Влияние механоактивации на структуру и свойства хромистой карбидостали с добавками карбида бора
Исследовано влияние механоактивации исходных порошков на структуро-образование и свойства спеченной карбидостали Х13М2—Cr₃C₂ с добавками карбида бора. Установлено, что проведение предварительного размола-смешивания приводит к значительному изменению структуры и повышению физико-механических свойств....
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Современные проблемы физического материаловедения |
|---|---|
| Дата: | 2015 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України
2015
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/114563 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Влияние механоактивации на структуру и свойства хромистой карбидостали с добавками карбида бора / Р.В. Яковенко // Современные проблемы физического материаловедения: Сб. научн . тр. — К.: ІПМ НАН України, 2015. — Вип. 24. — С. 94-99. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860202873999065088 |
|---|---|
| author | Яковенко, Р.В. |
| author_facet | Яковенко, Р.В. |
| citation_txt | Влияние механоактивации на структуру и свойства хромистой карбидостали с добавками карбида бора / Р.В. Яковенко // Современные проблемы физического материаловедения: Сб. научн . тр. — К.: ІПМ НАН України, 2015. — Вип. 24. — С. 94-99. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Современные проблемы физического материаловедения |
| description | Исследовано влияние механоактивации исходных порошков на структуро-образование и свойства спеченной карбидостали Х13М2—Cr₃C₂ с добавками карбида бора. Установлено, что проведение предварительного размола-смешивания приводит к значительному изменению структуры и повышению физико-механических свойств.
Досліджено вплив механоактивації вихідних порошків на структуроутворення і властивості спеченої карбідосталі Х13М2—Cr₃C₂ з добавками карбіду бору. Встановлено, що проведення попереднього розмелювання-змішування приводить до значної зміни структури і підвищення фізико-механічних властивостей.
The effect of mechanical activation of the initial powders on the structure and properties of sintered Cr₃C₂ reinforced steels with the addition of boron carbide was investigated. It is found that carrying out preliminary grinding-mixing leads to a significant change in the structure and improve the physical and mechanical properties.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:11:05Z |
| format | Article |
| fulltext |
94
УДК 621.762
Влияние механоактивации на структуру и свойства
хромистой карбидостали с добавками карбида бора
Р. В. Яковенко
Институт проблем материаловедения им. И. Н. Францевича НАН
Украины, Киев, e-mail: yarom1@ukr.net
Исследовано влияние механоактивации исходных порошков на структуро-
образование и свойства спеченной карбидостали Х13М2—Cr3C2 с добавками
карбида бора. Установлено, что проведение предварительного размола-
смешивания приводит к значительному изменению структуры и повышению
физико-механических свойств.
Ключевые слова: карбидосталь, механоактивация, карбид бора, спекание,
структура.
Дисперсные добавки в виде тугоплавких соединений (B4C, Cr3C2, TiB2,
CrB, CrB2 и т. п.) [1—3] широко применяются для получения конструк-
ционных, износо- и коррозионно-стойких и других материалов. Однако
возможности получения износостойких композитов на железной основе
типа Х13М2—Cr3C2—B4С методом порошковой металлургии практически
не исследованы. Цель данной работы — изучить влияние механоактивации
порошковой смеси на микроструктуру и физико-механические свойства
указанного материала.
Изучение диаграмм состояния системы Fe—Cr—Mo—B—C показало
наличие всех двойных систем и отсутствие тройных, за исключением
высокотемпературных пересечений некоторых из них. Установлено также,
что в области с малым содержанием легирующих компонентов наиболее
вероятно образование химических соединений бора с железом и
углеродом (боридов, карбоборидов, бороцементита) и эвтектики на их
основе. Очевидно, что данные о двойных и некоторых тройных
диаграммах состояния системы Fe—Cr—Mo—B—C дают лишь приблизи-
тельное представление о пределах растворимости элементов, наличии их
химических соединений и эвтектики в указанной сложной четверной
системе, однако являются некоторым ориентиром при экспериментальном
исследовании физико-механических свойств и микроструктуры сложных
многокомпонентных сплавов.
Исследовали влияние предварительного размола-смешивания на струк-
турообразование и свойства спеченной карбидостали. Основой выбрана
карбидосталь Х13М2—Cr3C2, которая показала в наших предыдущих
исследованиях [4] высокий уровень физико-механических свойств. Коли-
чество бора, который вводили в указанные сплавы с целью укрепления их
матрицы, составил 1% (мас.). Бор был выбран благодаря его раство-
римости в железной основе, а также с учетом сведений, приведенных в
работе [5] для литых износостойких материалов системы Fe—B—C. Как
эталонные использовали образцы карбидостали Х13М2—Cr3C2 без доба-
вок карбида бора. Всю шихту готовили в смесителе типа "пьяная бочка",
© Р. В. Яковенко, 2015
95
а б
Рис. 1. Плотность (а) и пористость (б) карбидосталей: * — карбидо-
стали, исходные порошки которых поддавались размолу; □ — прес-
сованные; ■ — 1150 оС; ▒ — 1200 оС.
