Влияние давления на структуру слоя контактного взаимодействия сплавов систем Co–Fе–WC, Co–Fе–TaC и Co–Fе–NbC с графитом
Special features of the influence of W, Ta and Nb on the interaction between the Co–Fe alloy and graphite at Т = 1600 K and pressure of 4–5 GPа have been studied. It is shown that a pressure increase up to 5 GPа changes the pattern of the influence of W, Ta and Nb on the structure of the contact...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
|---|---|
| Дата: | 2009 |
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
2009
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/20948 |
| 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 давления на структуру слоя контактного взаимодействия сплавов систем Co–Fе–WC, Co–Fе–TaC и Co–Fе–NbC с графитом / А.И. Боримский, В.Г. Делеви, П.А. Нагорный, Т.Ю. Чипенко // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2009. — Вип. 12. — С. 175-179. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859984206606630912 |
|---|---|
| author | Боримский, А.И. Делеви, В.Г. Нагорный, П.А. Чипенко, Т.Ю. |
| author_facet | Боримский, А.И. Делеви, В.Г. Нагорный, П.А. Чипенко, Т.Ю. |
| citation_txt | Влияние давления на структуру слоя контактного взаимодействия сплавов систем Co–Fе–WC, Co–Fе–TaC и Co–Fе–NbC с графитом / А.И. Боримский, В.Г. Делеви, П.А. Нагорный, Т.Ю. Чипенко // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2009. — Вип. 12. — С. 175-179. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
| description | Special features of the influence of W, Ta and Nb on the interaction between the Co–Fe alloy and graphite at Т = 1600 K and pressure of 4–5 GPа have been studied. It is shown that a pressure increase up to 5 GPа changes the pattern of the influence of W, Ta and Nb on the structure of
the contact melting layer changing it from stable state (solid solution + graphite) to metastable
state (solid solution + Ме3С carbide).
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:28:12Z |
| format | Article |
| fulltext |
РАЗДЕЛ 2. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ, КОНСТРУКЦИОННЫЕ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
НА ОСНОВЕ АЛМАЗА И КУБИЧЕСКОГО НИТРИДА БОРА
175
3. Corrigan F. R., Bandy F. P. Direct transitions among the allotropic forms of boron nitride at
high pressure and temperatures // J. Chem. Phys. – 1975. – V. 63. – N 9. – P. 3812–3820.
4. Бурдина К. П. Химические аспекты синтеза кубического нитрида бора: Авторефер.
дис. … д-ра хим. наук / МГУ им. М. В. Ломоносова. – М., 2000. – 78 с.
5. Пат. 65367 А Україна, МПК7 С10В21/06, С01В31/06. Спосіб отримання кубічного ніт-
риду бору / О. І. Боримський, М. В. Новіков, І. О. Боримський. – Заявл. 18.07.03;
Опубл. 15.03.04; Бюл. № 3.
6. Боримский И. А., Квасница В. Н., Шульженко А. А. Синтез и морфология кристаллов
кубического нитрида бора, полученных с применением дополнительных центров кри-
сталлизации // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техни-
ка и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. – К.: ИСМ им.
В. Н. Бакуля НАН Украины, 2007. –Вып. 10. – С. 347–353.
7. Пат. 5087 Україна, МПК2 В 01 J 3/06. Пристрій для створення високого тиску і висо-
кої температури / О. Й. Пріхна, О. І. Боримський, П. А. Нагорний. – Опубл. 28.12.94;
Бюл. № 7-1.
8. Пат. 4580 Україна, МПК5 С 01 В 21/064. Спосіб приготування шихти для одержання
порошків кубічного нітриду бору / О. І. Боримський, В. М. Давіденко, В. С. Лисанов
та ін. – Опубл. 28.12.94; Бюл. № 7-1.
9. Сверхтвердые материалы. Получение и применение: В 6 т. / Под общ. ред. Н. В. Но-
викова. – К.: ИСМ им. В. Н. Бакуля, ИПЦ «АЛКОН» НАНУ / 2003. – Т. 1. Синтез ал-
маза и подобных материалов. – 320 с.
10. Диаграмма состояния системы магний-углерод при давлении 7,7 ГПа / Шульженко А.
