ВЛИЯНИЕ ЛЕГИРОВАНИЯ КАРБОНИТРИДА TiC0,5N0,5 ЦИРКОНИЕМ НА МЕХАНИЗМ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ С Ni–Mo-РАСПЛАВОМ
Аннотация
Методами рентгеноспектрального микроанализа и растровой электронной микроскопии впервые изучено влияние легирования карбонитрида титана TiC0,5N0,5цирконием на механизм и кинетические особенности контактного взаимодействия с расплавом Ni–25%Mo (t = 1450 °C, вакуум 5•10–2 Па). Выявлены основные эффекты модифицирующего влияния циркония на процессы растворения и фазо-, структурообразования, протекающие при взаимодействии карбонитрида Ti1–nZrnC0,5N0,5 (n = 0,05 и 0,20) с Ni–Mo-расплавом, и проанализированы факторы, способствующие их проявлению. Установлено, что модифицирующая роль малых добавок циркония во многих отношениях подобна роли азота. Экспериментально подтверждено практическое отсутствие циркония и азота в составе K-фазы (метастабильного твердого раствора Ti1–nMonCx, где n≤ 0,65, x = 0,7±0,1). Показано, что богатый цирконием карбонитрид Ti0,80Zr0,20CC0,5N0,5 не может быть рекомендован в качестве тугоплавкой составляющей кермета из-за ограничений химического характера.
Ключевые слова
легированный цирконием карбонитрид титана,
никель–молибден,
взаимодействие,
реакции,
микроструктура,
свойства
Об авторах
В. А. Жиляев
Институт химии твердого тела УрО РАН, Екатеринбург
Россия
Россия
Доктор технических наук, кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории физико-химических методов анализа ИХТТ УрО РАН.
620990, г. Екатеринбург, ГСП, ул. Первомайская, 91. E-mail: zhilyaev@ihim.uran.ru
Е. И. Патраков
Институт физики металлов УрО РАН имени М.Н. Михеева, Екатеринбург
Россия
Россия
Кандидат химических наук, старший научный сотрудник отдела наноспинтроники ИФМ УрО РАН.
620990, г. Екатеринбург, ГСП, ул. С. Ковалевской, 18. E-mail: patrakov@imp.uran.ru
Список литературы
1. Clark E.B., Roebuck B. Extending the application areas for titanium carbonitride cermets // Int. J. Refract. Metal. Hard Mater. 1992. Vol. 11. P. 23—33.
2. Ettmayer P., Kolaska H., Lengauer W., Dreyer K. Ti(C,N) cermets — metallurgy and properties // Int. J. Refract. Metal. Hard Mater. 1995. Vol. 13. P. 343—351.
3. Zhang S. Material development of titanium carbonitridebased cermets for machining application // Key Eng. Mater. 1998. Vol. 138-140. P. 521—543.
4. Xu Q., Zhang X.H., Qu W., Han J.C. Progress in research on cermets // Cemented Carbide 2002. Vol. 19. P. 221—225.
5. Xu Y.D., Liu N., Shi M., Chao S. Research progress of TiCN cermets with nano modification // Cemented Carbide 2005. Vol. 22. P. 112—116.
6. 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.
7. Xiao J.H., Xiong W.H., Lin S.J., Qu J., Zhou M. Review on the preparation and application of Ti(C,N)-based cermet composite // Mater. Rev. 2010. Vol. 24. P. 21—27.
8. Peng Y., Miao H., Peng Z. Development of TiCN-based cermets: Mechanical properties and wear mechanism // Int. J. Refract. Metal. Hard Mater. 2013. Vol. 39. P. 78—89.
9. Kang S. Cermets // Comprehensive hard materials / Ed. V.K. Sarin. UK, Elsevier, 2014. Vol. 1. P. 139—181.
10. Rajabi A., Ghazali M.J., Daud A.R. Chemical composition, microstructure and sintering temperature modifications on mechanical properties of TiC-based cermet — A review // J. Mater. Design. 2015. Vol. 67. P. 95—106.
11. Жиляев В.А., Патраков Е.И. Закономерност и контак т ного взаи модейст ви я двой н ы х карби дов IV,V strength of TiC—Mo2C—Ni cermets // J. Jap. Soc. Powder and Powder Metal. 1979. Vol. 26. No. 1. P. 22—26.
12. Suzuki H., Hayashi K. Effect of addition-carbides on the properties of TiC–Ni alloy // J. Jap. Soc. Powder and Powder Metal. 1971. Vol. 17. No. 6. P. 262—266.
13. Suzuki H., Hayashi K., Yamamoto T. Effect of a small amount of additional carbides on high temperatureC—Ni cermets // J. Jap. Soc. Powde strength of TiC—Mo2 and Powder Metal. 1979. Vol. 26. No. 1. P. 22—26.
