Открытый доступ
Доступ предоставлен
Только для подписчиков
№ 5 (2025)
Статьи
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕРМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА СТРУКТУРУ ВЭС AlNiCoFeCr И AlNiCoFeCrCu, ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ ДУГОВОЙ ПЛАВКИ
Аннотация
С помощью методов высокоразрешающей электронной микроскопии и рентгеновской дифракции исследованы фазовый состав и морфологические особенности структуры полученных методом дуговой плавки высокоэнтропийных сплавов (ВЭС) AlNiCoFeCr и AlNiCoFeCrCu эквиативных составах. Исследована структура сплавов после термического воздействия по режиму: нагрев до 1650 °C + последующее охлаждение со скоростью 1 °C/с. Структура пятикомпонентного ВЭС после дуговой плавки представлена твердым раствором из зерен фазы В2 размером ~0,12 m и с микротвердостью ~5 ГПа. После термического воздействия размер зерен фазы В2 увеличивается до ~50 мкм, на их границах зафиксированы две разные по морфологии и химическому составу фазы. Микротвердость сплава уменьшается до ~4,8 ГПа. Структура шестикомпонентного сплава AlNiCoFeCrCu после дуговой плавки микрокристаллическая дендритная. Распределение химических элементов по объему сплава неоднородно. В дендритах преобладает медь. Междендритная область имеет структуру типа видманштеттовой. В слитке реализуются два типа структур: фазы типа В2 (в матричном пространстве) и типа А1 (в дендритах). Микротвердость сплава ~6,5 ГПа. При нагреве сплава до 1650 °C на термограмме ДТА проявляются три происходящих в образце эндогермических процесса. При последующем затвердевании формируется структура с двумя типами дендритов с субструктурой. Дендриты различаются размером, формой и содержанием элементов. В междендритном пространстве, также как и в образце после дуговой плавки, структура типа видманштеттовой, но размеры пластин на порядок больше. При кристаллизации одновременно происходит расслоение в дендритах и в междендритном пространстве с выделением нескольких фаз разных состава и морфологии. Микротвердость сплава уменьшается до ~ 5 ГПа.
Металлы. 2025;(5):5–16
5–16
СТРУКТУРА СПЛАВА Al70Cu30 ПОСЛЕ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ИЗ ЖИДКОЙ ФАЗЫ ПРИ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ ДАВЛЕНИЯХ
Аннотация
Методами металлографического и рентгеноструктурного анализов с применением электронной микроскопии выполнено сравнительное исследование образцов бинарного сплава Al70Cu30, полученных из жидкой фазы при давлении: нормальном и 3–5, 7, 8 и 10 ГПа. Температура расплава перед закалкой 1100 и 1300 °C, скорость охлаждения ~1000 °C/с. В микроструктуре всех полученных образцов выявлены две фазы: α-Al (куб., cF4/1) и Al2Cu (тетр., tI12/2). При затвердевании под давлением 3 и 4 ГПа микроструктура измельчается по сравнению с исходным слитком, полученным при нормальном давлении, изменяется морфология структурных составляющих сплава. Повышение давления от 5 до 8 ГПа приводит к дополнительному измельчению микроструктуры сплава. Кристаллизация происходит с формированием твердых растворов с высоким содержанием меди в алюминии. Давление 10 ГПа способствует формированию квазиэвтектики в сплаве. Выбранные режимы термобарического воздействия приводят к увеличению твердости образцов, что обусловлено измельчением микроструктуры и формированием твердых растворов в сплаве.
Металлы. 2025;(5):17–25
17–25
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РЕЖИМОВ СЕЛЕКТИВНОГО ЛАЗЕРНОГО ПЛАВЛЕНИЯ НА СТРУКТУРУ И МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СПЛАВА Al-Ce-Fe-Ni-Zr
Аннотация
Селективным лазерным плавлением получены образцы сплава Al-Ce-Fe-Ni-Zr при скоростях сканирования 700–1900 мм/с. Структура образцов – эвтектическая (твердый раствор на основе алюминия находится внутри интерметаллидных ячеек). На границе ячеек наблюдается более грубая эвтектическая структура с ячейками большего размера. Микротвердость образцов составила HV0,1 115–170, предел прочности 370–475 МПа, пластичность 10–23%. В образцах наблюдаются остаточные термические напряжения <250 МПа. Увеличение плотности энергии способствовало снижению прочностных характеристик, увеличению пластичности сплава, а также уменьшению остаточных макропапряжений.
