Kinetics and Mechanism of the Contact Interaction of Titanium Carbonitride with the Ni–Mo Melt
https://doi.org/10.17073/1997-308X-2015-2-30-37
Abstract
Kinetic features and mechanism of contact interaction of hot-pressed (residual porosity <3 %) samples of titanium carbonitride samples of various compositions with the Ni–25%Mo melt (t = 1400¸1500 °C, t = 0,1¸25 h) are for the first time systematically investigated by the electron probe microanalysis. It is established that the dissolution rate of the refractory interstitial phase (RIP) in the Ni–Mo melt decreases in a series TiC–TiC0,7Ni0,3–TiC0,5Ni0,5, while the degree of incongruence of the process rises. The composition of intermediate interaction products varies correspondingly. Formation mechanisms of the most important phase component of TiCN cermets—the K-phase (double carbide of the Ti1–nMonCx composition)—are revealed. It is proven by local mass-spectrometry that the K-phase has a carbide nature. It is also established that it is formed only if titanium carbonitride TiC1–xNx is sufficiently enriched with carbon (x £ 0,5). It is stated that the K-phase is in fact the base of all cermets with the Ni–Mo binder. Its bulk concentration in alloys exceeds the nominal alloy-base content by several times. The chemical substantiation of the selection of titanium carbonitride of the TiC0,5N0,5 composition as the optimal «precursor» of the K-phase, which is formed during the liquid-phase sintering of TiCN cermets, is given for the first time.
About the Authors
V. A. Zhilyaev
Институт химии твердого тела (ИХТТ) УрО РАН, г. Екатеринбург
Russian Federation
Russian Federation
dokt. tehn. nauk, kand. him. nauk, ved. nauch. sotr. IHTT UrO RAN (620990, g. Ekaterinburg, ul. Pervomajskaja, 91). Tel.: (343) 362-35-24.
E. I. Patrakov
Институт физики металлов (ИФМ) УрО РАН, г. Екатеринбург
Russian Federation
Russian Federation
kand. him. nauk, st. nauch. sotr. IFM UrO RAN (620990, g. Ekaterinburg, ul. S. Kovalevskoj, 18).
References
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.
Review
For citations:
Zhilyaev V.A., Patrakov E.I. Kinetics and Mechanism of the Contact Interaction of Titanium Carbonitride with the Ni–Mo Melt. Powder Metallurgy аnd Functional Coatings (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
Views:
1103
Email this article 