Preview

Izvestiya vuzov. Poroshkovaya metallurgiya i funktsional’nye pokrytiya

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков
№ 4 (2018)
Скачать выпуск PDF

Теория и процессы формования и спекания порошковых материалов

6-14 185
Аннотация

Приводятся некоторые воспоминания Ю.Г. Дорофеева о совместной работе и встречах с выдающимся ученым-материаловедом Г.В. Самсоновым. Особое значение имели встречи в Югославии, где Г.В. Самсонов и М.М. Ристич совместно с другими всемирно известными учеными создали Международный институт науки о спекании. В последние годы жизни Г.В. Самсонов предложил концепцию активирования спекания добавками, являющимися акцепторами электронов и вносящими дополнительную долю ионной связи в матричный материал. Рассматривается возможность применения указанной концепции при разработке добавок-активаторов, снижающих энергию активации пластической деформации порошковых материалов на железной основе. Активация спекания в процессе формирования стабильных электронных конфигураций может осуществляться за счет: 1) ускорения зернограничной гетеродиффузии материала матрицы в присутствии сегрегаций фазы, содержащей активирующую микродобавку (система W–Ni); 2) интенсификации усадки при пластическом течении частиц материала матрицы, протеканию которого способствует формирование диффузионной пористости в частицах присадки в результате преимущественной диффузии атомов присадки в частицы основного металла (системы Fe–Ni, Fe–Co, Fe–Mn); 3) увеличения коэффициента самодиффузии атомов основного металла за счет расширения области существования менее плотноупакованной кристаллической решетки (α-фазы) при растворении активирующей добавки (система Fe–Mo). Приводится анализ имеющейся информации, касающейся перспектив использования марганца и хрома в качестве добавок – активаторов уплотнения. Снижение энергии активации уплотнения порошковых материалов на основе железа может быть обеспечено при введении добавок марганца. При этом перспективно применение технологии диффузионного насыщения. Вопрос об использовании хрома в качестве активатора не имеет однозначного ответа и предполагает необходимость дополнительного изучения.

15-27 136
Аннотация

The combination of alloying elements in the form of a masteralloy (MA) powder gives the possibility to protect oxygen-sensitive elements against oxidation and to promote the formation of a liquid phase that enhances the sintering mechanisms. As compared to the prealloying approach, the MA route has lower impact on compressibility and provides more flexibility in the selection ofthe final composition. Knowledge of the chemical aspects of sintering combined with the possibility to tailor the properties of sintered steels through the use of specific MA compositions and with the development of novel atomizing methods to produce MA powders may, in the near future, position the MA approach as a very interesting alternative to conventional alloying methods. In this work, sintered steels containing cost-effective Fe–Mn–Si masteralloysare processed at increasing temperatures in the range between 1120 and 1300 °C. The combination with different base powders provides a good overview of the properties that can be obtained with this alloying approach. Besides, the evaluation of microstructure and mechanical properties as a function of temperature allow understanding the real benefits of increasing the sintering temperature, in order to find an appropriate balance between the economic requirements and the material performance.

28-31 195
Аннотация

Major research challenges in the field of solid-state sintering are noted following the authors’ recent paper (J. Am. Ceram. Soc. 2017. Vol. 100. P. 2314–2352). They are highlighted in the areas of (i) modeling and simulation (mesoscale as well as macroscale), (ii) microstructural evolution with respect to interface structure, (iii) novel sintering techniques, and (iv) solutions for practical systems.

33-47 114
Аннотация

The forecast of maximum stresses on compaction tools is frequently based on the so-called compressibility curves, obtained according to specific standards. The analysis of compressibility curves enables to draw a simple analytical law, to utilize for further developments. The relationship between radial and axial pressure is described. The radial pressure is the design datum for the correct dimensioning of dies. Literature data on the relationship between applied pressure and friction coefficient enables to derive a model linking compact geometry and axial pressures effectively needed to reach specific densities. For part shapes characterized by a discrete extension on height – such as bushings, for instance – the effects of geometry are linked to 2 dimensionless parameters, one of physical nature (product of the pressure ratio multiplied by friction coefficient) and one of geometrical nature (ratio between «vertical» friction surfaces and double of compaction area). These dimensionless parameters enable to draw the «real» compressibility curves, linked to specific geometries. For part shapes characterized by small height – such as thin disks or plates – the effects of geometry again depend on two dimensionless parameters: one of physical nature (ratio between two times the friction coefficient and pressure ratio) and one of geometrical nature (ratio radius/height of the thin disk). Thinner the disk, higher the pressure needed to attain a given density. The theoretical results are compared with experimental data. The agreement between experimental data and forecasts based onthe theoretical approach is good. The study proves that the standard compressibility curves, if uncritically utilized for predicting stresses acting on tools, are unsuitable to predict the stresses really acting at compaction end.

Самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС)

48-61 135
Аннотация

Дан обзор результатов применения процесса самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) для получения жаропрочных никелевых сплавов и композитов на основе карбида титана (TiC) и никеля. Для уменьшения хруп-кости предложено заменить фазу TiC на карбосилицид титана Ti3SiC2 и применить процесс СВС для получения каркасно-го композита Ti3SiC2 –Ni. Никель для пропитки каркаса Ti3SiC2 вводился в трех вариантах: с добавлением в реакционную смесь; в виде брикета, размещенного между двумя брикетами СВС-шихты; аналогично второму варианту, но с барьерными слоями из бумаги между брикетами никеля и шихты СВС. Показано, что во всех вариантах расплав Ni препятствует образованию МАХ-фазы карбосилицида титана, приводя к его деградации. Введение Ni в реакционную смесь по первому варианту позволило получить однородный композиционный материал, пористость которого с ростом концентрации Ni до 50 % уменьшилась практически до нуля. В случае размещения Ni-брикета между двух прессованных брикетов СВС-шихты удавалось расплавить сравнительно небольшое количество никеля (23–29 % от массы образцов синтезируемых композитов), которого не хватало для полного заполнения пористых слоистых каркасов Ti3SiC2 . При добавлении в Ni-брикет 20 % Si увеличивалась глубина пропитки, снижалась степень деградации МАХ-фазы в месте пропитки, формировался более однородный композиционный материал, состоящий из пористого каркаса фаз TiC, TiSi2 и Ti3SiC2 , частично заполненных металлическим никелем при инфильтрации раcплава Ni(Si).