Металлы. 2025;(5):26–32
26–32
ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТАВА И СВОЙСТВ ГРАНУЛ СПЛАВА ВТ6, ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ ЦЕНТРОВЕЖНОГО ПЛАЗМЕННОГО РАСПЫЛЕНИЯ
Аннотация
Проведено математическое моделирование движения и охлаждения порошковых частиц сплава ВТ6, получаемых методом центробежного плазменного распыления вращающегося электрода. Расчеты, проведенные для частиц размерами 30, 50 и 70 мкм в защитной среде 90%Не-10%Аг при скорости вращающейся заготовки 25000 мин-1, показали, что расплавленные частицы всех размеров затвердевают на малых расстояниях (~10 см) от заготовки. Скорости охлаждения частиц на начальном участке движения достигают величин порядка 3,6·105–1,5·106 К/с. Временные интервалы кристаллизации частиц (их полное затвердевание) составляют ~0,3–1 мс. Для полученных после разделения трех фракций гранул сплава ВТ6 проведены исследования изменения микроструктуры, микротвердости, химического и фазового составов. Рентгеновским микроанализом на растровом электронном микроскопе установлено равномерное распределение основных элементов в сечениях гранул, а также несущественное различие в элементном составе исследованных фракций, что в целом свидетельствует об однородности полученного порошка. Показано, что структура частиц разных фракций различалась по параметрам кристаллической решетки и состояла из смеси двух твердых растворов, что, вероятно, связано с разницей в скоростях охлаждения и содержаниях легирующих компонентов. Отмечено, что в гранулах после центробежного распыления наблюдается повышенная (по сравнению с исходным слитком) микротвердость, при этом с увеличением среднего размера частиц средние значения микротвердости уменьшались.
Металлы. 2025;(5):33–42
33–42
ОСОБЕННОСТИ УГЛЕКИСЛОТНОЙ КОРРОЗИИ СОВРЕМЕННЫХ ТРУБНЫХ СТАЛЕЙ
Аннотация
Рассмотрены особенности коррозии трубных сталей, содержащих до 17% Cr, в средах, осложненных присутствием углекислого газа. Гравиметрическим методом исследованы основные факторы, влияющие на механизм коррозионных процессов, такие как pH среды (от 3,5 до 7,5), температура (до 150 °C), парциальное давление CO2 (до 17 МПа (170 атм)) и H2S (до 50 кПа (0,5 атм)), количество хлорид-ионов (до 240 г/л). По результатам исследования стали с содержанием хрома <1% не обеспечивают необходимую коррозионную стойкость, влияние увеличения содержания хрома до 3–5% на скорость коррозии в этих условиях слабое, в то время как стали, содержащие 13% Cr и выше, демонстрируют повышенную устойчивость даже в условиях высокой агрессивности среды. Это соответствует изменению состава и характеристик слоев продуктов коррозии на поверхности изделий. Полученные результаты исследований позволяют определить порог применимости материалов, содержащих разное количество хрома, в углекислых средах и могут стать основой для разработки схемы выбора материалов для осложненных условий эксплуатации.
Металлы. 2025;(5):43-51
43-51
ВЛИЯНИЕ НИЗКИХ СОДЕРЖАНИЙ МАРГАНЦА И ФОСФОРА НА ОБЪЕМНЫЕ И ПОВЕРХНОСТНЫЕ СВОЙСТВА РАСПЛАВОВ ЖЕЛЕЗА
Аннотация
В литературе практически отсутствуют данные о совместном влиянии примесей, сопутетвующих процессу дефосфорации, на структурные и физико-химические свойства расплавов железа. Состояния расплава железа в зависимости от состава и соответствующих значений плотности и поверхностного натяжения рассмотрены исходя из условий рафинирования металла от фосфора в присутствии марганца. Влияние этих элементов на структурные и физико-химические свойства расплава оценивали по параметрам плотности и поверхностного натяжения в температурных и концентрационных зависимостях. В расплавах железа с марганцем и фосфором наблюдали компрессионный эффект и отрицательные отклонения от закона Рауля. Обнаружен эффект снижения поверхностного натяжения в расплавах железа, содержащих примеси фосфора и марганца. Добавление марганца в расплав железа имело обратный эффект относительно снижения значений поверхностного натяжения и формирования повышенных значений плотности.
Металлы. 2025;(5):52-60
52-60
КОМПОЗИЦИОННЫЕ ПОКРЫТИЯ Inconel 625/(WC, W2C), СФОРМИРОВАННЫЕ МЕТОДОМ ЛАЗЕРНОЙ НАПЛАВКИ
Аннотация
Проведено исследование фазово-структурного состояния композиционных покрытий Inconel 625/(WC, W2C), синтезированных методом лазерной наплавки. При синтезе экспериментальных покрытий варьировали содержание упрочняющей фазы в интервале от 10 до 50 об. %. Рентгеновским методом показано, что фазовый состав покрытий представлен никелевым твердым раствором и карбидными фазами WC, W2C, η1(Ni3Mo3C) и MoNbC2. С помощью растровой электронной микроскопии и рентгеноспектрального микроанализа в структуре покрытий выявлены сферические частицы исходного карбида вольфрама с зоной вокруг них («ореолом»), обогащенной вольфрамом, углеродом, а также карбидообразующими элементами матрицы (Mo, Nb и Cr), дендриты никелевой матрицы и обогащенное Mo, Nb, Cr и W междендритное пространство частично с эвтектической структурой, а частично с избыточными выделениями. Установлено, что параметр кристаллической решетки никелевого твердого раствора немонотонно зависит от содержания карбида в покрытии: максимальное его значение наблюдается при 30 об. % карбида вольфрама. Показано, что основным механизмом упрочнения матрицы покрытия является дисперсионный за счет выделения фазы η1(Ni3Mo3C).
