Исследовано влияние легирующих элементов на кинетику и механизм окисления при температуре 1150 °С в течение 30 ч жаропрочных никелевых сплавов, полученных по технологиям центробежной СВС-металлургии (СВС-М), вакуумного индукционного переплава (ВИП), элементного синтеза (ЭС) и горячего изостатического прессования (ГИП). Проведен сравнительный анализ сплавов на основе моноалюминида никеля и стандартных сплавов марок АЖК и ЭП741НП. Выявлено, что кинетические зависимости описываются преимущественно параболической аппроксимацией. Логарифмический закон окисления с быстрым (в течение 3–4 ч) формированием первичного защитного слоя характерен для сплавов, легированных молибденом и гафнием. В случае АЖК и ЭП741НП на начальной стадии (2–3 ч) окисление происходит по параболическому закону, а в дальнейшем – по линейному механизму с объемным окислением и полным разрушением образцов. Диффузия кислорода и азота протекает преимущественно по границам зерен алюминида никеля и лимитируется образованием защитной пленки состава Al2O3 + Cr2O3 + XnOm. Для сплавов, полученных методом СВС-М, характерным является положительное влияние на жаростойкость легирующих добавок циркония и тантала. В межзеренном пространстве образуется фаза Ta2O5, которая снижает скорость и глубину окисления. Цирконийсодержащий верхний слой Al2O3 + Zr5Al3O0,5 блокирует внешнюю диффузию кислорода и азота, тем самым повышая жаростойкость. Легирование гафнием также положительно сказывается на окислительной стойкости сплавов и приводит к образованию субмикронных и наноразмерных включений HfO2, которые подавляют зернограничную диффузию кислорода. В образцах с повышенным содержанием молибдена формируются летучие оксиды MoO3, Mo3O4, CoMoO4, которые разрушают целостность защитного слоя. Сравнительный анализ кинетики и механизма окисления образцов из базового β-сплава с добавками Cr + Co + Hf показал существенное влияние на жаростойкость способа получения образцов. При снижении доли примесного азота и образования подслоя Cr2O3 меняется и механизм окисления.

Рассмотрены особенности совмещения процесса самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) пористого каркаса МАХ-фазы Ti3AlC2 с инфильтрацией расплавом алюминия в самопроизвольном режиме с целью получения образцов керамико-металлического композита (МАХ-кермета) Ti3AlC2–Al увеличенных размеров в воздушной атмосфере. Разработана новая схема изготовления длинномерных образцов СВС-керметов из шихты насыпной плотности с самопроизвольной инфильтрацией расплавом в спутном направлении с движением волны горения, при которой можно регулировать временнýю паузу между моментом окончания синтеза Ti3AlC2 и началом процесса самопроизвольного заполнения пор расплавом алюминия. По данной технологии был синтезирован СВС-каркас Ti3AlC2 общей длиной 250 мм и диаметром 22–24 мм, в котором глубина инфильтрации чистым алюминием составила около 110 мм, а пропитка сплавом Al–12%Si – 130 мм. Приведены сравнительные данные по плотности, микроструктуре и фазовому составу на разных участках по длине образцов полученных СВС-керметов. Установлено, что инфильтрация чистым алюминием разрушает МАХ-фазу Ti3AlC2, превращая ее в смесь фаз TiC + TiAl3 в СВС-кермете, а добавка 12 % Si к Al-расплаву способствует некоторому сохранению Ti3AlC2 в кермете. Вместо образцов МАХ-керметов с целевым составом Ti3AlC2–Al и Ti3AlC2–(Al–12%Si) получены длинномерные образцы СВС-керметов с другим реальным фазовым составом: TiC–TiAl3–Al и TiC–Ti3AlC2–TiAl3–(Al–12%Si) соответственно, в которых МАХ-фаза Ti3AlC2 или практически отсутствует, или имеется в небольших количествах. Средние значения твердости СВС-керметов TiC–TiAl3–Al и TiC–Ti3AlC2–TiAl3–(Al–12%Si) составили HB = 640 и 740 МПа, плотность ρ = 2,88÷3,16 и 3,03÷3,13 г/см3, а остаточная пористость П = 17,0÷24,6 и 17,6÷20,3 % соответственно.