14. Suzuki H., Hayashi K., Kubo Y. The Role of ZrC Addition on high temperature strength of TiC—Mo2C—Ni cermet // J. Jap. Soc. Powder and Powder Metal. 1980. Vol. 27. No. 3. P. 77—81.
15. Terada O., Saito M., Suzuki H. The cause of formation of pores in titanium carbide based cermet with the addition of zirconium carbide // J. Jap. Soc. Powder and Powder Metal. 1993. Vol. 40. No. 11. P. 1131—1135.
16. Mun S., Kang S. Effect of HfC addition on microstructure of Ti(C,N)—Ni cermet systems // Powder Metal. 1999. Vol. 42. No. 3. P. 251—256.
17. Kim S.-H. Quantitative investigation of grain growth in carbide added (Mo2C, ZrC and WC) to TiC—Ni matrix cermets // Int. J. Eng. Manufact. 2004. Vol. 5. No. 1. P. 1—8.
18. Kwon W.T., Park J.S., Kim S-W., Kang S. Effect of WC and group IV carbides on the cutting performance of Ti(C,N) cermet tools // Int. J. Mach. Tools Manufact. 2004. Vol. 44. P. 341—346.
19. Kwon W.T., Park J.S., Kang S. Effect of group IV elements on the cutting characteristics of Ti(C,N) cermet tools and reliability analysis // J. Mater. Proc. Tech. 2005. Vol. 166. P. 9—14.
20. Zhang X., Liu N., Rong C. Microstructure and fracture toughness of TiC—ZrC—WC—Mo—Ni cermets // Int. J. Refract. Metal. Hard Mater. 2008. Vol. 26. P. 346—356.
21. Zhang X., Liu N. Effects of microstructure, mechanical properties and thermal shock resistance of TiC—ZrC— Co—Ni cermets // Mater. Sci. Eng. A. 2013. Vol. 561. P. 270—276.
22. Zhilyaev V.A., Patrakov E.I., Shveikin G.P. Current status and potential for development of W-free hard alloys // Proc. 2-nd Int. Conf. Science Hard Mater (R hodes, Greece, 1984). Bristol, Boston: A Hilger Ltd., 1986. P. 1063—1073.
23. Tobioka M., Shimizu Y., Isobe K., Kitagawa N., Nomura T., Takahashi K. High toughness cermet and a process for the production of the same: Pat. 3971656 (US). 1988.
24. Lindahl P., Mainert T., Jonsson H., Andren H.-O. Microstr ucture and mechan ical proper ties of a (Ti,W,Ta,Mo)(C,N)—(Co,Ni)-type cermet // Int. J. Refract. Metal. Hard Mater. 1993. Vol. 4. P. 187—204.
25. Park S., Kang S. Toughened ultrafine (Ti,W )(CN)—Ni cermets // Scripta Mater. 2005. Vol. 53. P. 129—133.
26. Park S., Kang Y.J., Kwon H.J., Kang S. Synthesis of (Ti,M1,M2)(C,N)—Ni nanocrystalline powders // Int. J. Refract. Metal. Hard Mater. 2006. Vol. 24. P. 115—121.
27. Kim S.W., Ahn S., Kang S. Effect of the complete solidsolution phase on the microstructure of Ti(CN)-based cermet // Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2009. Vol. 27. P. 224—228.
28. Liu Y., Jin Y., Yu H., Ye J. Ultrafine (Ti,M)(C,N)-based cermets with optimal mechanical properties // Int. J. Refr act. Met a l. Ha rd Mater. 2 011. Vol. 29. P. 104—107.
29. Chen X., Xiong W., Qu J., Yang Q., Yao Z., Huang Y. Microstructure and mechanical properties of (Ti,W,Ta)C— xMo—Ni cermets // Int. J. Refract. Metal. Hard Mater. 2012. Vol. 31. P. 56-61.
30. Chicardi E., Cordoba J.M., Sayagues M J., Cotor F.J. Inverse core-rim microstructure in (Ti,Ta)(C,N)-based cermets developed by a mechanically induced self-sustaining reaction // Int. J. Refract. Metal. Hard Mater. 2012. Vol. 33. P. 39—46.
31. Yu H., Liu Y., Jin Y., Ye J. Effect of secondary addition on the microstructure and mechanical properties of (Ti,W,Mo,V )(C,N)-based cermets // Int. J. Refract. Metal. Hard Mater. 2011. Vol. 29. P. 586—590.
32. Kang S. Ceramic and cermet having the second phase to improve toughness via phase separation from complete solid-solution phase and the method for preparing them: Pat. 8679220 (US). 2014.