А., Игнатьева И. Ю, Белявина Н. Н., Белоусов И. С. // Сверхтвердые матер. – 1988. –
№ 6. – С. 3–5.
Поступила 10.06.09
УДК 669.017.14:539.89
А. И. Боримский; В. Г. Делеви, П. А. Нагорный, кандидаты технических наук,
Т. Ю. Чипенко
Институт сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля НАН Украины, г. Киев
ВЛИЯНИЕ ДАВЛЕНИЯ НА СТРУКТУРУ СЛОЯ КОНТАКТНОГО
ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СПЛАВОВ систем Co–Fе–WC, Co–Fе–TaC
И Co–Fе–NbC С ГРАФИТОМ
Special features of the influence of W, Ta and Nb on the interaction between the Co–Fe al-
loy and graphite at Т = 1600 K and pressure of 4–5 GPа have been studied. It is shown that a pres-
sure increase up to 5 GPа changes the pattern of the influence of W, Ta and Nb on the structure of
the contact melting layer changing it from stable state (solid solution + graphite) to metastable
state (solid solution + Ме3С carbide).
Введение
Эффективность синтеза алмаза при использовании растворителей углерода на основе
сплавов системы Co–Fe существенно увеличивается при введении в их состав хрома [1]. По-
следний является карбидообразующим элементом, который в сплавах системы Ме VIIIа ГР – С
стабилизирует карбиды типа Ме3С, переводя сплавы из стабильного (твердый раствор + гра-
Выпуск 12. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
176
фит) в метастабильное (твердый раствор + Ме3С) состояние. При этом снижается температу-
ра плавления эвтектики и увеличивается коэффициент диффузии углерода в расплаве, что
способствует повышению технико-экономических показателей процессов синтеза алмаза.
Указанный эффект наблюдается как при атмосферном, так и при высоком давлении, в
связи с чем хром считается стабилизатором карбидов типа Ме3С.
Менее изучено влияние на рассматриваемый процесс добавок в сплавы тяжелых кар-
бидообразующих элементов, таких как W, Ta и Nb. Указанные элементы отличаются высо-
кой энтальпией образования монокарбидов (WC, TaC, NbC) [2]. Однако их влияние на обра-
зование карбида Ме3С в системах Ме VIIIа ГР – С при атмосферном давлении не описано.
Ранее изучали контактное взаимодействие сплава системы Co–Fe (Co:Fe = 7:3) с до-
бавками W, Ta и Nb с графитом при давлении 4,75 ГПа и температуре Т = 1600 К [3]. Пока-
зано, что в указанных р, Т-условиях карбиды W, Ta и Nb не существенно влияют на форми-
рование структуры области контактного взаимодействия сплавов с графитом. Образующийся
слой контактного плавления по структуре идентичен слою, формирующемуся на границе
контакта сплавов системы Co–Fe с графитом. При этом карбиды металлов W, Ta и Nb, не-
смотря на их растворение в расплаве (содержание этих элементов в твердом растворе после
затвердевания составляло 1–2 % (по массе)), являются, по существу, инертными добавка-
ми.
В сплавах систем Fe–Si–C и Fe–Al–C при высоком давлении происходят выклинива-
ние графитного ликвидуса и переход сплавов из стабильного состояния в метастабильное
(Ме + графит Ме + карбид Ме3С) [4]. Алюминий и кремний в указанных случаях не явля-
ются карбидообразующими элементами (рис. 1). По-видимому, карбидообразующие элемен-
ты, не изменяя, в принципе, характера диаграммы состояния, изменяют положение точек и
линий в зависимости от давления.
Такую же стабилизацию карбидов типа Ме3С наблюдали в сплавах системы Ме VIIIа ГР
– С при достижении определенного порогового давления [5].
Карбидообразующие элементы различаются пороговым давлением. Например, хром в
сплавах системы Co–Fe–С стабилизирует карбид Ме3С при атмосферном давлении. В то же
время, как показали исследования [3], в сплавах системы Co–Fe–С карбидообразующие эле-
менты, такие как W, Ta и Nb, характеризуют высокой энтальпией образования монокарби-
дов, при давлении до 4,75 ГПа не приводят к стабилизации карбидов типа Ме3С.