В ходе проведенных исследований субмикронных твердых сплавов системы WC–Co, включавших в себя диагностику твердости, коэрцитивной силы и параметров микроструктуры, а также анализ и сопоставление результатов из современных литературных источников, представлена объединенная модель, согласно которой выражение для твердости по Виккерсу можно представить в виде, позволяющем разделить влияние размера зерна карбида вольфрама и объемного содержания кобальтовой связки. Предложенное выражение дает возможность проводить перерасчет и сопоставлять значения HV для твердых сплавов с одинаковым средним размером зерна и различным содержанием связки. В работе показано, что в отличие от модели Ли-Герланда в рамках представляемой модели твердость сплава определяется твердостью карбидного каркаса (HWC) и его смежностью (C) и задается соотношением HV = CHWC. При этом величина HWC зависит только от размера зерна карбида вольфрама и описывается уравнением типа Холла–Петча. По результатам параллельных измерений твердости и коэрцитивной силы (Нс) получено эмпирическое уравнение зависимости величины Нс от размера зерна WC и объемного содержания Со. На основании всей совокупности экспериментальных данных исследованы связи коэрцитивной силы и твердости по Виккерсу и предложено упрощенное соотношение между этими физическими показателями, позволяющее проводить первичную экспрессную оценку величины HV по измеренным значениям коэрцитивной силы. В работе отмечается, что приведенные соотношения справедливы для относительно узкого распределения зерен WC по размерам с коэффициентом вариации не более 0,5.

В данной работе комбинацией методов механического активирования (МА) и самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) получен порошок нестехиометрического тантал-гафниевого карбонитрида структурного типа Fm3m (225). Механическое активирование в течение 60 мин в низкоэнергетическом режиме (347 об/мин) приводит к формированию композиционных частиц Ta/Hf/C слоистой структуры, размер которых варьируется от 1 до 20 мкм, и способствует равномерному распределению элементов. Продуктом СВС механоактивированной смеси Ta + Hf + C в среде азота (0,8 МПа) является однофазный порошок тантал-гафниевого карбонитрида состава Ta0,25Hf0,75C0,5N0,3, частицы которого характеризуются губчатой морфологией с порами и кавернами и состоят из субмикронных зерен. Посредством искрового плазменного спекания (ИПС) получен объемный образец тантал-гафниевого карбонитрида, размер зерен которого варьируется от 3 до 5 мкм, с относительной плотностью 98,2 Ѓ} 0,3 %, твердостью 19,8 Ѓ} 0,2 ГПа и трещиностойкостью 5,4 Ѓ} 0,4 МПа・м1/2. Кинетика окисления (Ta,Hf)CN при температуре 1200 °С на воздухе описывается параболическим законом, что свидетельствует о формировании оксидного слоя Hf6Ta2O17 + mHfO2 с низкой скоростью диффузии кислорода, скорость окисления при этом составляет 0,006 мг/(см2・с). Предложен механизм окисления (Ta,Hf)CN, заключающийся в том, что на первой стадии на поверхности зерен формируются Ta2O5 и HfO2, которые на второй стадии вступают в реакцию друг с другом с образованием гомологичной сверхструктуры Hf6Ta2O17 и моноклинного HfO2. Высвобождение газообразных продуктов окисления СO, CO2, NO и NO2 сопровождается образованием пор и трещин.