33. Жиляев В.А. Твердорастворная природа тугоплавких фаз внедрения. Ч. I. Физическое обоснование // Материаловедение. 2012. No. 3. С. 3—9.
34. Жиляев В.А. Твердорастворная природа тугоплавких фаз внедрения. Часть II. Химическое обоснование // Материаловедение. 2012. No. 4. С. 3—12.
35. Жиляев В.А. Порошковые материалы на основе тугоплавких фаз внедрения: Дис. … Доктор технических наук. Пермь: ПГТУ, 2010.
36. Жиляев В.А.Закономерности реакций карбидов переходных металлов IV,V групп с никелем // Изв. вузов. Порошк. металлургия и функц. покрытия. 2014. No. 2. С. 30—36.
37. Жиляев В.А., Патраков Е.И. Влияние легирования карбонитрида титана переходными металлами IV—V I групп на взаимодействие с расплавом никеля // Изв. вузов. Порошк. металлургия и функц. покрытия. 2014. No. 4. С. 30—36.
38. Roebuck B., Gee M.G. TiC and Ti(C,N) cermets microstructure // Proc. XII Int. Plansee Sem., Reutte, 1989. Bd. 2, HM 2. S. 1—29.
39. Zackrisson, U. Rolander, and H.-O. Andren. Development of cermet microstructures during sintering // Metal. Mater. Trans. 2001. Vol. 32. No. 1. P. 85—94.
40. Жиляев В.А., Патраков Е.И., Федоренко В.В. Химические основы жидкофазного спекания TiC и TiCN-керметов. Часть 1. Закономерности процессов растворения фазои структурообразования в системах TiC—Ni и TiC—Ni/Mo // Вестник ПГТУ. Сер. Машиностроение, материаловедение. 2012. Т. 14. No. 1. С. 32—40.
41. Жиляев В.А., Патраков Е.И., Федоренко В.В. Химические основы жидкофазного спекания TiC и TiCN-керметов. Часть 2. Закономерности процессов растворения, фазои структурообразования в системах Ti(C,N)—Ni и Ti(C,N)—Ni/Mo // Вестник ПГТУ. Сер. Машиностроение, материаловедение. 2012. Т. 14. No. 2. С. 1—12.
42. Жиляев В.А., Патраков Е.И. К инетика и механизм контактного взаимодействия карбонитрида титана с Ni—Mo-расплавом // Изв. вузов. Порошк. металлургия и функц. покрытия. 2015. No. 2. С. 30—37.
43. 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.
44. Ершов Г.С., Майборода В.П. Диффузия в металлургических расплавах. Киев: Наук. думка, 1990.
45. Niki E., Masato K. The reaction of carbon with nickelbased solid solution alloy containing carbide-forming element // J. Jap. Inst. Metal. 1970. Vol. 34. No. 9. P. 879—883.
46. Борисов С.В. Синтез и исследование упругих свойств TixMe1–xCyNz (Me = Zr, Hf, V, Nb) твердых растворов: А втореф. дис. … канд. кандидат химических наук. Свердловск: УНЦ АН СССР, 1981.
47. Doi H. Advanced TiC and TiC—TiN based cermets // Proc. 2nd Inter. Conf. Sci. Hard Mater (Rhodes, Greece, 1984). Bristol—Boston, 1986. P. 489—523.
48. Жиляев В.А. Концепция химического конструирования Ti(C,N)-керметов // Современные мета л лические материалы и технологии: Сб. тр. 11-й Междунар. конф. (С-Петербург, 23—27 июня 2015 г.). С-Петербург: СПбПУ, 2015. С. 1035—1041.
49. Любимов В.Д., Элинсон Д.С., Швейкин Г.П. Оптимизация эксплуатационных свойств безвольфрамовых тверды х сплавов // Порош к. металлургия. 1991. No. 11. С. 65—71.
Для цитирования:
Жиляев В.А., Патраков Е.И. ВЛИЯНИЕ ЛЕГИРОВАНИЯ КАРБОНИТРИДА TiC0,5N0,5 ЦИРКОНИЕМ НА МЕХАНИЗМ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ С Ni–Mo-РАСПЛАВОМ. Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2016;(3):31-42. https://doi.org/10.17073/1997-308X-2016-3-31-42
For citation:
Zhilyaev V.A., Patrakov E.I. EFFECT OF CARBONITRIDE TiC0,5N0,5 DOPING WITH ZIRCONIUM ON THE MECHANISM OF INTERACTION WITH Ni–Mo MELT. Izvestiya vuzov Poroshkovaya metallurgiya i funktsional’nye pokrytiya. 2016;(3):31-42. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1997-308X-2016-3-31-42
Просмотров: 446
Послать статью по эл. почте 