книги из ГПНТБ / Салли И.В. Углерод на поверхности растворов внедрения

должно способствовать улучшению механических ха­ рактеристик материала.

Основой исследуемых сплавов были электролитический никель и кобальт. В качестве второго компонента приме­ нялся цейлонский графит. Выплавка сплавов производи­

также обнаружено следов карбида и кобальта. Следова­ тельно, исходным материалом для дальнейших исследова­ ний был однородный пересыщенный твердый раствор уг­ лерода в никеле и кобальте.

1. Условия образоваиия и структура пленок углерода выделения

Образование графита в Ni—С и Со—С и сплавах сопря­ жено с большим увеличением объема. Поэтому выделение графита должно происходить прежде всего на готовых по­ верхностях раздела. Немаловажную роль в этом процессе играет и то обстоятельство, что на поверхности отсутствует лимитирующее звено [11], каким является отвод атомов матрицы от фронта кристаллизации зародыша новой фазы.

После нагрева в вакууме до области однофазного состоя­ ния и последующего охлаждения полированная поверхность образцов Ni—С и Со—С сплавов покрывается графитной пленкой (рис. 10). Для достоверности были проведены рент-

20

Рис. 10. Выделение графита на поверхности:

гено- и электронографическне исследования, которые под­ твердили ее графитную природу.

Результаты опыта не дают однозначного ответа на во­ прос, в какой период термообработки происходит выделе­ ние графита на поверхности. Поэтому были поставлены дополнительные эксперименты. Образцы после изотермиче­ ской выдержки при температуре однофазного состояния подвергались закалке. Закалочной жидкостью служила ртуть. Во избежание амальгирования образцы помещались

Рис. И . Поверхность сплавов после 30-ыинутной выдержки в области однофазного состояния и последующей закалки в ртути:

а — N1 — С (0,31% С) сплав; 6 •= Со — С (0,37% С) сплав (X 200).

21

в тонкостенные металлические цилиндры. Все операции осу­ ществлялись без нарушения вакуума. Результаты опытов (рис. 11) показывают, что поверхность образцов после за­ калки совершенно свободна от выделений графита. Этот факт был подтвержден и данными электронномикроскопиче­ ских исследований.

Таким образом, процесс поверхностной графитизации Ni—С и Со—С сплавов идет путем возникновения и роста зародышей графита при охлаждении, в результате которого растворимость углерода в твердом растворе уменьшается. Если бы графит образовывался в процессе изотермической выдержки при температуре однофазного состояния, то, очевидно, последующая закалка зафиксировала бы его при­ сутствие. Наконец, данный вывод был подтвержден непо­ средственными наблюдениями за состоянием поверхности с помощью высокотемпературного металломикроскопа.

22

Проведенные опыты свидетельствуют о том, что графит не может образоваться в процессе изотермической выдержки при температуре однофазного состояния. Однако они не отрицают возможности его образования, когда изотермиче­ ский отпуск производится в области двухфазного состояния. На рис. 12 и 13 приведены микрофотографии поверхности

сплавов, предварительно закаленных, а затем отпущенных при различных температурах. Температуры отпуска для сплавов указанного состава были ниже температур одно­ фазного состояния. Из рис. 12 и 13 видно, что поверхност­ ная пленка, образовавшаяся при отпуске, имеет иной вид, чем у медленно охлажденных сплавов (см. рис. 10). Прежде всего различие проявляется в том, что эти пленки очень тонкие. Об этом свидетельствует визуальное наблюдение за их цветом — при незначительной толщине они имеют желтоватый оттенок (прозрачные). Не наблюдается также

23

характерный для графитных покрытий медленно охлажден­ ных сплавов рельеф. По-видимому, при отжиге пересыще­ ние раствора ликвидируется за счет образования огромного числа центров графитизации.

Обращают на себя внимание два факта: 1) повышение температуры отпуска для Ni—С сплавов приводит к нару-

Рис. 14. Различные формы графит­ ных кристаллов на поверхности медленно охлажденных Ni—С сплавов:

а и б — крупные полиэдры; в — столб­ чатые кристаллы (X 10 000).

шению однородности пленок на различных зернах, а в Со—С сплавах наблюдается противоположный процесс; 2) в Ni—С сплавах имеют место выделения на границах зе­ рен, тогда как Со—С сплавы почти свободны от них. Та­ ким образом, появление покрытий на поверхности Ni—С

иСо—С сплавов при термообработке в вакууме является следствием распада пересыщенного раствора углерода в Ni

иСо.

Уже внешний вид пленок, полученных при медленном охлаждении от высоких температур и при отпуске, говорит

24

исследования. Особенностью нашей методики изучения строе­ ния и структуры, выделившейся из твердого раствора плен­ ки, является то, что предметом исследования были не реп­ лики, а сами пленки [41]. После соответствующей термо-

обработки отделение пленок осуществлялось либо элект­ ролитическим растворением металла в электролите Попо­ вой, либо механически с помощью желатины. В первом случае поверхность образца перед отделением насекалась на квадраты. Пленки оказываются прочными и устойчивыми при промывке и непосредственном воздействии электронного луча.

- Результаты электронномикроскопического исследования пленок, полученных при медленном охлаждении сплавов от высоких температур, показали, что они состоят из гра­ фитных кристаллов различной толщины и формы (рис. 14). Кристаллиты в значительной степени отличаются по толщи­ не. Аналогичная форма графитных кристаллов наблюдает­

25

Рис. 17. Электронограммы и их микрофотометрические кривые для пленок Ni—С (0,45% С) сплава, отпущенного в течение 10 мин при температуре:

Рис. 18. Электронограммы и их микрофотометрические кривые пленок Со — С (0,55% С) сплава, отпущенного в течение 10 мин при температу­ ре:

о — 350° С,- б — 400° С, в ^ 500° С и г » 650° С.

Рис. 19. Электронограммы и их микрофотометрические кривые пленок Ni—С (0,45% С) сплава, отпущенного при Т — 400° С в течение:

а — 4 ч, б — 8 ч и б — 12 ч.

мами графита, полученного при медленном охлаждении, легко обнаружить, что на первых из них появились допол­ нительные дифракционные кольца. Кроме того, эти кольца являются сплошными. Расшифровка электронограмм по­ казала, что дополнительные дифракционные кольца пред­ ставляют собой первый и второй порядки отражения от

29