Металлы. 2025;(5):61-69
61-69
ОПЫТ ПОЛУЧЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ СВС-ЛИГАТУР НА ОСНОВЕ НИТРИДОВ ХРОМА ДЛЯ ВЫПЛАВКИ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ
Аннотация
Выполнен краткий обзор текущего мирового производства нержавеющих сталей. Показано, что в Китае – ведущем производителе нержавеющей стали – доля выплавки азотсодержащего нержавеющего металла в 2023 г. превысила 30% и составила 11,5 млн. т. Для легирования таких сталей азотом традиционно используются легирующие сплавы на основе нитридов хрома – азотированный металлический хром и азотированный феррохром. В работе представлен опыт получения на базе метода самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС-метод) низкоуглеродистых лигатур на основе хрома с повышенным содержанием азота. Предложена конструкция специального проточного СВС-реактора и разработана технология азотирования в нем алюмотермических порошков хрома и феррохрома с размером частиц до 400 мкм в токе реагирующего газа. В результате проведенных экспериментов показана принципиальная возможность азотирования указанных лигатур в режиме спутного горения и установлены зависимости скорости синтеза и концентрации азота в продуктах горения от расхода и давления реагирующего газа. Проведены испытания синтезированного высокоазотистого феррохрома при экспериментальной выплавке дуплексной стали UNS S32750 (Super Duplex 25Cr) в условиях Златоустовского металлургического завода. Результаты опытно-промышленных плавок металла показали, что разработанный легирующий материал обеспечивает стабильную концентрацию азота в металле в пределах 0,28–0,30 мас. % при фактическом усвоении азота стальным расплавом 82–86 %.
Металлы. 2025;(5):70-77
70-77
ПОЛУЧЕНИЕ ПОРОШКОВ СИСТЕМЫ W-Y2O3 С ЧАСТИЦАМИ СФЕРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ И СУБМИКРОРАЗМЕРНОЙ ВНУТРЕННЕЙ СТРУКТУРОЙ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЛАЗМЫ
Аннотация
Представлены результаты исследования процесса получения сфероидизированных порошков системы W-Y2O3 фракции 5–50 мкм, для которых характерны субмикроразмерные зерна вольфрама и равномерное распределение оксида игтрин. Порошки получены при использовании подхода, включающего последовательные стадии плазмохимического синтеза нанопорошков системы W-Y2O3, грануляции нанопорошков методом распылительной сушки и плазменной сфероидизации полученных микрогранул. Установлены закономерности формирования композитных нанопорошков W-Y2O3 с содержанием оксида игтрин в диапазоне от 0,3 до 5,0 мас.% в потоке азотно-водородной плазмы. Определены параметры и условия проведения плазмохимического синтеза, при которых достигается полное превращение исходных реагентов в целевые продукты (W и Y2O3) с равномерным распределением оксида игтрин в синтезируемых нанопорошках. Определены условия подготовки устойчивых суспензий на основе нанопорошков системы W-Y2O3 и проведения процесса их распылительной сушки, обеспечивающие формирование преимущественно округлых нанопорошковых микрогранул фракции -60 мкм с максимальными выходом и производительностью. Установлено влияние параметров плазменной обработки на степень сфероидизации, внутреннюю структуру, насыпную плотность и текучесть микрогранул, а также определены возможные диапазоны изменения этих характеристик. Доказано, что равномерность распределения оксида игтрин в порошковых материалах обеспечивается на всех стадиях получения сфероидизированных микрочастиц системы W-Y2O3 – от плазмохимического синтеза нанопорошков до обработки микрогранул в потоке электродуговой термической плазмы. Продемонстрирована возможность значительного рафинирования обрабатываемых микрогранул по газовым примесям (O, N, H, C) в процессе плазменной обработки.
Металлы. 2025;(5):78-90
78-90
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЖИДКОГО ШЛАКА СИСТЕМЫ CaO-Al2O3-SiO2-MgO С ОГНЕУПОРНОЙ КЕРАМИКОЙ НА ОСНОВЕ Al2O3
Аннотация
Метод лежащей капли использован для исследования взаимодействия жидкого шлака системы CaO-Al2O3-SiO2-MgO с огнеупорным материалом на базе Al2O3. Показано снижение значений краевого угла смачивания до 15° в первые 10 мин опыта и последующее уменьшение его значений до 6° в течение 110 мин. Исследована микроструктура и проведено элементов картирование границ поперечных орезов шлака и керамики. На границах зерен оксида алюминия в огнеупорном материале обнаружено образование фазы, соответствующей соединению CaAl12O19. Его доля в исходной керамике составила ~9 мас.%, в то время как в керамике после опыта ~25 мас.%, что указывает на химическое взаимодействие шлака с огнеупором. Зафиксировано проникновение шлака в глубь керамической подложки в центральной области взаимодействия.
Металлы. 2025;(5):91-98
91-98