Особенности ПроцеССа Измельчения зеренной структуры материала Tic–NiCr, полученного методом СВС-экструзии

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Проведено теоретическое и экспериментальное изучение особенностей формирования структуры сплава на основе карбида титана с нихромовой связкой в условиях СВС-экструзии. Выявлены качественные изменения в структуре материала, обусловленные различными способами СВС-технологии: без приложения давления, прессование и экструзия. Установлено, что в отличие от СВС без приложения давления при СВС-экструзии реализуется механический процесс перемешивания материала, что обеспечивает более высокую степень однородности процесса структурообразования. На основе разработанных моделей тепловых режимов СВС-экструзии и результатов экспериментальных исследований изучено влияние условий теплоотвода и степени деформации материала на размер зерна TiC по длине и радиусу экструдированного стержня. Анализ полученных зависимостей показал, что максимальное расхождение теоретических расчетов и экспериментальных результатов составляет не более 10%, а для минимальных значений размера зерен TiC не более 1–5%, что подтверждает хорошую согласованность разработанной модели с экспериментальными результатами.

Full Text

Restricted Access

About the authors

M. С. Антипов

Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук

Author for correspondence.
Email: mora1997@mail.ru
Russian Federation, 142432 Московская обл., Черноголовка, ул. Академика Осипьяна, 8

Л. С. Стельмах

Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук

Email: mora1997@mail.ru
Russian Federation, 142432 Московская обл., Черноголовка, ул. Академика Осипьяна, 8

A. M. Столин

Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук

Email: mora1997@mail.ru
Russian Federation, 142432 Московская обл., Черноголовка, ул. Академика Осипьяна, 8

П. М. Бажин

Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук

Email: mora1997@mail.ru
Russian Federation, 142432 Московская обл., Черноголовка, ул. Академика Осипьяна, 8

