Вплив Ti, Al, Si на структуру та механічні властивості високобористих сплавів Fe–B–C
Анотація
Досліджено вплив заміщення Fe у високобористих сплавах Fe–B–C, що містять 10,0–14,0 % B; 0,1–1,2 % C; Fe – залишок, 5,0 % Ti, Al чи Si (у ваг. %) із застосуванням методів оптичної мікроскопії, рентгеноструктурного аналізу, сканувальної електронної мікроскопії та рентгеноспектрального мікроаналізу. Механічні властивості, а саме мікротвердість та коефіцієнт тріщиностійкості, вимірювали на приладі Віккерса. Мікроструктура базових сплавів Fe–B–C, охолоджених зі швидкістю 10 та 103 K/c, складається з первинних дендритів твердого розчину Fe(B,C) та кристалів Fe2(B,C). Встановлено, що титан має найнижчу розчинність у структурних складових сплавів Fe–B–C, причому Ti переважно розчиняється в решітці фази Fe(B,C), займаючи в ній позиції Fe. Показано, що цей елемент, в основному, бере участь в утворенні вторинних фаз, ідентифікованих як TiC, які спостерігаються в структурі у вигляді виділень по границям фази Fe2(B,C). Титан незначно підвищує мікротвердість і знижує коефіцієнт тріщиностійкості високобористих сплавів Fe–B–C завдяки твердо-розчинному зміцненню дендритів Fe(B,C) та виділенню вторинних фаз. Розчинність Al та Si в фазах Fe(B,C) та Fe2(B,C), а також кількість вторинних фаз, що утворюються в структурі, свідчать про більшу розчинність Al та Si у структурних складових порівняно з Ti. Ці елементи переважно розчиняються в кристалічній решітці фази Fe2(B,C), заміщуючи атоми заліза, а також утворюють по її границях сполуки AlB12C та SiC відповідно. Додавання Al та Si до високобористих сплавів Fe–B–C незначно зменшує мікротвердість і збільшує коефіцієнт тріщиностійкості структурних складових. Підвищення швидкості охолодження з 10 до 103 K/с не викликає суттєвої зміни характеру розчинності досліджених легуючих елементів у високобористих сплавах Fe–B–C. Охолодження з більшою швидкістю забезпечує зростання мікротвердості та коефіцієнта тріщиностійкості структурних складових, середні розміри яких стають значно меншими. Вплив легуючих елементів на структуру та механічні властивості досліджених високобористих сплавів Fe–B–C пояснено різницею атомних радіусів та електронної структури розчинених атомів Ti, Al, Si.
Завантаження
Посилання
V.V. Shyrokov, Kh.B. Vasyliv, Z.A. Duryahina, H.V. Laz’ko, and N.B. Rats’ka, Mater. Sci. 45(4), 473-480 (2009), https://doi.org/10.1007/s11003-010-9204-5.
S.I. Ryabtsev, V.А. Polonskyy, and О.V. Sukhova, Powder Metall. Met. Ceram. 58(9-10), 567-575 (2020), https://doi.org/10.1007/s11106-020-00111-2.
O.V. Sukhova, V.A. Polonskyy, and K.V. Ustinova, Mater. Sci. 55(2), 285-292 (2019), https://doi.org/10.1007/s11003-019-00302-2.
V.G. Efremenko, Yu.G. Chabak, K. Shimizu, A.G. Lekatou, V.I. Zurnadzhy, A.E. Karantzalis, H. Halfa, V.A. Mazur, and B.V. Efremenko, Mater. Des. 126, 278–290 (2017), https://doi.org/10.1016/j.matdes.2017.04.022.
O.V. Sukhova, V.A. Polonskyy, and K.V. Ustinova, Voprosy Khimii i Khimicheskoi Tekhnologii. 6(121), 77-83 (2018), https://doi.org/10.32434/0321-4095-2018-121-6-77-83. (in Ukrainian)
O.V. Sukhova, J. Superhard Mater. 35(5), 277-283 (2013), https://doi.org/10.3103/S106345761305002X.
N. Pavlenko, N. Shcherbovskikh, and Z.A. Duriagina, EPJ Appl. Phys. 58(1), 10601 (2012), https://doi.org/10.1051/epjap/2012110002.
W. Shenglin, China Weld. 27 (4), 46-51 (2018), https://doi.org/10.12073/j.cw.20180603001.
T. Van Rompaey, K. Hari Kumar, and P. Wollants, J. Alloy Compd. 334(1-2), 173-181 (2002), https://doi.org/10.1016/s0925-8388(01)01777-7.
S. Rades, A. Kornowski, H. Weller, and B. Albert, Chem. Phys. Chem. 12(9), 1756-1760 (2011), https://doi.org/10.1002/cphc.201001072.
V. Homolova, L. Ciripova, and A. Vyrostkova, J. Phase Equilibria Diff. 36(6), 599-605 (2015), https://doi.org/10.1007/s11669-015-0424-0.