а б
Рис. 1. Вычисленные проекции линий попарных пересечений цементитного, графитного, ал-
мазного и аустенитного ликвидусов на плоскость концентрационного треугольника систе-
мы Fe–C–Al при давлении 30 кбар (а) и 60 кбар (б). Линия FE – аустенитно-графитная эв-
тектика при р= 1 атм [4]
РАЗДЕЛ 2. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ, КОНСТРУКЦИОННЫЕ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
НА ОСНОВЕ АЛМАЗА И КУБИЧЕСКОГО НИТРИДА БОРА
177
Цель настоящей работы – определить пороговые значения давления, необходимого
для перевода сплавов системы Co–Fe–МеС, где Ме – W, Ta, Nb с соотношением Co:Fe = 7:3
(по массе) в метастабильное состояние.
Методика экспериментов
Для проведения исследований использовали образцы, изготовленные методом порош-
ковой металлургии из сплавов системы Co–Fe–МеС, где Ме – W, Ta, Nb с соотношением
Co:Fe = 7:3 (по массе). Содержание карбидов тантала и ниобия в сплавах составляло 6 и 12 %
(по массе), а карбида вольфрама – 20 и 40 % (по массе).
Предварительно спрессованные из порошковых смесей выбранного состава цилинд-
рические заготовки диаметром 9 мм и высотой 4 мм спекали в атмосфере осушенного водо-
рода при температуре 1343 К. Затем образцы подвергали р, Т-обработке в реакционной ячей-
ке аппарата высокого давления (АВД) [6].
В каждом эксперименте в реакционной ячейке АВД (рис. 2) одновременно устанавли-
вали по 2 исследуемых образца, один из которых служил эталоном, что позволяло сравни-
вать взаимодействие исследовавшихся сплавов с графитом при одинаковых р, Т, -условиях.
Рис. 2. Схема реакционной ячейки АВД: 1, 2 – исследуемые образцы; 3 – диски из графита; 4
– изоляционная втулка; 5 – пробки из NaCl; 6 – трубчатый нагреватель; 7 – промежуточ-
ная втулка; 8 – контейнер; 9 – токоподводы; 10 – диски из графита; 11 – торцовые шайбы
Реакционную ячейку в сборе с образцами помещали в АВД, после чего в ячейке соз-
давалось высокое давление (4, 4,75 и 5 ГПа), а затем ячейка нагревали до 1600 К в течение
300 с.
Образцы исследовались методами металлографии, растрово-электронной микроско-
пии, микрорентгеноспектрального и фазового рентгеноструктурного анализов.
Результаты
Эксперименты по взаимодействию образцов, изготовленных из указанных сплавов, с
графитом при давлениях 4 и 4,75 ГПа не обнаружили существенных различий микрострук-
туры и фазового состава в слоях контактного взаимодействия сплав-графит (рис. 3).
Рис. 3. Общий вид змейковидного графита в слое контактного плавления, образовавшемся
на границе сплава системы Co–Fe–WC с графитом, 500
Выпуск 12. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
178
Повышение давления до 5 ГПа привело к качественному изменению структуры и фа-
зового состава зоны контактного взаимодействия.
Так, независимо от состава и концентрации карбидов WC, TaC или NbC, вводившихся
в сплавы системы Co–Fe, формировали слои контактного плавления, идентичные по струк-
туре слоям, которые образовывались на границе сплавов системы Co–Fe–Cr с графитом. В
слоях отсутствовал графит, и они состояли из эвтектики твердый раствор + карбид Ме3С.
Единственное их отличие от сплавов, содержащих в составе хром, состояло в наличии в сло-
ях контактного плавления нерастворившихся первичных монокарбидов WC, TaC или NbC
(рис. 4, 5).
Рис. 4. Микроструктура слоя контактного плавления, образовавшегося на границе сплав
системы Co–Fe–ТаС–графит при давлении 5 ГПа, 500
Рис. 5. Первичные карбиды WC (светлые) в слое контактного плавления, образовавшемся на
границе сплав системы Fe–Co–WC –графит при давлении 5 ГПа
(снимок в отраженных электронах)
В исследуемых образцах, содержащих карбиды WC, TaC или NbC, как и в образцах,
содержащих хром, структура слоя контактного плавления соответствовала горизонтальному
разрезу метастабильной диаграммы состояния системы Fe–C. Характерно, что в слое кон-
тактного плавления, как и при введении хрома, наблюдался сдвиг эвтектической точки в сто-
рону меньших концентраций углерода, и увеличивалась доля заэвтектической области.
