编号 3 (2024)
Articles
OSOBENNOSTI TITANOVOGO SYR'Ya ROSSII I PERSPEKTIVY EGO ISPOL'ZOVANIYa DLYa PROIZVODSTVA TITANA I EGO PIGMENTNOGO DIOKSIDA
摘要
Приведен анализ характерных особенностей титанового сырья России, отмечены важные исторические аспекты создания титановой промышленности в СССР и развития научных исследований, направленных на решение сырьевой проблемы для дальнейшего развития титановой промышленности страны. На основе результатов многолетних исследований в ИМЕТ РАН месторождения титансодержащих руд России подразделены на четыре промышленных типа: редкометальные титансодержащие, комплексные железо-титан-ванадиевые (титаномагнетитовые), титан-цирконовые пески (циркон-рутил-ильменитовые россыпи) и собственно титановые (лейкоксеновые песчаники Тимана). Описаны руды каждого типа месторождений и обоснованы возможные пути их использования.
Metally. 2024;(3):3-20
3-20
ISSLEDOVANIE VLIYaNIYa GORYaChEY PROKATKI I TEMPERATURY NAGREVA POD ZAKALKU NA STRUKTURU I TVERDOST' STALEY Fe-13%Cr, LEGIROVANNYKh AZOTOM, VANADIEM, NIOBIEM
摘要
Исследованы микроструктура и фазовый состав, твердость трех модельных азотсодержащих сталей с 13%Cr, 0,02—0,2%С, 0,10—0,12%N, микролегированных ванадием и ниобием. Стали находились в разных вариантах структурного состояния: после горячей пластической деформа ции (ковка и прокатка) и после закалки горячедеформированного металла от температур 800—1150 °C. Результаты сопоставлены с литературными данными измерений твердости российских и зарубежных сталей системы Fe-13%Cr-С(0,14—0,5%) после закалки от температур в указан ном диапазоне, известными диаграммами Fe-13%Cr-C(0,1 и 0,2%). Сделана оценка размера зерна при нагревах под закалку во взаимосвязи с фактором растворения частиц избыточных фаз при нагревах. В том числе при анализе использованы данные, ранее полученные авторами методом дифференциальной сканирующей калориметрии, о процессах, протекающих в этих сталях при нагреве. Показана роль азота в изученных сталях для расширения высокотемпературной обла сти существования аустенита. Выявлено влияние легирования ванадием и дополнительного (к ванадию) легирования ниобием на интенсивность упрочнения сталей с 13%Cr и сдерживание роста зерна.
Metally. 2024;(3):21-31
21-31
ISSLEDOVANIE STRUKTURY I MIKROTVERDOSTI PLAZMENNOGO POKRYTIYa IZ AUSTENITNOY STALI POSLE FRIKTsIONNOY OBRABOTKI
摘要
Исследованы изменения микроструктуры и микротвердости плазменного покрытия из аустенитной стали Fe-23,7Cr-11,9Mn-3,2Ni-0,57C-0,52Si на цилиндрической стальной подложке после фрикционной обработки (ФО) двумя инструментами из быстрорежущей стали Р18М5 при давлении 30 МПа, сдвиговых напряжениях 4 МПа и температуре до 1225 °C. Операцию ФО выполнили при вращении образца с покрытием и дополнительном перемещении инструментов вдоль образующей подложки. Мощность процесса ФО характеризуется сдвигающим усилием инструментов на покрытие и линейной скоростью подложки с покрытием при ее вращении. Максимальная температура покрытия определяется отношением выполненной работы к обработанной площади покрытия. При повышенном термосиловом воздействии инструментов на покрытие и на его границу с подложкой в результате пластической деформации формируются полосы, разрушающие исходную структуру покрытия в состоянии после напыления, с дроблением оксидов на поверхности напыленных частиц. Окисление поверхности покрытия при ФО с одновременным его деформированием приводит к формированию слоев, в которых содержится до 29 об.% равномерно распределенных оксидов округлой формы. Микротвердость покрытия после ФО повышается с 2,95 до 6,1 ГПа в результате уплотнения материала покрытия и сваривания напыленных частиц между собой.
