Дослідження морфології багатошарових включень в сплавах системи Fe-C-Mn-Si-Ti-Al-N
In this work, the microstructure of the Fe-C-Mn-Si-Ti-Al-N alloy and the structure of multiphase inclusions were studied. To determine the structural state of the alloys, microstructural, X-ray microspectral, and X-ray phase analyzes were used. It should be noted that the lines of the Al2O3 phase in...
Збережено в:
| Дата: | 2023 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Physico-technological Institute of Metals and Alloys
2023
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://www.metalsandcasting.com/index.php/mcu/article/view/31 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Metal and Casting of Ukraine |
Репозитарії
Metal and Casting of Ukraine| _version_ | 1859471906065874944 |
|---|---|
| author | Філоненко, Наталія Бабаченко, Олександр Кононенко, Ганна |
| author_facet | Філоненко, Наталія Бабаченко, Олександр Кононенко, Ганна |
| author_sort | Філоненко, Наталія |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2023-05-21T05:37:07Z |
| description | In this work, the microstructure of the Fe-C-Mn-Si-Ti-Al-N alloy and the structure of multiphase inclusions were studied. To determine the structural state of the alloys, microstructural, X-ray microspectral, and X-ray phase analyzes were used. It should be noted that the lines of the Al2O3 phase in the diffraction pattern are shifted towards larger angles, which can be explained by doping the phase with titanium.
It is shown that after casting, individual multilayer inclusions were found in the alloy structure, which had a size of 1.5–2 μm and were in a solid solution of a-iron. At the center of the multiphase inclusion is aluminum oxide Al2O3 doped with titanium. The inner layer of the inclusion is formed during the crystallization of the alloy – the AlTiO3 phase, around which the phase formed by the peritectic reaction was observed L + (AlTi)2O3 → (Ti0,3 Fe0,2)(N0,3 С0,2). The multilayer inclusion was surrounded by ferrite containing up to 1.0 % (at.) manganese, 1.7 % (at.) silicon, 1.0 % (at.) titanium, and 0.032 % (at.) carbon.
It is known that the thermodynamic functions of phases make it possible to predict the physical and chemical properties of alloys under changing external conditions, such as temperature, pressure, etc. So far, methods for calculating the thermodynamic functions of phases are known, which can be used only under equilibrium conditions and do not take into account fluctuation processes. Therefore, in this work, for the first time, taking into account the contribution of the first step of the approximation of the high-temperature development of the thermodynamic potential, the dependences of the Gibbs energy on the temperature of the Al2O3 and AlTiO3 phases were obtained. A comparison of the Gibbs energies of the Al2O3 and AlTiO3 phases showed that the formation of the AlTiO3 phase is more energetically favorable than that of Al2O3. After subsequent processing – heating to (1533 ± 10) K for 1–2 hours and hot deformation with a degree of deformation of 50 %, the AlTiO3 phase was not detected in the microstructure of the alloy under study, since it is metastable and disappears after subsequent processing. The formation of titanium nitrides TiN was observed in the microstructure of the alloy. |
| first_indexed | 2026-03-12T15:49:58Z |
| format | Article |
| id | oai:oai.metalsandcasting.com:article-31 |
| institution | Metal and Casting of Ukraine |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-03-12T15:49:58Z |
| publishDate | 2023 |
| publisher | Physico-technological Institute of Metals and Alloys |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:oai.metalsandcasting.com:article-312023-05-21T05:37:07Z Study of the morphology of multilayer inclusions in alloys of the Fe-C-Mn-Si-Ti-Al-N system Дослідження морфології багатошарових включень в сплавах системи Fe-C-Mn-Si-Ti-Al-N Філоненко, Наталія Бабаченко, Олександр Кононенко, Ганна Fe-C-Mn-Si-Ti-Al-N system alloy aluminum oxide AlTiO3 phase Gibbs energy сплав системи Fe-C-Mn-Si-Ti-Al-N оксид алюмінію фаза AlTiO3 енергія Гіббса In this work, the microstructure of the Fe-C-Mn-Si-Ti-Al-N alloy and the structure of multiphase inclusions were studied. To determine the structural state of the alloys, microstructural, X-ray microspectral, and X-ray phase analyzes were used. It should be noted that the lines of the Al2O3 phase in the diffraction pattern are shifted towards larger angles, which can be explained by doping the phase