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. ЖиляевРоссия
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
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. Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 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. 2015;(2):30-37. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1997-308X-2015-2-30-37