Изменение структуры композита Fe–Ni–Ti–C–B при горячей пластической деформации

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Исследовано изменение структуры и твердости композита системы Fe–Ni–Ti–C–B, полученного методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), после горячей пластической деформации в условиях одноосного сжатия. Матрица композита – твердый раствор Ni и Ti в кристаллической решетке γ-Fe, упрочняющие фазы – TiC, TiB2, Fe2B, Ni3Ti и NiTi. Показано, что при одноосном сжатии при нагреве в металлической матрице композита происходят рекристаллизационные процессы, которые облегчают дальнейшую деформацию. Установлено, что после сжатия при температуре 910°С и давлении 300 МПа истинная деформация композита составила 0.37. При этом в центральной части образца в области сжимающих напряжений соотношение деформированных и рекристаллизованных зерен примерно одинаково. На боковой поверхности образцов в зоне действия растягивающих напряжений возникают микротрещины глубиной менее 0.2 мм в зонах эвтектического γ +Fe2B-строения.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Н. Б. Пугачева

Институт машиноведения имени Э.С. Горкунова УрО РАН; Уральский федеральный университет им. первого президента России Б.Н. Ельцина

Автор, ответственный за переписку.
Email: nata5-4@yandex.ru
Россия, Екатеринбург, 620049; Екатеринбург, 620002

Т. М. Быкова

Институт машиноведения имени Э.С. Горкунова УрО РАН; Уральский федеральный университет им. первого президента России Б.Н. Ельцина

