О ВОЗМОЖНОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ ИЗ СМЕСЕЙ ПОРОШКОВ КАРБИДОВ С МЕТАЛЛАМИ ВЗРЫВНЫМ ПРЕССОВАНИЕМ БЕЗ СПЕКАНИЯ

В работе представлены результаты экспериментальных исследований возможности получения консолидированных порошковых твердых сплавов методом взрывного прессования без последующего спекания. В качестве основных карбидных компонентов сплавов использовались карбиды вольфрама (WC), хрома (Cr₃C₂) и кремния (SiC), в роли металлической связки выступали титан, никель и медь. Давление сжатия порошковой смеси в ударных волнах при взрывном прессовании изменялось в интервале от 5 до 16 ГПа, температура разогрева варьировалась от 250 до 950 °С. Структура, химический и фазовый составы исследовались с помощью оптического (Axiovert 40МАТ, «Carl Zeiss»), растрового (FEI Versa 3D) и просвечивающих (FEI Titan 80-300, Tecnai G2 20F) электронных микроскопов. Показано, что порошковые композиции с титановой связкой уплотняются существенно лучше, чем смеси с медью или никелем. Твердость материалов после взрывного прессования достигает 1200 HV. Обнаружен интервал температур, соответствующий (0,35÷0,4)t_пл (где t_пл – абсолютная температура плавления основного карбида сплава), при переходе через который происходит изменение характера излома образцов с межкристаллитного на транскристаллитный. Выявлено, что это связано с образованием прочных границ между карбидными частицами и металлической матрицей, которые представляют собой прослойки толщиной порядка 80–100 нм со своим собственным кристаллическим строением, отличным от строения основных компонентов сплава

1. Schwarzkopf P., Kieffer R. Cemented сarbides. Macmillan, 1960.

2. Groover M.P. Fundamentals of modern manufacturing: materials, processes and systems. 4-th ed. John Wiley & Sons, 2010.

3. Gourdin W.H. Dynamic consolidation of metal powders // Progr. Mater. Sci. 1986. Vol. 30. P. 39—80.

4. Prummer R.A. Explosive compaction of powders, principle and prospects // Materialwissenschaft und Werk-stofftechnik. 1989. Bd. 20. S. 410—415.

5. Murr L.E., Staudhammer K.P., Meyers M.A. Metallurgical applications of shockwave and high-strain-rate phenomena. N.Y., 1986.

6. Prummer R.A., Balakrishna Bhat T., Siva Kumar K., Hokamoto K. Explosive compaction of powders and composites. Enfield, 2006.

7. Крохалев А.В., Харламов В.О., Кузьмин С.В., Лысак В.И. Закономерности формирования твердых сплавов из смесей порошков карбида хрома с титаном с использованием энергии взрыва // Изв. вузов. Порошк. металлургия и функц. покрытия. 2012. No. 1. С. 32—37.

8. Kayuk V.G., Masljuk V.A., Kostenko A.D. Tribological properties of hard alloys based on chromium carbide // Powder Metall. Met. Ceram. 2003. Vol. 42. P. 257—261.

9. Hussainova I., Jasiuk I., Sardela M., Antonov M. Micromechanical properties and erosive wear performance of chromium carbide based cermets // Wear. 2009. Vol. 267. P. 152—159.

10. Da-Yung Wang, Ko-Wei Weng, Chi-Lung Chang, Wei-Yu Ho Synthesis of Cr3C2 coatings for tribological applications // Surf. Coat. Technol. 1999. Vol. 120. P. 622—628.

11. Petrova A.M. Shtern M.B. The influence of nanostructural oxide films on wearresistance of titanium materials // Carbon nanomaterials in clean energy hydrogen systems. Netherlands, Springer, 2008. P. 851—856.

12. Крохалев А.В., Харламов В.О., Кузьмин С.В., Лысак В.И. Компьютерный расчет параметров сжатия при нанесении порошковых покрытий взрывом // Изв. ВолгГТУ. Сер. Сварка взрывом и свойства сварных соединений. 2010. No. 5. C. 110—116.

13. Красулин Ю.Л., Назаров Г.3. Микросварка давлением. М.: Металлургия, 1976.

14. Красулин Ю.Л. Дислокации как активные центры в топохимических реакциях // Теор. и экспер. химия. 1967. T. 3. No. 1. С. 58—65.

15. Красулин Ю.Л., Шоршоров М.Х. О механизме образования соединения разнородных материалов в твердом состоянии // Физика и химия обработки материалов. 1967. No. 1. С. 89—97.

16. Ушанова Э.А., Нестерова Е.В., Петров С.Н., Рыбин В.В., Кузьмин С.В., Гринберг Б.А. Разработка технологии подготовки образцов для электронно-микроскопических исследований нанокристаллических зон сцепления в разнородных соединениях на основе методов ионной полировки // Вопросы материаловедения. 2011. No. 1. C. 110—117.

17. Focused ion beam systems: Basics and applications / Ed. by Nan Yao. Cambridge: University Press, 2007.

18. Шабашов В.А., Овчинников В.В., Мулюков P.P., Валиев Р.З., Филиппова Н.П. Об обнаружении «зернограничной фазы» в субмикрокристаллическом железе мессбауэровским методом // Физика металлов и металловедение. 1998. Т. 85. No. 3. С. 100—112.

19. Шевченко В.Я., Хасанов О.Л., Юрьев Г.С., Похолков Ю.П. Наблюдение особенностей структуры ультрадисперсного состояния диоксида циркония методом дифракции синхротронного излучения // ДАН. 2001. Т. 377. No. 6. С. 797—799.

20. Лысак В.И., Кузьмин С.В., Крохалев А.В., Гринберг Б.А. Cтроение границ в композиционных материалах, полученных с использованием взрывного нагружения // Физика металлов и металловедение. 2013. No. 11. С. 10—26.

21. Haubold T., Birringer R., Lengeler B., Gleiter H. Exafs studies of nanocrystalline materials exhibiting a new solid state structure with randomly arranged atoms // Phys. Lett. A. 1989. Vol. 135. P. 461—466.

22. Song J., Kostka A., Veehmayer M., Raabe D. Hierarchical microstructure of explosive joints: Example of titanium to steel cladding // Mater. Sci. Eng. A. 2011. Vol. 528. P. 2641—2647.