часть смеси измельчали в планетарной мельнице в течение 20 мин.
Образцы прессовали на гидравлическом прессе и спекали при темпе-
ратурах 1150 и 1200 °С в вакууме.
Изучение консолидации образцов из B4C после прессования и
спекания при разных температурах показало, что пористость неспеченных
и эталонных образцов составляет 18—22% (рис. 1). Пористость механо-
активированных образцов после прессования незначительно превышает
таковую для немеханоактивированных, что указывает на негативное
влияние механоактивации на уплотнённость. После высокотемператур-
ного спекания при 1200 °С происходит усадка механоактивированных
материалов (рис. 1).
Начало процесса интенсивного образования карбоборидов наблю-
дается в образцах, спеченных при 1150 °С, у которых основой материалов
является эвтектическая смесь карбоборидов с микротвердостью 17,6—
19,1 ГПа (рис. 2). Микродюрометрические исследования показали, что
предварительный размол шихты приводит к росту микротвердости
твердой составляющей. Микротвердость увеличивается с 14,3 до 17,9 ГПа
у образцов, спеченных при температуре 1150 °С, и с 17,6 до 19,5 ГПа у
образцов, спеченных при температуре 1200 °С (рис. 2, б). Микротвердость
металлической составляющей, наоборот, снизилась — с 5,2 до 3,5 ГПа, у
образцов, полученных при температуре 1150 °С. Это можно объяснить
более низкой плотностью образцов, исходные порошки которых поддава-
лись размолу. Повышение температуры спекания до 1200 °С способствует
интенсификации взаимодействия, микротвердость металлической состав-
ляющей увеличивается от 4,9 до 6,8 ГПа.
а б
Рис. 2. Микротвердость спеченных при 1150 (а) и 1200 °С (б) карбидосталей: * —
карбидостали, которые поддавались размолу; ■ — металлическая фаза; □ — твердая.
% (мас.) В4С % (мас.) В4С
□ прессованные □ прессованные
γ
, г
/с
м
3
% (мас.) В4С % (мас.) В4С
Н
µ
, Г
П
а
Н
µ
, Г
П
а
96
Х13М2—20% (мас.) Cr3C2
а б
Х13М2—Cr3C2—1% (мас.) B4С
в г
Рис. 3. Микроструктуры спеченных (а, в — 1150 °С; б, г — 1200 °С) образцов,
порошки которых не поддавали размолу.
При изучении микроструктуры спеченных материалов установлено,
что введение карбида бора в карбидосталь сопровождается образованием
твердой составляющей, содержание которой не пропорционально
количеству введенных карбидов хрома и бора в шихту (рис. 3). То есть
при спекании проходит интенсивное взаимодействие с образованием
значительного количества карбидов и боридов. Количество твердой фазы
в образцах с 1% (мас.) B4С больше, чем в эталонном образце Х13М2—
20% (мас.) Cr3C2, и составляет около 45% от площади шлифа у образцов,
полученных при 1150 °С, а у образцов, спеченных при 1200 °С, твердая
фаза занимает площадь более 50% (рис. 3, в, г).
Механоактивация исходных смесей оказывает значительное влияние
на микроструктуру. Выявлено, что структура спеченных при 1150 °С
материалов, порошки которых подвергали механоактивации, мелкозернистая
и имеет более выраженную гомогенность, чем в карбидосталях, порошки
которых не подвергали механоактивации (рис. 4). Структура состоит из
металлической основы, в которой равномерно расположена твердая фаза,
представляющая собой совокупность боридов, карбидов и сложных
карбоборидов. При спекании проходит интенсивное взаимодействие с
образованием in situ значительного количества карбидов и боридов, о чем
свидетельствует визуальный осмотр шлифов материалов с карбидом бора.
Рентгеновский спектр спеченных образцов Х13М2—20% (мас.) Cr3C2—
3% (мас.) B4C выявил неравновесное состояние материала, поскольку
10 мкм
10 мкм
10 мкм
10 мкм
97
Х13М2—20% (мас.) Cr3C2
а б
Х13М2—Cr3C2—1% (мас.) B4С
в г
Рис. 4. Микроструктуры спеченных (а, в — 1500 оС ; б, г — 1200 оС) образцов,
порошки которых поддавали размолу.
кристаллическая решетка основной фазы ОЦК характеризуется
существенным искажением (рентгеноструктурный анализ проведен
Мамоновой А. А.).