References

  1. Амосов А.П., Самборук А.Р., Вологин М.Ф., Епифанов В.Б., Редин С.В., Суханов С.И., Глазков А.И. Новые композиционные материалы состава полимер-металл для производства сверхпрочных изделий // Вестн. Казанского гос. техн. ун-та им. А.Н. Туполева. 2015. Т. 71. № 5. С.115–119.
  2. Gurbanov N., Sidorov D., Ismailova K. Composite Materials, General Properties and Usage Areas // SoE. 2021. № 78. P. 25–27. https://doi.org/10.24412/3162-2364-2021-78-1-25-27
  3. Николаев А.Н., Степичев Е.С., Перевислов С.Н. Жаростойкие композиционные материалы алмаз-карбид кремния, модифицированные гафнием // Материаловедение. 2023. № 5. С. 28–34. https://doi.org/10.31044/1684-579X-2023-0-5-28-34
  4. Краснов Е.И., Серпова В.М., Ходыкин Л.Г., Гололобов А.В. Металлические композиционные материалы на основе титановых сплавов, армированные тугоплавкими частицами (обзор) // Тр. ВИАМ. 2021. № 6. С. 36–45. https://doi.org/10.18577/2307-6046-2021-0-6-36-45
  5. Makhkamov N.Ya., Yusupov G.U. Properties of Metal-Based and Nonmetal-Based Composite Materials // Theor. Appl. Sci. 2020. V. 6. № 86. P. 629–634. https://doi.org/10.15863/TAS.2020.06.86.115
  6. Piliptsov D.G., Rudenkov A.S., Rogachev A.V. Structural Properties of Carbon Composites Doped with Boron // Bull. Karaganda Univ. Phys. Ser. 2020. V. 3. № 99. P. 31–37. https://doi.org/10.31489/2020Ph3/31-37
  7. Самарина О.Ю., Долгодворов А.В. Исследование микроструктуры конструкционного композиционного материала на этапе получения углерод-углеродного композиционного материала // Вестн. Пермского нац. исслед. политех. ун-та. Аэрокосмическая техника. 2014. № 38. С. 140–152.
  8. Смирнов В.М., Шалунов Е.П., Лобанов Д.В. Структура и свойства дисперсно-упрочненных композиционных материалов системы Cu-Ti-C-O // Актуальные проблемы в машиностроении. 2021. Т. 8. № 3-4. С. 135–141.
  9. Промахов В.В., Матвеев А.Е., Шульц Н.А., Бахмат В.Р., Дронов Ф.Ю., Туранов Т.Э. Исследование структуры и свойств металломатричных композиционных материалов, полученных методом прямого лазерного выращивания // Вестн. Томского гос. ун-та. Математика и механика. 2022. № 77. С. 125–139. https://doi.org/10.17223/19988621/77/10
  10. Сап Э., Узун М. Исследование микроструктуры и твердости медных композитов, армированных Co - Ti // Металловедение и термическая обработка металлов. 2021. Т. 10. № 796. С. 40–45.
  11. Луц А.Р., Шипилов С.И., Рыбаков А.Д. Влияние легирующей добавки никеля на структуру композиционного материала Al-10%TiC // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2020. Т. 10. № 112. С. 10–15. https://doi.org/10.30987/2223-4608-2020-10-10-15
  12. Roger J., Petitcorps Y.Le, Audubert F. Thermal Effect of TiC in the Mo/TiС/SiС System at Elevated Temperature // J. Alloys Compd. 2010. V. 496. № 1–2. P. 244-250. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2009.12.158
  13. Gong J., Miao H., Zhao Z. Effect of TiC-Particle Size on Sliding Wear of TiC Particulate Reinforced Alumina Composites // Mater. Lett. 2002. V. 53. № 4-5. P. 258–261. https://doi.org/10.1016/S0167-577X(01)00488-8
  14. Zheng Y., Zhou Ya., Li R. Preparation and Mechanical Properties of TiC-Fe Cermets and TiC-Fe/Fe Bilayer Composites // J. Mater. Eng. Perform. 2017. V. 26. № 10. P. 4933–4939. https://doi.org/10.1007/s11665-017-2914-1
  15. Tisov O., Dukhota O., Kindrachuk M. Research on the Properties of Co-TiC and Ni-TiC Hip-Sintered Alloys // Acta Mech. Autom. 2019. V. 13. № 1. P. 57–67. https://doi.org/10.2478/ama-2019-0009
  16. Aramian A., Sadeghian Z., Berto F., Prashanth K.G. In Situ Fabrication of TiC-NiCr Cermets by Selective Laser Melting // Int. J. Refract. Hard. Met. 2020. V. 87. P. 105171. https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2019.105171
  17. Чесноков А.Е., Филиппов А.А. Исследование физических свойств металлокерамических компактов TiC-NiCr, полученных методом горячего прессования // Прикладная механика и техническая физика. 2022. Т. 63. № 2(372). С. 175–181. https://doi.org/10.15372/PMTF20220216
  18. Kiryukhantsev-Korneev P.V., Sytchenko A.D., Levashov E.A. Comparative Study of Coatings formed by Electrospark Alloying Using TiC–NiCr and TiC–NiCr– Eu2O3 Electrodes // Russ. J. Non-Ferr. Met. 2019. V. 60. № 6. P. 662–672. https://doi.org/10.3103/S1067821219060099
  19. Liu Y., Yu B.H., Guan D.H., Wang Z.B., Bi J. Microstructure and Properties of TiC/NiCr Cermets Produced by Partial Liquid-Phase Sintering // J. Mater. Sci. 2001. V. 20. № 7. P. 619–620. https://doi.org/10.1023/A:1010965216385