Тугоплавкие, керамические и композиционные материалы

62-72 186
Аннотация

Настоящий миниобзор посвящен анализу последних достижений в области разработки композиционных материалов (КМ) на основе алюминия, упрочненных микро- и наноструктурами. Рассматриваются методы получения КМ, различные упрочняющие добавки (Al2O3, AlN, SiC, CuO, B4C, Li3N, C, BN) и их морфологические типы (нанотрубки, нанопластины, микро- и наночастицы), а также структура и свойства КМ. Показана важность методов теоретического моделирования при изучении прочности границ раздела в КМ.

73-81 143
Аннотация

В порядке дискуссии рассмотрены перспективы развития высокотемпературного керамического материаловедения. Дано обоснование разработки гетеромодульных керамических композитов как возможности реализации уникальных физико-химических свойств тугоплавких соединений (карбидов, нитридов, боридов и др.) в условиях их применения при высоких и сверхвысоких температурах. Показаны перспективы нанотехнологического подхода к получению подобных материалов в инженерной практике.

Модифицирование поверхности, в том числе пучками заряженных частиц, потоками фотонов и плазмы

82-91 200
Аннотация
Исследовано влияние мощных импульсных пучков ионов углерода (энергия ионов 250 кэВ, длительность импульса ~100 нс, плотность тока в импульсе 150–200 А/см2, значение поверхностной плотности энергии одиночного импульса j ~ 3 Дж/см2 при облучении образцов титанового сплава ВТ1-0 и j ~ 1 Дж/см2 при обработке образцов титанового сплава ВТ6, число импульсов – 1, 5, 10 и 50) на топографию поверхности и структурно-фазовое состояние приповерхностного слоя субмикрокристаллических титановых сплавов ВТ1-0 и ВТ6. Поверхность образцов перед облучением предварительно подвергали механической шлифовке и полировке. Показано, что после облучения на поверхности сплавов формируются поверхностные дефекты – кратеры различных форм и геометрии диаметром от долей микрометра до 80–100 мкм. При этом зеренная структура в приповерхностном слое становится более однородной по размерам и степени равноосности зерен. Для исходного состояния титанового сплава ВТ1-0 характерна достаточно однородная структура, средний размер зерен ~0,31 мкм, для сплава ВТ6 ~0,9 мкм. После одного импульса облучения в приповерхностном слое сплава ВТ1-0 (при j ~ 3 Дж/см2) наблюдается рост зерен в поперечном направлении до 0,54 мкм, а у сплава ВТ6 (j ~ 1 Дж/см2) размер зерна уменьшается до ~ 0,54 мкм. После воздействия 50 импульсов средний размер зерна в приповерхностном слое достигает ~2,2 мкм для сплава ВТ1-0 и ~1,6 мкм для ВТ6. Стоит отметить, что для обоих сплавов уже после воздействия 1 импульса мощного ионного пучка формируется достаточно однородная зеренная структура с равноосными зернами.

Наноструктурированные материалы и функциональные покрытия

92-103 132
Аннотация

Предложена оригинальная технология нанесения многослойных покрытий, совмещающая в одном вакуумном технологическом процессе электроискровое легирование (ЭИЛ), импульсное дуговое испарение (ИДИ) и магнетронное распыление (МР). Слои могут наноситься с использованием одного электродного материала при рабочих давлениях от 0,1 Па до атмосферного. Нижний ЭИЛ-слой обеспечивает повышение жесткости основы, идеальную адгезию и относительно большую (до 100 мкм) толщину покрытия. Верхний ИДИ- или МР-слой, толщиной до 10 мкм, определяет высокие механические и трибологические характеристики. Технология осаждения двухслойных ИДИ–ЭИЛ- и МР–ЭИЛ-покрытий апробирована на подложках из конструкционных и инструментальных сталей, титановых сплавов при использовании электродов из твердых сплавов (WC–Co, TiCNiAl) и углерода (малопористого графита).

104-109 131
Аннотация
Приведена технология получения износостойкого покрытия из нитрида кремния на твердосплавном режущем инструменте. Рассмотрены факторы, влияющие на структуру и толщину покрытия. Дан обзор отечественных и зарубежных работ по свойствам и областям применения твердых сплавов в качестве режущего, бурового, штампового инструментов, износостойких материалов, для бесстружковой обработки материалов, древесины, пластмасс. Отмечено, что одним из основных путей совершенствования режущего инструмента является использование многогранных неперетачиваемых пластин с износостойким покрытием. Обоснована причина выбора нитрида кремния в качестве материала покрытия для твердосплавного инструмента. Представлены данные по методам нанесения покрытия из нитрида кремния, исследованию структуры и свойств режущего инструмента. Лабораторные и заводские испытания режущего инструмента с покрытием из нитрида кремния показали целесообразность применения последнего для повышения стойкости и срока службы режущих пластин.

Хроника



ISSN 1997-308X (Print)
ISSN 2412-8767 (Online)