Контактная разность потенциалов легированной стали после термической обработки

Введение. Статья посвящена актуальному вопросу разработки и применения неразрушающего метода контроля качества поверхностей стальных изделий (метод зонда Кельвина). Цель работы — установление величины контактной разности потенциалов (КРП) стали марки ХВГ после проведения термической обработки.

Материалы и методы. Объектом исследования явилась легированная инструментальная сталь марки ХВГ. Химический состав образцов уточнялся методом оптико-эмиссионного анализа. Для проведения статистической обработки в трех сериях исследовали по три образца. Были выбраны разные режимы термической обработки каждой серии: закалка с низким отпуском, улучшение и нормализация. Торцы образцов шлифовались, затем один из них обрабатывался раствором азотной кислоты. Далее проводилось измерение контактной разности потенциалов, статистическая обработка данных.

Результаты исследования. Полученные данные показывают, что величина КРП образцов стали марки ХВГ после проведения термической обработки изменяется. С увеличением температуры отпуска величина контактной разности потенциалов шлифованной поверхности и твердость снижаются практически линейно. Воздействие кислоты приводит к значительному уменьшению и выравниванию величины контактной разности потенциалов для всех структур. Проведено сравнение контактной разности потенциалов сталей ХВГ и У10. Легирование стали элементами со значениями работы выхода электрона выше, чем у железа, вызывает снижение контактной разности потенциалов между эталоном и образцом. Характер изменения КРП при изменении состава стали сильно зависит от наличия легирующих элементов. Зависимость КРП от дисперсности структуры видна в обоих случаях, однако, для стали ХВГ она более ярко выражена. Проведены расчеты работы выхода электрона структур мартенсита, троостита и сорбита, полученные в результате термообработки сталей ХВГ и У10.

Обсуждение и заключения. Экспериментально установлена зависимость величины контактной разности потенциалов от структуры, химического и фазового состава, рассчитана работа выхода электрона сталей марок ХВГ и У10. Данный метод более чувствителен к образцам легированной стали, чем к углеродистой. Следует заключить, что измерение контактной разности потенциалов можно использовать как неразрушающий экспресс-метод диагностики для контроля поверхностей, подвергающихся воздействию активных сред или повышенных температур.

1. Halas, S. 100 years of work function / S. Halas // Materials Science-Poland. — 2006. — Vol. 24, no. 4. — P. 951−968.

2. Вудраф, Д. Современные методы исследования поверхности / Д. Вудраф, Т. Делчар. — Москва : Мир, 1989. — 564 с.

3. Исследование локализации деформации методом зонда Кельвина / Н. А. Шипица, А. Л. Жарин, Д. И. Сарока, А. А. Дмитрович // Физическая мезомеханика. — 2004. — Т. 7, № S1–1. — С. 218–221.

4. Контроль трущейся поверхности методами контактной разности потенциалов / А. Л. Жарин, О. К. Гусев, А. И. Свистун, А. К. Тявловский // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. — 2011. — № 5–2. — С. 286–295.

5. Контроль прожогов лопаток компрессора газотурбинного двигателя методом контактной разности потенциалов / И. В. Герасимов, В. С. Олешко, Д. П. Ткаченко, А. П. Кирпичников // Вестник Казанского технологического университета. — 2012. — Т. 15, №17. — С. 146–149.

6. Кукоз, В. Ф. Влияние контактной разности потенциалов на скорость фрикционной обработки поверхностей металлов / В. Ф. Кукоз, Ф. И. Кукоз / Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Серия : Технические науки. — 2004. — № 1. — С. 107–107.

7. Олешко, В. С. Оперативное определение поверхностной энергии металлических деталей авиационной техники / В. С. Олешко, И. С. Пиговкин // Науковедение : [сайт]. — 2016. — Т. 8, № 3. — URL : http://naukovedenie.ru/PDF/ 131EVN316.pdf

8. Пустовойт, В. Н. Проблемы зарождения при мартенситном превращении в стали / В. Н. Пустовойт, Ю. В. Долгачёв // Вестник Донского государственного технического университета. — 2013. — Т. 13, № 1–2. — С. 5–24.

9. Пустовойт, В. Н. К вопросу о местах зарождения мартенсита / В. Н. Пустовойт, Ю. В. Долгачев // Известия Волгоградского государственного технического университета. — 2014. — № 23 (150). — С. 110–114. 10. Pustovoit, V. N. Structural identification of the phenomenon of “white zone” / V. N. Pustovoit, Yu. M. Dombrovskii, Yu.V. Dolgachev // Metal Science and Heat Treatment. — 2017. — Vol. 59, no. 1−2. — P. 3−7.

10. Попова, Л. Е. Диаграммы превращения аустенита в сталях и бета-раствора в сплавах титана: справочник термиста / Л. Е. Попова, А. А. Попов. — Москва : Металлургия. — 1991. — 503 с.

11. Новиков, И. И. Теория термической обработки металлов / И. И. Новиков. — Москва : Металлургия, — 1986. — 480 с.

12. Работа выхода электрона сплавов тугоплавких металлов / В. Б. Арзамасов, Э. Е. Смирнова, А. А. Строев [и др.] // Известия Московского государственного технического университета МАМИ. — 2009. — №1 (7). — С. 102–104.

13. Рухляда, Н. Я. Исследование измерения работы выхода в процессе отжига нержавеющей стали, облученной ионами аргона / Н. Я. Рухляда, Р. К. Вишератин / Вопросы атомной науки и техники. Серия : Ядерно-реакторные константы. — 2014. — № 2. — С. 96–105.