  20. Бажин П.М., Столин А.М. СВС-экструзия материалов на основе МАХ-фазы Ti-Al-C // Доклады Академии наук. 2011. Т. 439. № 5. С. 630–632.
  21. Бажин П.М., Столин А.М., Алымов М.И., Чижиков А.П. Особенности получения длинномерных изделий из керамического материала с наноразмерной структурой методом СВС-экструзии // Перспективные материалы. 2014. № 11. С. 73–80.
  22. Столин А.М., Бажин П.М. Получение изделий многофункционального назначения из композитных и керамических материалов в режиме горения и высокотемпературного деформирования (СВС-экструзия) // Теоретические основы хим. технологии. 2014. Т. 48. № 6. С. 603–615. https://doi.org/10.7868/S0040357114060116
  23. Pazniak A., Bazhin P., Shchetinin I., Kolesnikov E., Prokopets A., Shplis N., Stolin A., Kuznetsov D. Dense Ti3AlC2 Based Materials Obtained by SHS-extrusion and Compression Methods // Ceram. Int. 2019. V. 45. № 2. P. 2020–2027. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2018.10.101
  24. Bazhin P., Chizhikov A., Stolin A., Antipov M., Konstantinov A. Long-Sized Rods of Al₂O₃–SiC–TiB₂ Ceramic Composite Material Obtained by SHS-Extrusion: Microstructure, X-ray Analysis and Properties // Ceram. Int. 2021. V 47. № 20. P. 28444–28448. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.06.262
  25. Antipov M.S., Chizhikov A.P., Konstantinov A.S., Bazhin P.M. Sintered Material Based on Titanium Carbide to Increase the Service Life of Slide Gates // Refract. Ind. Ceram. 2021. V. 62. № 2. P. 208–211. https://doi.org/10.1007/s11148-021-00584-7
  26. Стельмах Л.С., Столин А.М., Бажин П.М. Измельчение зеренной структуры материала TiC–Co в процессе СВС-экструзии // Неорган. материалы. 2020. Т. 56. № 7. С. 732–737. https://doi.org/10.31857/S0002337X20070155
  27. Sheng L.Y., Yang F., Xi T.F., Guo J.T., Ye H.Q. Microstructure Evolution and Mechanical Properties of Ni3Al/Al₂O₃ Composite During Self-Propagation High-Temperature Synthesis and Hot Extrusion // Mater. Sci. Eng. A. 2012. V. 555. P. 131–138. https://doi.org/10.1016/j.msea.2012.06.042
  28. Овчаренко В.Е., Лапшин О.В., Чудинов В.А., Колобова Е.Г. Эволюция зеренной структуры интерметаллического соединения Ni3Al при экструзии интерметаллида в процессе его высокотемпературного синтеза под давлением // Физ. мезомех. 2005. Т. 8. № СпецВ. С. 65–68.
  29. Стельмах Л.С., Паршин Д.А., Столин А.М., Дворецкий С.И. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2012613246 «Программа расчета температурных полей в материале образца при СВС-экструзии на стадии выдавливания».
  30. Stolin A.M., Stel’makh, L.S. Mathematical Modeling of SHS Compaction/Extrusion: An Autoreview // Int. J. Self-Propag. High-Temp Synth. 2008. № 17. P. 93–100. https://doi.org/10.3103/S1061386208020015.
  31. Штремель М.А., Лизунов В.И., Шкатов В.В. Преобразование зерна при первичной рекристаллизации // Металловедение и термическая обработка металлов. 1984. № 6. С. 2–5.
  32. Овчаренко В.Е., Акимов К.О. Влияние деформации на размерзерна в синтезированном под давлением интерметаллиде Ni3Al // Неорган. материалы. 2020. Т 56. № 11. С. 1183–1187.https://doi.org/10.31857/S0002337X20110111

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Scheme of SHS-extrusion before (a), after pressure application (b): 1 – press plunger, 2 – initiating device, 3 – press mold, 4 – heat insulator, 5 – charge blank, 6 – forming matrix, 7 – extruded rod; c – photo of a rod obtained by SHS-extrusion.

Download (162KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Results of theoretical calculations of the distribution of the average grain size of TiC along the length and radius of the extruded rod.

Download (212KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Microstructure of the material and the grain size of TiC in different areas: 1 – volumetric deformation area, 2 – area located at the exit from the matrix, 3–5 – shear deformation areas; zones Z1–Z3 – change in the average grain size along the radius.

Download (454KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Dependences of the average grain size of TiC on the degree of deformation (diameter) of the extruded rod: 1 – theory, maximum value; 2 – theory, minimum value; 3 – experiment, maximum value; 4 – experiment, minimum value; 5 – average grain size; 6 – grain size after SHS without deformation.

Download (131KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Results of mathematical modeling of the dependence of TiC grain size on SHS extrusion conditions.

Download (222KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».