Установлено, что процесс взаимодействия карбида Cr3C2 со стальной
матрицей происходит при спекании как при 1150, так и при 1200 °С. На
это указывают образования фаз Cr7C3 и Cr23C6. Спекание при температуре
1150 °С смеси Х13М2—20% Cr3C2—3% B4С привело к существенному
изменению фазового состава спеченного материала по сравнению с
начальной смесью. Наличие карбидных фаз на основе карбида Cr3C2
свидетельствует о процессах растворения карбида Cr3C2 в матрице Х13М2,
а наличие боридов — об активном взаимодействии бора не только с
железом, но и с хромом и молибденом. Четко фиксируются следующие
фазы: Cr23C6, Cr7C3, CrB, FeB, Fe2B, Fe3С, MoB.
В предыдущих исследованиях [6] показано, что взаимодействие
карбида хрома со стальной матрицей приводит к образованию сложных
железохромистых карбидов (Cr, Fe)7C3 и (Cr, Fe)23C6. Введение карбида
бора значительно изменяет характер его эволюции. Образование фаз
сложных карбидов (Cr, Fe, Mo)7C3, (Cr, Fe, Mo)23C6 и (Cr, Fe, Mo)3C
обусловлено механизмом растворения Cr3C2 в стальной матрице, а именно
диффузией хрома и углерода в матрицу Х13М2. Высокоактивный бор,
который высвобождается при разложении карбида бора, взаимодействует
с железом и хромом, образовывая бориды, что препятствует формированию
10 мкм 10 мкм
10 мкм 10 мкм
98
а б
Рис. 5. Твердость (а) и прочность при сжатии (б) спеченных при 1150 (■)
и 1200 оС (▒) карбидосталей: * — карбидостали, исходные порошки
которых поддавали размолу.
сложных железохромистых карбидов, потому четко фиксируются карбиды
Cr23C6 и Cr7C3.
Повышение температуры спекания до 1200 °С способствует активному
взаимодействию бора и молибдена с матрицей с образованием твердого
раствора на основе α-Fe. Борид железа представлен фазами Fe2B и FeB.
Фазовый состав практически не изменился, фиксируются фазы: Cr23C6,
Cr7C3, FeB, Fe2B, Fe3C.
Исследовано влияние предварительного размола-смешивания на меха-
нические свойства материала. Так, твердость спеченных образцов, порошки
которых подвергали размолу, более высокая, чем у неразмолотых (рис. 5).
Это объясняется интенсивным взаимодействием между составляющими
при спекании, также влияние оказывает то, что основа легируется бором и
углеродом. Добавки карбида бора также повышают твердость материала,
что объясняется дополнительным образованием карбидов и боридов
in situ. Наивысшую твердость имеют образцы карбидостали с добавками
карбида бора, спеченные при температуре 1200 °С, исходные порошки
которых поддавали механоактивации.
Установлено, что характер зависимости прочности при сжатии
материалов от содержания карбида бора в шихте подобный аналогичным
зависимостям для твердости. Максимальные значения прочности при
сжатии для спеченных образцов достигают 1538 МПа при содержании
карбида бора в шихте 3% (мас.) и температуре спекания 1150 °С. Разру-
шения материалов, спеченных как при 1150, так и при 1200 °С, происходят
по хрупкому механизму, о чем свидетельствует отсутствие предела
пропорциональности.
Выводы
На основании результатов исследования установлено, что
предварительный размол-смешивание значительно влияет на процессы
структурообразования карбидосталей и некоторые свойства. Механоак-
тивация исходных порошков приводит к интенсификации взаимодействия
структурных составляющих, повышению микро- и макротвердости,
увеличению прочности при сжатии. Спекание сопровождается
образованием твердых боридов и карбоборидов железа, равномерно
распределенных в железоуглеродистой основе, легированной бором.
% (мас.) В4С % (мас.) В4С
σ
сж
, М
П
а
99
1. Лякишев Н. П. Борсодержащие стали и сплавы / Н. П. Лякишев, Ю. Л. Плинер,
С. И. Лаппо. — М. : Металлургия, 1986.
2. Самсонов Г. В. Тугоплавкие соединения: (Справ.) / Г. В. Самсонов, И. М. Вин-
ницкий. — М. : Металлургия, 1976. — 557 с.
3. Самсонов Г. В. Бор, его соединения и сплавы / [Г. В. Самсонов, Л. Я. Марков-
ский, А. Ф. Жигач, М. Г. Валяшко]. — Киев, 1960. — 589 с.
4. Яковенко Р. В. Фізико-механічні та трибологічні властивості композиційних
матеріалів на основі корозійно-стійких сталей / [Р. В. Яковенко, В. А. Маслюк,
М. І. Денисенко, А. С. Опальчук] // Металознавство та обробка металів. —
2013. — № 3. — С. 38— 42.