Metally. 2024;(3):32-42
32-42
STRUKTURA I KORROZIONNOE POVEDENIE SVARNYKh SOEDINENIY LITOY Cr-Ni-Mo-N-STALI, POLUChENNYKh SVARKOY S NIZKOY POGONNOY ENERGIEY S ISPOL'ZOVANIEM VYSOKOAZOTISTOY SVAROChNOY PROVOLOKI
摘要
Проведено исследование сварных соединений, изготовленных из пластин толщиной 20 мм литой аустенитной Cr-Ni-Mo-N-стали c высоким содержанием азота (~0,6 мас.%), полученных дуговой сваркой с низкой погонной энергией в защитной среде аргона. По разработанной техно логии сварки получены качественные бездефектные сварные соединения. Показана возможность сохранения при сварке по использованной технологии с низкой погонной энергией сварки высо кого (0,58 мас.%) содержания азота в металле сварного шва. Полученные сварные соединения характеризовались аустенитной структурой металла шва с минимальным количеством отдель ных частиц δ-феррита; в металле шва и околошовной зоне отсутствовали цепочки нитридов по границам зерен. Благодаря этому при испытаниях на электрохимическую коррозию в 3,5%-ном растворе NaCl сварные соединения проявили высокую устойчивость к воздействию данной среды и имели плавную зависимость в координатах плотность тока—потенциал.
Metally. 2024;(3):43-52
43-52
ISSLEDOVANIE STRUKTURY, MEKhANIChESKIKh I KORROZIONNYKh SVOYSTV RAZRABOTANNOY AZOTISTOY BEZNIKELEVOY AUSTENITNOY STALI 20Kh15AG10M2
摘要
Проведены исследования структуры, механических свойств, а также сопротивления питтинговой и межкристаллитной коррозии безникелевой азотистой (0,26 мас.% N) аустенитной стали 20Х15АГ10М2 после горячей деформации и закалки от 1100 °С. Показано, что сталь после данного режима обработки имеет аустенитную структуру, проявляет высокие механические свойства в испытаниях на растяжение. Характеристики относительного удлинения и относительного сужения составили 57 и 62% соответственно. При этом предел прочности σв = 914 МПа, а условный предел текучести σ0,2 = 503 МПа. По результатам электрохимических исследований стойкости против питтинговой коррозии в 3,5%-ном растворе NaCl исследованная сталь находились в устойчиво пассивном состоянии и показала высокое сопротивление образованию питтингов вплоть до потенциала Еb = 270 мВ, значительно более высокого, чем у стали 08Х18Н10Т. Исследование стойкости против межкристаллитной коррозии методом потенциодинамической реактивации показало, что отношение зарядов реактивации и пассивации стали составило 0,028.
Metally. 2024;(3):53-59
53-59
TUGOPLAVKIE INTERMETALLIDY MOLIBDENA, NIOBIYa, KhROMA — OSNOVA NOVYKh ZhAROPROChNYKh KOMPOZITOV (OBZOR)
摘要
Эффективность газотурбинных двигателей (ГТД) напрямую связана с повышением температуры рабочего газа и, следовательно, рабочих температур во всех контурах установки. Интенсивное развитие инженерии ГТД требует разработки жаропрочных конструкционных материалов нового поколения, способных превзойти по жаропрочности современные никелевые суперсплавы. В качестве потенциальных кандидатов рассмотрены современные тугоплавкие интерметаллиды, такие как Nb3Al, Mo3Si, Mo3Al, Nb5Si3, Cr2Ta и др. Несмотря на высокую жаростойкость и жаропрочность, данные фазы обладают низкой трещиностойкостью даже при высоких температурах, в свете чего возникает необходимость в создании композитных структур, таких как интерметаллид + твердый раствор. Проведен сравнительный анализ механических свойств и жаростойкости композиционных структур интерметаллид + металлическая матрица. Более подробно рассмотрена система Cr-Cr2Ta, которая обладает высокой жаростойкостью, что дает предпосылки для создания жаропрочных сплавов нового поколения для замены существующих никелевых суперсплавов. Отмечено, что порошковая металлургия представляет собой конкурентоспособную технологию по сравнению с методами литья. В частности, представлены данные о современном состоянии в области металлотермического синтеза тугоплавких интерметаллидов.