Сохранившиеся зерна первичных карбидов WC, TaC или NbC равномерно распреде-
лялись в слое контактного плавления. В образцах, полученных при давлении 5 ГПа, в отли-
чие от образцов, полученных при давлении 4,75 ГПа, исходная форма частиц карбидов не
сохранялась. Форма границы этих частиц с твердым раствором указывала на более интен-
сивное, чем при давлении 4,75 ГПа, их растворение в расплаве (см. рис. 5).
По данным микрорентгеноспектрального анализа, повышение давления до 5 ГПа уве-
личивало до 3–5 % (по массе) растворимость W, Nb и Ta в твердом растворе. Однако это
практически не отражалось на поверхностной активности расплавов к углероду. В результате
интрузия расплавов в графит при давлении 4 и 5 ГПа была практически одинаковой.
РАЗДЕЛ 2. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ, КОНСТРУКЦИОННЫЕ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
НА ОСНОВЕ АЛМАЗА И КУБИЧЕСКОГО НИТРИДА БОРА
179
Выводы
Карбидообразующие элементы W, Ta и Nb, характеризующиеся высокой (более 100
кДж/моль) энтальпией образования монокарбидов, при давлении 5 ГПа стабилизируют
карбиды типа Ме3С в сплавах системы Co–Fe–C и переводят сплавы в метастабильное со-
стояние.
Литература
1. Влияние концентрации хрома на синтез алмазов в системе Fe–Co–Cr–C / А. И. Борим-
ский, В. Г. Делеви, П. А. Нагорный, Т. Ю. Чипенко // Синтез, спекание и свойства
сверхтвердых материалов. Сер. Материаловедение: Сб. науч. тр. – К.: ИСМ им. В. Н.
Бакуля НАН Украины, 2000. – С. 39–48.
2. Смитлз К. Дж. Металлы: Справоч. изд.: Пер. с англ. – М.: Металлургия, 1980. – 448 с.
3. Влияние легирования сплавов системы Co–Fe карбидами TaC, NbC и WC на их взаи-
модействие с графитом при нагреве под высоким давлением / А. И. Боримский,
П. А. Нагорный, В. Г. Делеви и др. // Породоразрушающий и металлообрабатываю-
щий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр.
– К.: ИСМ им. В. Н. Бакуля НАН Украины, 2006. – Вып. 9. – С. 278–285.
4. Каменецкая Д. С., Корсунская И. А., Литвин Ю. А. Влияние графитизирующих эле-
ментов на равновесие с расплавом в системе железо–углерод при высоких давлениях
// ФММ. – 1978. – Т. 45. – Вып. 3. – С. 569–579.
5. Экспериментальное исследование фазовых равновесий в системе Co–Fe–C при высо-
ких давлениях / Ю. А. Кочержинский, О. Г. Кулик, В. З. Туркевич, В. И. Василенко //
Сверхтв. материалы. – 1994. – № 3. – С. 6–11.
6. Сверхтвердые материалы. Получение и применение: Моногр.: В 6 т. / Под общ. ред.
Н. В. Новикова. – К.: ИСМ им. В. Н. Бакуля, ИПЦ “АЛКОН” НАН Украины, 2003. –
Т. 1: Синтез алмаза и подобных материалов / Отв. ред. А. А. Шульженко. – 320 с.
