования. Из литературы следует, что фибропенобетоны можно изготавливать с минеральными (стеклянными, базальтовыми и др.) или синтетическими волокнами. Нами выполнен микроструктурный анализ влияния вещественной природы волокон на макро- и мезоструктуру пенобетонов заводского изготовления дисперсно армированных стеклянными и полимерными волокнами.

Из готовых изделий были выпилены образцы с целью дальнейших механических испытаний и куски бетона для установления характеристик структуры и минералогического состава материалов. Куски бетона выбирались из середины фибропенобетонных блоков, их масса составляла от 200 до 300 гр.

При визуальном осмотре было выявлено, что в составе материала, из которого состоят блоки, присутствуют: гидратированный цемент, песок, волокна прозрачно-белого цвета. С целью установления соотношений между компонентами образцы бетона № 1 и образцы бетона №2 были промаркированы номерами и прошли независимую экспертизу в лаборатории геологии Южного Федерального университета.

Далее нами были изготовлены шлифы, полученные из изделий параллельно и перпендикулярно слоям формования, для исследований в проходящем и поляризованном свете. Шлифы фотографировались специализированным цифровым фотоаппаратом «Nicon-

420» с помощью микроскопа в прямых и скрещенных николях при увеличении в 40 раз. Результаты исследований. На рис. 1 (а) в параллельных николях поры и пустоты

имеют белый цвет, зерна слюды – прозрачны. Зерна кварца – прозрачны и имеют положительный рельеф.

© Моргун Л.В., 2013

140