Кинетика и механизм контактного взаимодействия карбонитрида титана с Ni–Mo-расплавом
Аннотация
Методом рентгеноспектрального микроанализа впервые систематически изучены кинетические особенности и механизм контактного взаимодействия горячепрессованных (остаточная пористость <3 %) образцов карбонитрида титана различного состава с Ni–25%Mo-расплавом (t = 1400¸1500 °C, t = 0,1¸25 ч). Установлено, что в ряду TiC–TiC0,7N0,3–TiC0,5N0,5 скорость растворения тугоплавкой фазы внедрения (ТФВ) в Ni–Mo-расплаве снижается, а степень инконгруэнтности процесса растет. Соответственно изменяется состав промежуточных продуктов взаимодействия. Выяснены особенности формирования важнейшей фазовой составляющей TiCN-керметов – K-фазы состава Ti1–nMonCx. Методом локальной масс-спектрометрии доказано, что K-фаза имеет карбидную природу. Установлено также, что она образуется только в том случае, если исходный карбонитрид титана TiC1–xNx достаточно богат углеродом (x £ 0,5). Констатируется, что K-фаза является фактической основой всех керметов с Ni–Mo-связкой. Ее объемная концентрация в сплавах в несколько раз превышает содержание номинальной основы сплава. Впервые дано химическое обоснование выбора карбонитрида титана состава TiC0,5N0,5 в качестве оптимального «прекурсора» K-фазы, формирующейся в процессе жидкофазного спекания TiCN-керметов.
Об авторах
В. А. Жиляев
Институт химии твердого тела (ИХТТ) УрО РАН, г. Екатеринбург
Россия
Россия
докт. техн. наук, канд. хим. наук, вед. науч. сотр. ИХТТ УрО РАН (620990, г. Екатеринбург, ул. Первомайская, 91). Тел.: (343) 362-35-24.
Е. И. Патраков
Институт физики металлов (ИФМ) УрО РАН, г. Екатеринбург
Россия
Россия
канд. хим. наук, ст. науч. сотр. ИФМ УрО РАН (620990, г. Екатеринбург, ул. С. Ковалевской, 18).
Список литературы
1. Lengauer W. Transition metal carbides, nitrides and carbonitrides // Handbook of Ceramic Hard Materials / Ed. R. Riedel. Weinheim: Willey-VCH Verlag GmbH, 2000. P. 203—252.
2. Zhang S. Material development of titanium carbonitride-based cermets for machining application // Key Eng. Mater. 1998. Vol. 138—140. P. 521—543.
3. Bellosi A., Calzavarini R., Faga M.G. et al. Characterization and application of titanium carbonitride-based cutting tools // J. Mater. Proc. Technology. 2003. Vol. 143—144. P. 527—532.
4. Xiong J., Guo Z., Wen B., Li C., Shen B. Microstructure and properties of ultra-fine TiC0.7N0.3 cermet // Mater. Sci. Eng. 2006. Vol. 416, № 1-2. P. 51—58.
5. Zhou S., Zhao W., Xiong W. Microstructure and properties of the cermets based on Ti(C, N) // Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2009. Vol. 27, № 1. P. 26—32.
6. Peng Y., Miao H., Peng Z. Development of TiCN-based cermets: Mechanical properties and wear mechanism // Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2013. Vol. 39. P. 78—89.
7. Moskowitz D., Plummer H.K. Binder — Carbide Phase Interaction in titanium Carbide base System // Proc. Int. Conf. Sci. Hard Mater (Jackson, Wyo, 1981). N.-Y., London, 1983. P. 299—308.
8. Wally P., Binder S., Ettmayer P., Lengauer W. Reaction of compact carbonitrides with liquid binder metals // J. Alloys and Compd. 1995. Vol. 230, № 1. P. 53—57.
9. Zackrisson J., Rolander U., Andren H.-O. Development of Cermet Microstructures during Sintering // Metal. Mater. Trans. 2001. Vol. 32, № 1. P. 85—94.
10. Li P., Ye J., Liu Y., Yang D., Yu H. Study on the formation of core-rim structure in Ti(CN)-based cermets // Int. J. Refract. Metal. Hard Mater. 2012. Vol. 35. P. 27—31.
11. Жиляев В.А. Взаимосвязь состава, структуры и физических свойств тугоплавких фаз внедрения // Вестник ПГТУ. Машиностроение, материаловедение. 2011. Т. 13, № 3. С. 106—116.
12. Жиляев В.А. Твердорастворная природа тугоплавких фаз внедрения. Ч. I. Физическое обоснование // Материаловедение. 2012. № 3. С. 3—9.
13. Жиляев В.А. Твердорастворная природа тугоплавких фаз внедрения. Ч. II. Химическое обоснование // Материаловедение. 2012. № 4. С. 3—12.
14. Жиляев В.А. Взаимосвязь состава, структуры и химических свойств тугоплавких фаз внедрения. Ч. I. Закономерности реакций тугоплавких фаз внедрения с твердыми реагентами // Вестник ПНИПУ. Машиностроение, материаловедение. 2012. Т. 14, № 3. С. 7—21.
15. Жиляев В.А. Взаимосвязь состава, структуры и химических свойств тугоплавких фаз внедрения. Часть II. Природа химической и электрохимической активности тугоплавких фаз внедрения в минеральных кислотах // Вестник ПНИПУ. Машиностроение, материаловедение. 2012. Т. 14, № 4. С. 61—72.