Сплав с эвтектической структурой системы LaB6–VB2 был получен индукционной плавкой методом холодного тигля с последующей кристаллизацией. Мольное соотношение компонентов в исходной порошковой смеси составляло 35 : 65. Методами рентгеновской дифракции, сканирующей электронной микроскопии и микрорентгеноспектрального анализа исследованы структура и состав материала LaB6–VB2. Состав сплава представлен двумя фазами боридов – кубическим LaB6 и гексагональным VB2. Двухфазные эвтектические области размером до 500 мкм представляют собой матрицу LaB6, наполненную волокнами VB2 (нитевидными, стержневыми кристаллами) толщиной 0,8–2,0 мкм, которые преимущественно ориентированы вдоль направления температурного градиента, возникшего при охлаждении расплава, т.е. от внешней поверхности образца к его центру. С помощью метода анализа интегральной площади фаз установлен состав эвтектики: 42 Ѓ} 1 мол. % LaB6 и 58 Ѓ} 1 мол. % VB2.

Для повышения эксплуатационных свойств Ni-содержащего сплава, полученного по технологии селективного лазерного сплавления (СЛС), наносили защитные покрытия методом электроискрового легирования (ЭИЛ) с использованием электродов из циркония. Кинетику массопереноса изучали на 5 различных частотно-энергетических режимах обработки. С помощью аналого-цифрового преобразователя установлены среднее количество импульсных разрядов, энергия единичных импульсов и суммарная энергия импульсных разрядов за 1 мин обработки (ΣЕ) для всех применяемых режимов. В низкоэнергетических условиях обработки (ΣЕ = 1459÷2915 Дж) наблюдался слабый массоперенос, привес массы катода фиксировался только в первые минуты. С увеличением времени обработки происходила убыль массы подложки. Шероховатость покрытий (Ra) варьировалась в диапазоне 3,9–7,2 мкм. На высокоэнергетических режимах (ΣЕ = 5197÷17212 Дж) из-за интенсивного нагрева электродов наблюдался устойчивый привес массы катода, но сформированные покрытия имели повышенную шероховатость: Ra = 7,4÷8,6 мкм. Параметр Ra для исходных СЛС-образцов составлял 10,7 мкм. Сформированные покрытия характеризовались толщиной 15–30 мкм, высокой сплошностью (до 100 %), твердостью 9,0–12,5 ГПа, модулем упругости 122–145 ГПа, коэффициентом трения 0,36–0,49. Проведение ЭИЛ-обработки способствовало росту износостойкости СЛС-сплава в 7,5–20,0 раз, а жаростойкости на 10–20 % (t = 1150 °C, τ = 30 ч). Установлено, что наилучшими свойствами (твердость, модуль упругости, шероховатость износо- и жаростойкость) обладает покрытие, полученное на низкоэнергетическом режиме ЭИЛ с энергией ΣЕ = 2915 Дж.

С 2017 г. на предприятии АО ≪Волгабурмаш≫ (г. Самара, Россия) проводились мероприятия по испытанию покупных твердосплавных порошковых смесей состава 90%WC–10%Co и готовых твердосплавных зубков различных производителей. Работа велась с целью оценки возможности применения покупных изделий в качестве исходных материалов на предприятии для сокращения производственного цикла изготовления твердосплавного вооружения буровых шарошечных долот. Данные работы по товарозамещению (аутсорсингу) проводятся с целью возможного снижения себестоимости шарошечного долота и ускорения процесса его изготовления для функционирования предприятия в условиях острой рыночной конкуренции на внешнем и внутреннем рынках. Статья посвящена анализу и подробному сравнению микро- и макроструктуры, физических, механических, химических и технологических свойств покупных твердосплавных смесей и спеченных зубков различных производителей, в том числе и АО ≪Волгабурмаш≫. Определение всех характеристик исследуемых материалов проводилось в соответствии со стандартом предприятия СТП 582-17. Большое внимание уделено сравнению значений трещиностойкости сплавов, или вязкости разрушения по Палмквисту, и анализу снимков микроструктуры и характера распространения трещины после испытаний с использованием сканирующей электронной микроскопии. Также рассмотрены такие важные характеристики сплава, как твердость и предел прочности при поперечном изгибе. На основе результатов проведенных исследований представлены выводы о целесообразности использования в металлургическом цехе АО ≪Волгабурмаш≫ покупных твердых сплавов в сравнении с материалами собственного производства.