Email: nata5-4@yandex.ru
Россия, Екатеринбург, 620049; Екатеринбург, 620002

Д. И. Крючков

Институт машиноведения имени Э.С. Горкунова УрО РАН

Email: nata5-4@yandex.ru
Россия, Екатеринбург, 620049

Список литературы

  1. Мержанов А.Г. Твердопламенное горение / Монография. Черноголовка: ИСМАН, 2000. 224 с.
  2. Амосов А.П., Боровинская И.П., Мержанов А.Г. Порошковая технология самораспространяющегося высокотемпературного синтеза материалов. М.: Машиностроение-1, 2007. 472 с.
  3. Kim J.S., Dudina D.V., Kom J.C., Kwon Y.S., Park J.J., Rhu C.K. Properties of Cu-based nanocomposites produced by mechanically – activated self – propagating high – temperature synthesis and spark – plasma sintering // J. Nanosci. Nanotechnol. 2010. V. 10. P. 252–257.
  4. Yoang O.N.T., Hoang V.N., Kim J.S., Dudina D.V. Structural Investigation of TiC–Cu Nanocomposites Prepared by Ball Milling and Spark Plasma Sintering // Metals. 2017. V. 7. P. 123.
  5. Николин Ю.В., Матевосян М.Б., Кочугов С.П., Пугачева Н.Б. Патент на изобретение РФ № 2680489. Способ изготовления многослойной износостойкой пластины. Приоритет от 10.11.2017 до 10.11.2037.
  6. Филиппенков А.А., Цикарев В.Г., Алабушев А.В. Патент на изобретение РФ № 2691656. Шихта и способ получения износостойкого материала с её использованием методом СВС. Приоритет от 22.01.2018 до 22.01.2038.
  7. Фадин В.В., Колубаев А.В., Аулетдинова М.И. Композиты на основе карбида титана, полученные методом технологического горения // Перспективные материалы. 2011. № 4. С. 91–96.
  8. Pugacheva N.B., Nikolin Yu.V., Malygina I. Yu., Trushina E.B. Formation of the structure of Fe–Ni–Ti–C–B composites under self-propagating hightemperature synthesis // AIP Conference Proceedings. 2018. V. 2053. Р. 020013. https://doi.org/10.1063/1.5084359
  9. Пугачева Н.Б., Николин Ю.В., Сенаева Е.И., Малыгина И.Ю. Структура СВС-композитов системы Fe–Ti–C–B // ФММ. 2019. Т. 120. № 11. С. 1174–1180.
  10. Федотов А.Ф. Закономерности уплотнения и формообразования при СВС-прессовании с сыпучей оболочкой // Изв. вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия, 2008. № 1. С. 16–23.
  11. Шербаков В.А., Грядунов А.Н., Алымов М.И. Микроструктурные особенности СВС-прессования композитов ZrB2–B4C и TiB2–B4C // Письма о материалах. 2019. Т. 9. № 1 (33). С. 11–16.
  12. Богатов Ю.В. Получение твердосплавного материала методом СВС-прессования в открытой матрице // Изв. вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2019. № 4. С. 21–29.
  13. Stolin A.M., Bazhin P.M. Manufacture of multipurpose composite and ceramic materials in the combustion regime and high-temperature deformation (shs extrusion) // Theoret. Found. Chem. Eng. 2014. V. 48. P. 751–763.
  14. Пугачева Н.Б., Николин Ю.В., Быкова Т.М., Сенаева Е.И. Влияние химического состава матрицы на структуру и свойства монолитных СВС-композитов // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). 2021. Т. 23. № 3. P. 124–138. https://doi.org/10.17212/1994-6309-2021-23.3-124-138
  15. Pugacheva N., Kryuchkov D., Bykova T., Vichuzhanin D. Studying the Plastic Deformation of Cu–Ti–C–B Composites in a Favorable Stress State // Materials. 2023. V. 16. Issue 8. P. 320.
  16. Pugacheva N.B., Nikolin Yu.V., Senaeva E.I. The structure and wear resistance of a Ti–Ni–Fe–C–B composite // AIP Conference Proceedings. 2019. V. 2176. P. 020007. https://doi.org/10.1063/1.5135119
  17. Пугачева Н.Б., Быкова Т.М., Сенаева Е.И. Структура и характер разрушения композита Сu–Ti–Al–Ni–Fe–C–B после абразивного износа // ФММ. 2022. Т. 123. № 10. С. 1029–1037.
  18. Цикарев В.Г., Филлипенков А.А., Филиппов М.А., Алабушев А.В., Шарапова В.А. Опыт получения композиционных материалов системы Ti–Cu–C СВС-процессом // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2021. Т. 15. № 4. С. 4–11.
  19. Pugacheva N.B., Bykova T.M. Micromechanical Properties and Character of Fracture in Bending of the SHS Composite of the Fe–Ni–Ti–C–B System // Procedia Structural Integrity. 2022. № 40. P. 372–377.
  20. Пугачева Н.Б., Вичужанин Д.И., Быкова Т.М., Каманцев И.С. Исследование пластической деформируемости композита системы Ni–Fe–Сr–Ti–B–C // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. 2023. № 5. С. 15–30.
  21. Пугачева Н.Б., Крючков Д.И., Нестеренко А.В., Смирнов С.В., Швейкин В.П. Исследование кратковременной высокотемпературной ползучести алюмоматричного композита Al-6Zn-2.5Mg-1Cu/10SiCp // ФММ. 2021. Т. 122. № 8. С. 838–844.