O.V. Sukhova, K.V. Ustinova, and Yu.V. Syrovatko, Bull. Dnepropetrovskogo Univ. Fizika. Radioelektronika 21(2), 76-78 (2013).
J. Lentz, A. Röttger, and W. Theisen, Mater. Charact. 135, 192-202 (2018), https://doi.org/10.1016/j.matchar.2017.11.012.
J. Zhang, J. Liu, H. Liao, M. Zeng, and S. Ma, J. Mater. Res. Technol. (2019), https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2019.09.004.
О.V. Sukhova and Yu.V. Syrovatko, Metallofiz. Noveishie Technol. 33(Special Issue), 371-378 (2011). (in Russian)
Z.A. Duriagina, M.R. Romanyshyn, V.V. Kulyk, T.M. Kovbasiuk, A.M. Trostianchyn, and I.A. Lemishka, J. Achiev. Mater. Manuf. 100(2), 49-57 (2020), https://doi.org/10.5604/01.3001.0014.3344.
O.V. Sukhova, Metallofiz. Noveishie Technol. 31(7), 1001-1012 (2009). (in Ukrainian)
I.M. Spiridonova, O.V. Sukhova, and A.P. Vashchenko, Metallofiz. Noveishie Technol. 21(2), 122-125 (1999).
Z. Chen, S. Miao, L. Kong, X. Wei, F. Zhang, and H. Yu, Mater. 13(4), 975 (2020), https://doi.org/0.3390/ma13040975.
L. Rovatti, J.N. Lemke, A. Emami, O. Stejskal, and M. Vedani, J. Mater. Eng. Perform. 24, 4755-4763 (2015), https://doi.org/10.1007/s11665-015-1798-1.
J. Miettinen, V.-V. Visuri, and T. Fabritius, Arch. Metall. Mater. 66(1), 297-304 (2021), https://doi.org/10.24425/amm.2021.134787.
X. Ren, H. Fu, J. Xing, Y. Yang, and S. Tang, J. Mater. Res. 32(16), 304-314 (2017), https://doi.org/10.1557/jmr.2017.304.
O. Kon and U. Sen, Acta Phys. Pol. A 127(4), 1214-1217 (2015), https://doi.org/10.12693/APhysPolA.127.1214.
P. Sang, H. Fu, Y. Qu, C. Wang, and Y. Lei, Materwiss. Werksttech. 46(9), 962-969 (2015) https://doi.org/10.1002/ mawe.201500397.
M.I. Pashechko, K. Dziedzic, and M. Barszcz, Adv. Sci. Technol. Res. 10(31), 194-198 (2016), https://doi.org/10.12913/22998624/64020.
V.V. Yemets, M.M. Dron`, and O.S. Kositsyna, J. Chem. Technol. 27(1), 58-64 (2019), https://doi.org/10.15421/081906.
S. Ma and J. Zhang, Rev. Adv. Mater. Sci. 44, 54-62 (2016).
Z.F. Huang, J.D. Xing, S.Q. Ma, Y.M. Gao, M. Zheng, and L.Q. Sun, Key Eng. Mater. 732, 59-68 (2017), https://doi.org/https://doi.org/10.4028/www.scientific. net/kem.732.59.
T.N. Baker, Ironmak. Steelmak. 46(1), 1-55 (2019), https://doi.org/10.1080/03019233.2018.1446496.
A. Sudo, T. Nishi, N. Shirasu, M. Takano, and M. Kurata, J. Nuclear Sci. Technol. 52(10), 1308-1312 (2015), https://doi.org/10.1080/ 00223131.2015.1016465.
L. Sidney, Alloy Steel: Property and Use, (Scitus Academics LLC, Wilmington, 2016).
X. Huang, W.G. Ischak, H. Fukuyama, T. Fujisawa, and C. Yamauchi, ISIJ Int. 36(9), 1151–1156 (1996), https://doi.org/10.2355/isijinternational.36.1151.
О.V. Sukhova and К.V. Ustinоvа, Funct. Mater. 26(3), 495-506 (2019), https://doi.org/10.15407/fm26.03.495.
K. Niihara, R. Morena, and P.H. Hasselman, J. Mater. Sci. Lett. 1, 13-16 (1982), https://doi.org/10.1007/BF00724706.
С.J. Smithells, Metals Reference Book, (Butterworth and Co., London, Boston, 1976).
G.V. Samsonov, I.F. Pryadko, L.F. Pryadko, Электронная локализация в твердом теле [Electron Localization in Solids], (Nauka, Moscow, 1976), pp. 339. (in Russian)
G. Li and D. Wang, J. Condens. Matter. Phys. 1, 1799-1808 (1989), https://doi.org/10.1088/0953-8984/1/10/002.
Авторське право (c) 2021 Сухова О.В.
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