Metally. 2024;(3):60-75
60-75
MEKhANIChESKIE SVOYSTVA I STRUKTURA LITYKh STERZhNEY IZ So-SPLAVA 84KKhSR, POLUChENNYKh ZONNOY PLAVKOY PRI RAZNYKh REZhIMAKh OKhLAZhDENIYa STERZhNYa
摘要
С использованием установленного оптимального режима зонной плавки (ЗП) литого стержня из Со-сплава 84КХСР, обеспечивающего максимальную прочность, получена партия стержней, охлажденных в вакууме, гелии и воде. Проведено исследование структуры и механических свойств материала стержней при трехточечном изгибе и сжатии. Установлено, что при всех принятых режимах охлаждения в стержнях формируется структура одинакового типа, состоящая из продольно ориентированных игольчатых дендритов, плотно упакованных в дисперсной эвтектической матрице. Для всех использованных режимов получены высокие значения прочности при изгибе σв изг = 1970—2220 МПа и сжатии в сж = 2300—2600 МПа. При испытаниях на сжатие установлены экстремально высокие значения упругой деформации ε = 2—3% и низкий модуль упругости Е = 64 ГПа. Общая обратимая деформация по характеру изменения близка к упругой и составляет 5—6%. Излом стержней хрупкий, следы пластической деформации отсутствуют. Отмечены перспективы использования высокопрочных сверхупругих бездефектных околоэвтектических литых стержней, полученных ЗП.
Metally. 2024;(3):76-81
76-81
IZMENENIE STRUKTURY I MIKROTVERDOSTI TANTALA V USLOVIYaKh IMPUL'SNYKh PUChKOVO-PLAZMENNYKh VOZDEYSTVIY RAZNOY INTENSIVNOSTI
摘要
Проведено исследование воздействия импульсных потоков высокотемпературной плазмы и ионов D+ и He+, генерируемых в двух установках Плазменный фокус с энергозапасом Е до ~1 MДж (установка ПФ-1000) и Е ≈ 5 кДж (ПФ «Вихрь»), на листовые образцы из тантала. Определены общие черты и различия в изменении микроструктуры, текстуры и микротвердости их поверхностных слоев после облучения. Выполнено численное моделирование воздействия быстрых ионов D+ и He+ на танталовую мишень в условиях, соответствующих проведенным экспериментам. Расчеты показали, что при облучении в режиме, реализованном на более мощной установке ПФ-1000, за 1 импульс испаряется поверхностный слой ~6 мкм, что превышает глубину проникновения ионов D+ и He+ с энергией 100 кэВ в танталовую мишень (1,1 мкм для D+ и 0,6 мкм для He+). В то же время в более мягком режиме облучения с использованием установки ПФ «Вихрь» толщина испаренного слоя (~0,5 мкм) меньше глубины проникновения ионов. Следствием этого являются более выраженные изменения в микроструктуре после облучения в ПФ «Вихрь»: появление множества кратеров (следов выхода имплантированного газа) и микротрещин, образованию которых способствуют дополнительные напряжения, создаваемые этими газами в тантале, а также термические напряжения, возникающие на стадии охлаждения. Имплантация газовых ионов приводит к увеличению микротвердости поверхностного слоя в образцах, облученных гелием или дейтерием в экспериментах на ПФ «Вихрь», в то время как после облучения дейтерием в установке ПФ-1000 микротвердость или не меняется, или незначительно снижается. В поверхностных слоях облученных образцов формируется текстура, обусловленная направленным теплоотводом при охлаждении и кристаллизации оплавленного слоя. Основной чертой изменений является увеличение интенсивности рефлексов от семейства плоскостей {211}, более выраженное в образцах, облученных в ПФ «Вихрь». Исследовано влияние типа рабочего газа (дейтерия или гелия) на микроструктуру, текстуру и микротвердость поверхностного слоя после облучения образцов тантала в установке ПФ «Вихрь». Заметной разницы в изменениях морфологии поверхности и текстуры при использовании дейтерия или гелия не обнаружено. В то же время микротвердость значительно больше повышается при использовании в качестве рабочего газа гелия, чем при использовании дейтерия.
Metally. 2024;(3):82-93
82-93
VLIYaNIE KRITIChESKOGO PEREGREVA RASPLAVOV NA VID KRISTALLIZATsII
摘要
Методами циклического термического анализа изучены условия перехода от квазиравновес ной кристаллизации (КРК) к неравновесно-взрывной (НРВК) для ряда легкоплавких металлов и сплавов в одинаковых условиях эксперимента. Установлено, что переходы КРК⇆НРВК зависят от соответствующих критических перегревов расплавов. Результаты работы трактуются на базе кластерно-коагуляционной модели кристаллизации.
Metally. 2024;(3):94-97
94-97