16. Жиляев В.А. Взаимосвязь состава, структуры и химических свойств тугоплавких фаз внедрения. Ч. III. Закономерности проявления химической активности тугоплавких фаз внедрения в воздушно-вакуумных и газовых средах // Вестник ПНИПУ. Машиностроение, материаловедение. 2013. Т. 15, № 1. С. 7—19.
17. Cardinal S., Malchere A., Garnier V., Fantozzi G. Microstructure and mechanical properties of TiC—TiN based cermets // Int. J. Refract. Metal. Hard Mater. 2009. Vol. 27. P. 521—527.
18. Металлохимические свойства элементов Периодической системы: Справочник / Под ред. И.И. Корнилова. М.: Наука, 1966.
19. Kowanda C., Speidel M.O. Solubility of nitrogen in liquid nickel and Ni—Xi alloys (Xi = Cr, Mo, W, Mn, Fe, Co) under elevated pressure // Scripta Mater. 2003. Vol. 48. P. 1073—1078.
20. Плаксин Е.К. Исследование и разработка промышленной технологии производства твердых сплавов на основе карбонитрида титана: Дис. … канд. техн. наук. М.: МИТХТ им. М.В. Ломоносова, 1977.
21. Жиляев В.А., Патраков Е.И. Влияние способа получения сплава TiC—Ni—Мо на особенности формирования его состава и микроструктуры // Порошковая металлургия. 1989. № 8. С. 47—53.
22. Mari D., Bolognini S., Feusier G. et al. TiMoCN based cermets. Pt. I. Morphology and phase composition // Int. J. Refract. Metal. Hard Mater. 2003. Vol. 21, № 1-2. P. 37—46.
23. Russias J., Cardinal S., Aguni Y. et al. Influence of titanium nitride addition on the microstructure and mechanical properties of TiC-based cermets // Int. J. Refract. Metal. Hard Mater. 2005. Vol. 23, № 4-6. P. 358—362.
24. Jung J., Kang S. Effect of nano-size powders on the microstructure of Ti(C, N)—xWC—Ni-cermets // J. Amer. Ceram. Soc. 2007. Vol. 90, № 7. P. 2178—2183.
25. Nishigaki K., Ohnishi T., Shiokawa T. et al. Effect of carbon content on mechanical properties of TiC—8Mo2C—15Ni cermet // Modern. Dev. Powder Metal. 1974. Vol. 8, № 11. P. 627—643.
26. Doi H. Advanced TiC and TiC-TiN based cermets // Proc. 2-nd Inter. Conf. Sci. Hard Mater (Rhodes, Greece, 1984). Bristol-Boston, 1986. P. 489—523.
27. Любимов В.Д., Элинсон Д.С., Швейкин Г.П. Оптимизация эксплуатационных свойств безвольфрамовых твердых сплавов // Порошковая металлургия. 1991. № 11. С. 65—71.
28. Suzuki H., Hayashi K., Terada O. Relation between mechanical properties and microstructures in TiC—Mo2C—Ni alloys // J. Jap. Inst. Met. 1972. Vol. 36, № 5. P. 514—518.
29. Komac M., Novak S. Mechanical and wear behavior of TiC cemented carbides // Int. J. Refract. Hard Metal. 1985. Vol. 4, № 1. P. 21—25.
30. Thümmler F., Holleck H., Prakash L. New results in field of cemented carbides // High Temp.—High Pressures. 1982. Vol. 14, № 2. P. 129—141.
31. Kurishita K., Matsubara R., Shiraishi J. et al. Solution hardening of titanium carbide by molybdenum // Trans. Jap. Inst. Met. 1986. Vol. 27, № 11. P. 858—869.
32. Kurishita K., Shiraishi J., Matsubara R. et al. Measurement and analysis of the strength of Mo—TiC composites in temperature range 285—2270 K // Trans. Jap. Inst. Met. 1987. Vol. 28, № 1. P. 20—31.
33. Третьяков В.И., Емельянова Т.А., Машевская В.И. и др. Исследование схватываемости карбидной основы твердых сплавов с жаропрочным сплавом на основе никеля // Сб. тр. ВНИИТС. 1978. № 18. С. 63—65.
34. Kudaka K. New type of microstructure for TiC-M—o—Ni cermet // J. Amer. Ceram. Soc. 1973. Vol. 56, № 5. P. 484—489.
Для цитирования:
Жиляев В.А., Патраков Е.И. Кинетика и механизм контактного взаимодействия карбонитрида титана с Ni–Mo-расплавом. Izvestiya vuzov. Poroshkovaya metallurgiya i funktsionalʹnye pokrytiya. 2015;(2):30-37. https://doi.org/10.17073/1997-308X-2015-2-30-37
For citation:
Zhilyaev V.A., Patrakov E.I. Kinetics and Mechanism of the Contact Interaction of Titanium Carbonitride with the Ni–Mo Melt. Izvestiya Vuzov. Poroshkovaya Metallurgiya i Funktsional’nye Pokrytiya (Universitiesʹ Proceedings. Powder Metallurgy аnd Functional Coatings). 2015;(2):30-37. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1997-308X-2015-2-30-37
Просмотров: 351
Послать статью по эл. почте 