  22. Крючков Д.И., Нестеренко А.В., Смирнов С.В., Пугачева Н.Б., Вичужанин Д.И., Быкова Т.М. Влияние всесторонней ковки в условиях кратковременной ползучести на структуру и механические свойства алюмоматричного композита Al7075/10SiCp // ФММ. 2021. Т. 122. № 10. С. 1054–1064.
  23. Крючков Д.И., Пугачева Н.Б., Быкова Т.М. Деформационнотермическая обработка композита Al/10SiC // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. 2023. № 6. С. 35–48.
  24. Volkov A. Yu., Kalonov A.A., Komkova D.A. Effect of annealing on the structure, mechanical and electrical properties of Cu/Mg-composite wires // Mater. Charact. 2022. № 183. P. 111606.
  25. Volkov A. Yu., Antonov B.D., Patrakov E.I., Volkova E.G., Komkova D.A., Kalonov A.A., Glukhov A.V. Abnormally high strength and low electrical resistivity of the deformed Cu/Mg-composite with a big number of Mg-filaments // Materials & Design. 2020. V. 185. P. 108276.
  26. Волков А.Ю., Калонов А.А., Комкова Д.А., Глухов А.В. Структура и свойства Cu/Mg-композитов, полученных методом гидроэкструзии // ФММ. 2018. Т. 119. № 10. С. 1002–1011.
  27. Волков А.Ю., Калонов А.А., Завалишин В.А., Глухов А.В., Комкова Д.А., Антонов Б.Д. Влияние интерфейсов на физико-механические свойства Cu/Mg-композитов // ФММ. 2020. Т. 121. № 6. С. 628–634.
  28. Дерягина И.Л., Попова Е.Н., Валова-Захаревская Е.Г., Патраков Е.И. Структура и термическая стабильность высокопрочного композита Cu-18Nb в зависимости от степени деформации // ФММ. 2018. Т. 119. № 1. С. 99–108.
  29. Deryagina I.L., Popova E.N., Patrakov E.I. Structure and Properties of High-Strength Cu-7.7Nb Composite Wires under Various Steps of Strain and Annealing Modes // Metals. 2023. V. 13. 1576 (18 pp.).
  30. Ram Naresh Rai, Prasada Rao A.K., Dutta G.L., Chakraborty M. Forming Behavior of Al–TiC In-situ Composites // Materials Science Forum. 2013. V. 765. P. 418–422.
  31. Huang K., Logé R.E. A review of dynamic recrystallization phenomena in metallic materials // Materials & Design. 2016. № 111. P. 548–574.
  32. Zhu J., Liu S., Yuan X., Qing Liu Q. Comparing the Through-Thickness Gradient of the Deformed and Recrystallized Microstructure in Tantalum with Unidirectional and Clock Rolling // Materials. 2019. № 12. P. 169.
  33. Захаров А.М. Диаграмма состояния двойных и тройных систем. М.: Металлургия, 1990. 350 с.
  34. Корчагин М.А., Гаврилов А.И., Зарко В.Е., Кискин А.Б., Иордан Ю.В., Трушляков В.И. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез в механически активированных смесях карбида бора с титаном // Физика горения и взрыва. 2017. Т. 53. № 6. С. 58–66.
  35. Пугачева Н.Б., Быкова Т.М., Замараев Л.М. Влияние состава атмосферы на механизм разрушения боридного покрытия на штамповой стали при термоциклировании // ФММ. 2020. Т. 121. № 6. С. 651–658.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Внешний вид сэндвич-пластины: 1 – композит; 2 – стальная оболочка.

Скачать (142KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Режимы термомеханической обработки композита: а – режимы нагрева; б – режимы деформации.

Скачать (131KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Микроструктура композита Fe–Ni–Ti–C–B: 1 – матрица γ-(Ni,Fe); 2 – TiC; 3 – TiB2; 4 – γ-(Ni,Fe)эвт.; 5 – Fe2Bэвт.

Скачать (326KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Фрагмент дифрактограммы композита [9].

Скачать (75KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Разориентировка зерен в аустенитной матрице исходного композита.

Скачать (336KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Рельеф боковой поверхности образцов композита после деформационно-термической обработки: а и б – режим 1, e = 0.008; в, г – режим 2, e = 0.025; д, е – режим 3, e = 0.37; А – участки со структурой γ-Fe + TiC + TiB2, B – эвтектика γ-Fe + Fe2B, C – γ-Fe + NiTi + Ni3Ti, стрелкой отмечено направление деформации.

Скачать (917KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Микроструктура композита после обработок: а – режим 1; б – режим 2, в – режим 3.

Скачать (448KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Разориентировки зерен аустенита в матрице композита после деформационно-термических обработок: а – режим 1; б - режим 2; в – режим 3.

Скачать (556KB)
Метаданные