Поступила 24.06.09
УДК 539.89:66.083
А. П. Чепугов1, В. В. Лысаковский1, М. А. Серга1, кандидаты технических наук,
С.А. Ивахненко1, д-р. техн. наук, В. В. Калаев2, С. Е. Демина2, кандидаты физико-
математических наук
1 Институт сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля НАН Украины, г. Киев
2 ООО «Софт-Инпакт», С. Петербург, Россия
ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ НА МАССОПЕРЕНОС
УГЛЕРОДА В МЕТАЛЛЕ-РАСТВОРИТЕЛЕ ПРИ ВЫРАЩИВАНИИ
МОНОКРИСТАЛЛОВ АЛМАЗА МЕТОДОМ ТЕМПЕРАТУРНОГО
ГРАДИЕНТА
In this paper we examined the influence of electromagnetic fields created by resistive ele-
ments of the assembly to the temperature fields distribution in the metal-solvent. The AC used to
heat leads to a Lorentz force impacting to the motion of carbon particles in the reaction container
cell volume. To evaluate influence of theelectromagnetic field to the mass transfer of carbon we
considered a few examples of a tension of electromagnetic field creating by using different ratios of
electrical resistive elements. A computer simulation of the temperature fields distribution and the
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-20948 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | XXXX-0065 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:28:12Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Боримский, А.И. Делеви, В.Г. Нагорный, П.А. Чипенко, Т.Ю. 2011-06-13T06:12:45Z 2011-06-13T06:12:45Z 2009 Влияние давления на структуру слоя контактного взаимодействия сплавов систем Co–Fе–WC, Co–Fе–TaC и Co–Fе–NbC с графитом / А.И. Боримский, В.Г. Делеви, П.А. Нагорный, Т.Ю. Чипенко // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2009. — Вип. 12. — С. 175-179. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. XXXX-0065 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/20948 669.017.14:539.89 Special features of the influence of W, Ta and Nb on the interaction between the Co–Fe alloy and graphite at Т = 1600 K and pressure of 4–5 GPа have been studied. It is shown that a pressure increase up to 5 GPа changes the pattern of the influence of W, Ta and Nb on the structure of the contact melting layer changing it from stable state (solid solution + graphite) to metastable state (solid solution + Ме3С carbide). ru Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения Инструментальные, конструкционные и функциональные материалы на основе алмаза и кубического нитрида бора Влияние давления на структуру слоя контактного взаимодействия сплавов систем Co–Fе–WC, Co–Fе–TaC и Co–Fе–NbC с графитом Article published earlier |
| spellingShingle | Влияние давления на структуру слоя контактного взаимодействия сплавов систем Co–Fе–WC, Co–Fе–TaC и Co–Fе–NbC с графитом Боримский, А.И. Делеви, В.Г. Нагорный, П.А. Чипенко, Т.Ю. Инструментальные, конструкционные и функциональные материалы на основе алмаза и кубического нитрида бора |
| title | Влияние давления на структуру слоя контактного взаимодействия сплавов систем Co–Fе–WC, Co–Fе–TaC и Co–Fе–NbC с графитом |
| title_full | Влияние давления на структуру слоя контактного взаимодействия сплавов систем Co–Fе–WC, Co–Fе–TaC и Co–Fе–NbC с графитом |
| title_fullStr | Влияние давления на структуру слоя контактного взаимодействия сплавов систем Co–Fе–WC, Co–Fе–TaC и Co–Fе–NbC с графитом |
| title_full_unstemmed | Влияние давления на структуру слоя контактного взаимодействия сплавов систем Co–Fе–WC, Co–Fе–TaC и Co–Fе–NbC с графитом |
| title_short | Влияние давления на структуру слоя контактного взаимодействия сплавов систем Co–Fе–WC, Co–Fе–TaC и Co–Fе–NbC с графитом |
| title_sort | влияние давления на структуру слоя контактного взаимодействия сплавов систем co–fе–wc, co–fе–tac и co–fе–nbc с графитом |
| topic | Инструментальные, конструкционные и функциональные материалы на основе алмаза и кубического нитрида бора |
| topic_facet | Инструментальные, конструкционные и функциональные материалы на основе алмаза и кубического нитрида бора |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/20948 |
| work_keys_str_mv | AT borimskiiai vliâniedavleniânastrukturusloâkontaktnogovzaimodeistviâsplavovsistemcofewccofetacicofenbcsgrafitom AT delevivg vliâniedavleniânastrukturusloâkontaktnogovzaimodeistviâsplavovsistemcofewccofetacicofenbcsgrafitom AT nagornyipa vliâniedavleniânastrukturusloâkontaktnogovzaimodeistviâsplavovsistemcofewccofetacicofenbcsgrafitom AT čipenkotû vliâniedavleniânastrukturusloâkontaktnogovzaimodeistviâsplavovsistemcofewccofetacicofenbcsgrafitom |