5. Яковенко Р. В. Растворение карбида Cr3C2 в стальной матрице при спекании /
[Р. В. Яковенко, В. А. Маслюк, А. Н. Грипачевский, В. Б. Деймонтович] //
Порошковая металлургия. — 2011. — № 3/4. — С. 75— 83.
6. Спиридонова И. М. Структура и свойства железоборуглеродистых сплавов //
Металловедение и термическая обработка металлов. — 1984. — № 2. —
С. 58— 61.
Вплив механоактивації на структуру і властивості хромистой
карбідосталі з добавками карбіду бору
Р. В. Яковенко
Досліджено вплив механоактивації вихідних порошків на структуроутворення і
властивості спеченої карбідосталі Х13М2—Cr3C2 з добавками карбіду бору.
Встановлено, що проведення попереднього розмелювання-змішування приводить
до значної зміни структури і підвищення фізико-механічних властивостей.
Ключові слова: карбідосталь, механоактивація, карбід бору, спікання,
структура.
Effect of mechanical activation on the structure and properties
of Cr3C2 reinforced steels with the addition of boron carbide
R. V. Yakovenko
The effect of mechanical activation of the initial powders on the structure and
properties of sintered Cr3C2 reinforced steels with the addition of boron carbide was
investigated. It is found that carrying out preliminary grinding-mixing leads to a
significant change in the structure and improve the physical and mechanical properties.
Keywords: Cr3C2 reinforced steels, mechanical activation, boron carbide, sintering,
structure.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-114563 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | XXXX-0073 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:11:05Z |
| publishDate | 2015 |
| publisher | Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Яковенко, Р.В. 2017-03-09T17:32:29Z 2017-03-09T17:32:29Z 2015 Влияние механоактивации на структуру и свойства хромистой карбидостали с добавками карбида бора / Р.В. Яковенко // Современные проблемы физического материаловедения: Сб. научн . тр. — К.: ІПМ НАН України, 2015. — Вип. 24. — С. 94-99. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. XXXX-0073 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/114563 621.762 Исследовано влияние механоактивации исходных порошков на структуро-образование и свойства спеченной карбидостали Х13М2—Cr₃C₂ с добавками карбида бора. Установлено, что проведение предварительного размола-смешивания приводит к значительному изменению структуры и повышению физико-механических свойств. Досліджено вплив механоактивації вихідних порошків на структуроутворення і властивості спеченої карбідосталі Х13М2—Cr₃C₂ з добавками карбіду бору. Встановлено, що проведення попереднього розмелювання-змішування приводить до значної зміни структури і підвищення фізико-механічних властивостей. The effect of mechanical activation of the initial powders on the structure and properties of sintered Cr₃C₂ reinforced steels with the addition of boron carbide was investigated. It is found that carrying out preliminary grinding-mixing leads to a significant change in the structure and improve the physical and mechanical properties. ru Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України Современные проблемы физического материаловедения Влияние механоактивации на структуру и свойства хромистой карбидостали с добавками карбида бора Вплив механоактивації на структуру і властивості хромистой карбідосталі з добавками карбіду бору Effect of mechanical activation on the structure and properties of Cr₃C₂ reinforced steels with the addition of boron carbide Article published earlier |
| spellingShingle | Влияние механоактивации на структуру и свойства хромистой карбидостали с добавками карбида бора Яковенко, Р.В. |
| title | Влияние механоактивации на структуру и свойства хромистой карбидостали с добавками карбида бора |
| title_alt | Вплив механоактивації на структуру і властивості хромистой карбідосталі з добавками карбіду бору Effect of mechanical activation on the structure and properties of Cr₃C₂ reinforced steels with the addition of boron carbide |
| title_full | Влияние механоактивации на структуру и свойства хромистой карбидостали с добавками карбида бора |
| title_fullStr | Влияние механоактивации на структуру и свойства хромистой карбидостали с добавками карбида бора |
| title_full_unstemmed | Влияние механоактивации на структуру и свойства хромистой карбидостали с добавками карбида бора |
| title_short | Влияние механоактивации на структуру и свойства хромистой карбидостали с добавками карбида бора |
| title_sort | влияние механоактивации на структуру и свойства хромистой карбидостали с добавками карбида бора |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/114563 |
| work_keys_str_mv | AT âkovenkorv vliâniemehanoaktivaciinastrukturuisvoistvahromistoikarbidostalisdobavkamikarbidabora AT âkovenkorv vplivmehanoaktivacíínastrukturuívlastivostíhromistoikarbídostalízdobavkamikarbíduboru AT âkovenkorv effectofmechanicalactivationonthestructureandpropertiesofcr3c2reinforcedsteelswiththeadditionofboroncarbide |