ФАЗОВЫЙ СОСТАВ И СТРУКТУРА КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОРОШКОВ КАРБИДА ТИТАНА СО СВЯЗКОЙ ИЗ СТАЛИ Р6М5, ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ СВС

Методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) в реакционных порошковых смесях титана, технического углерода (сажи) и быстрорежущей стали ПР-10Р6М5 в режиме послойного горения получены металломатричные композиционные материалы «карбид титана – связка из стали Р6М5». Дроблением и ситовым рассевом продуктов синтеза приготовлены композиционные порошки с различным содержанием стальной связки. Продукты синтеза исследованы методами оптической и растровой электронной микроскопии, рентгеноструктурного и микрорентгеноспектрального анализа. Установлено, что средний размер карбидных включений в структуре металломатричного композита зависит от содержания инертного в тепловом отношении стального порошка в реакционных смесях и может целенаправленно регулироваться в широких пределах. Образующийся в процессе СВС карбид титана имеет параметр решетки, меньший, чем известное значение для эквиатомного карбида титана. Основной причиной снижения параметра решетки является нестехиометрический состав карбида, обусловленный дефицитом углерода. Согласно результатам микрорентгеноспектрального анализа включения карбида титана в структуре композита дополнительно содержат железо и легирующие элементы в количестве до 1 ат. %. Растворение железа и легирующих элементов приводит к некоторому увеличению параметра решетки карбида, которое частично компенсирует его уменьшение, вызванное дефицитом углерода. Феррит, являющийся основной фазой в металлической связке, согласно результатам рентгеноструктурного анализа, имеет сверхравновесное содержание легирующих элементов. Отжиг СВС-продуктов при температуре 700 °С приводит к распаду остаточного аустенита и растворению карбидов легирующих элементов в феррите. 

1. Панин В.Е., Белюк С.И., Дураков В.Г., Прибытков Г.А., Ремпе Н.Г. Электронно-лучевая наплавка в вакууме: Оборудование, технология, свойства покрытий // Сварочное пр-во. 2000. No. 2. С. 34—38.

2. Гнюсов С.Ф., Игнатьев А.А., Дураков В.Г. Структура и износостойкость покрытий на основе стали P6M5 // Письма в ЖТФ. 2010. Т. 36. Вып. 16. С. 19—26.

3. Калита В.И., Комлев Д.И. Плазменные покрытия с нанокристаллической и аморфной структурой. М.: Лидер М, 2008.

4. Гуревич Ю.Г., Нарва В.К., Фраге Н.В. Карбидостали. М.: Металлургия, 1988.

5. Bataev I.A., Bataev A.A., Golkovski M.G., Krivizhenko D.S., Losinskaya A.A., Lenivtseva O.G. Structure of surface layers obtained by atmospheric electron beam cladding of graphite-titanium powder mixture on to titanium surface // Appl. Surf. Sci. 2013. Vol. 284. P. 472—481.

6. Zhang Kemin, Zou Jianxin, Li Jun, Yu Zhishui, Wang Huiping. Surface modification of TC4 alloy by laser cladding with TiC + Ti powders // Trans. Nonferr. Met. Soc. China. 2010. Vol. 20. P. 2192—2197.

7. Weiping Liu, J.N. DuPont. Fabrication of functionally graded TiC/Ti composites by laser engeneering net shaping // Scripta Mater. 2003. Vol. 48. Iss. 9. P. 1337—1342.

8. Sun R.L., Lei Y.W., Niu W. Laser clad TiC reinforced NiCrBSi composite coatings on Ti—6Al—4V alloy using a CW CO2 laser // Surf. Coat. Technol. 2009. Vol. 203. P. 1395—1399.

9. Mahamood R.M., Akinlabi E.T. Laser metal deposition of functionally graded Ti6Al4V/TiC // Mater. Design. 2015. Vol. 84. P. 402—410.

10. Wang X.H., Zhang M., Liu X.M., Qu S.Y., Zou Z.D. Micro-structure and wear properties of TiC/FeCrBSi surface composite coating prepared by laser cladding // Surf. Coat. Technol. 2008. Vol. 202. P. 3600—3606

11. Candel J.J., Amigó V., Ramos J.A., Busquets D. Sliding wear resistance of TiCp reinforced titanium composite coating produced by laser cladding // Surf. Coat. Technol. 2010. Vol. 204. P. 3161—3166.

12. Liu D., Zhang S.Q., Li A., Wang H.M. High temperature mechanical properties of a laser melting deposited TiC/ TA15 titanium matrix composite // J. Alloys Compd. 2010. Vol. 496. P. 189—195.

13. Novichenko D., Marants A., Thivillon L., Bertrant Ph., Smurov I. Metal matrix composite material by direct metal deposition // Phys. Proc. 2011. Vol. 12. P. 296—302.

14. Макаров А.В., Соболева Н.Н., Малыгина И.Ю., Осинцева А.Л. Формирование композиционного покрытия NiCrBSi—TiC с повышенной абразивной износостойкостью методом газопорошковой лазерной наплавки // Упрочняющие технологии и покрытия. 2013. No. 11. С. 38—44.

15. Рогачев А.С., Мукасьян А.С. Горение для синтеза материалов: Введение в структурную макрокинетику. М.: Физматлит, 2012.

16. Zarrinfar N., Shipway P.H., Kinnedy A.R., Saidi A. Carbide stoichiometry in TiCx and Cu—TiCx produced by self-propagating high temperature synthesis // Scripta Mater. 2002. Vol. 46. P. 121—126.

17. Li Y.X., Yu J.D., Guo Z.X., Chumakov A.N. Thermodynamic and lattice parameter calculation of TiCx produced from Al—Ti—C powders by laser igniting self propagating high temperature synthesis // Mater. Sci. Eng. A. 2007. Vol. 458. No. 1-2. P. 235—239.

18. Saidi A., Crysanthou A., and Wood J.V. Preparation of Fe—TiC composites by the thermal explosion mode of combustion synthesis // Ceram. Int. 1997. Vol. 23. P. 185—188.

19. Han J.C., Zhang X.H., Wood J.V. In situ combustion synthesis and densification of TiC—xNi cermets // Mater. Sci. Eng. A. 2000. Vol. 280. P. 328—333.

20. Миркин Л.И. Рентгеноструктурный контроль машиностроительных материалов: Справочник. М.: Машиностроение, 1979.

21. Зуев Л.В., Гусев А.И. Влияние нестехиометрии и упорядочения на период базисной структуры кубического карбида титана // Физика твердого тела. 1999. Т. 41. No. 4. С. 1134—1141.