with titanium. It is shown that after casting, individual multilayer inclusions were found in the alloy structure, which had a size of 1.5–2 μm and were in a solid solution of a-iron. At the center of the multiphase inclusion is aluminum oxide Al2O3 doped with titanium. The inner layer of the inclusion is formed during the crystallization of the alloy – the AlTiO3 phase, around which the phase formed by the peritectic reaction was observed L + (AlTi)2O3 → (Ti0,3 Fe0,2)(N0,3 С0,2). The multilayer inclusion was surrounded by ferrite containing up to 1.0 % (at.) manganese, 1.7 % (at.) silicon, 1.0 % (at.) titanium, and 0.032 % (at.) carbon. It is known that the thermodynamic functions of phases make it possible to predict the physical and chemical properties of alloys under changing external conditions, such as temperature, pressure, etc. So far, methods for calculating the thermodynamic functions of phases are known, which can be used only under equilibrium conditions and do not take into account fluctuation processes. Therefore, in this work, for the first time, taking into account the contribution of the first step of the approximation of the high-temperature development of the thermodynamic potential, the dependences of the Gibbs energy on the temperature of the Al2O3 and AlTiO3 phases were obtained. A comparison of the Gibbs energies of the Al2O3 and AlTiO3 phases showed that the formation of the AlTiO3 phase is more energetically favorable than that of Al2O3. After subsequent processing – heating to (1533 ± 10) K for 1–2 hours and hot deformation with a degree of deformation of 50 %, the AlTiO3 phase was not detected in the microstructure of the alloy under study, since it is metastable and disappears after subsequent processing. The formation of titanium nitrides TiN was observed in the microstructure of the alloy. У цій роботі досліджували мікроструктуру сплаву Fe-C-Mn-Si-Ti-Al-N та структуру багатофазних включень. Для визначення структурного стану сплавів використовували мікроструктурний, мікрорентгеноспектральний та рентгенофазовий аналізи. Слід зазначити, що на дифрактограмі лінії фази Al2O3 зсунуті у бік великих кутів, що можна пояснити легуванням фази титаном. Показано, що після лиття у структурі сплаву було виявлено окремі багатошарові включення, які мали розмір 1,5–2 мкм та перебували у твердому розчині a-заліза. У центрі багатофазного включення розташований оксид алюмінію Al2O3, легований титаном. Внутрішній шар включення утворюється при кристалізації сплаву – фаза AlTiO3, навколо якої спостерігалася фаза, що утворилася за перитектичною реакцією L + (AlTi)2O3 → (Ti0,3 Fe0,2)(N0,3 С0,2). Багатошарове включення було оточене феритом, що містив до 1,0 % (ат.) мангану, 1,7 % (ат.) силіцію, 1,0 % (ат.) титану, 0,032 % (ат.) карбону. Відомо, що термодинамічні функції фаз дозволяють прогнозувати фізичні та хімічні властивості сплавів при зовнішніх умовах, що змінюються, таких як температура, тиск тощо. Поки що відомі методи розрахунку термодинамічних функцій фаз, які можуть бути використані лише за рівноважних умов і не враховують флуктуаційні процеси. Тому в роботі вперше з урахуванням вкладу першого ступеня наближення високотемпературного розвитку термодинамічного потенціалу було отримано залежності енергії Гіббса від температури фаз Al2O3 та AlTiO3. Порівняння енергій Гіббса фаз Al2O3 та AlTiO3 показало, що більш енергетично вигідно утворення фази AlTiO3, ніж Al2O3. Після подальшої обробки – нагрівання до (1533 ± 10) К протягом 1–2 годин і гарячої деформації зі ступенем деформації 50 % в мікроструктурі досліджуваного сплаву фаза AlTiO3 не була виявлена, оскільки вона є метастабільна і зникає після подальшої обробки. У мікроструктурі металу спостерігали утворення нітридів титану TiN. Physico-technological Institute of Metals and Alloys 2023-05-21 Article Article Рецензована Стаття application/pdf https://www.metalsandcasting.com/index.php/mcu/article/view/31 Metal and Casting of Ukraine; Vol. 30 No. 3 (2022): Метал та лиття України Метал та лиття України ; Том 30 № 3 (2022): Метал та лиття України 2706-5529 2077-1304 uk https://www.metalsandcasting.com/index.php/mcu/article/view/31/31 Авторське право (c) 2023 Метал та лиття України |
| spellingShingle | сплав системи Fe-C-Mn-Si-Ti-Al-N оксид алюмінію фаза AlTiO3 енергія Гіббса Філоненко, Наталія Бабаченко, Олександр Кононенко, Ганна Дослідження морфології багатошарових включень в сплавах системи Fe-C-Mn-Si-Ti-Al-N |
| title | Дослідження морфології багатошарових включень в сплавах системи Fe-C-Mn-Si-Ti-Al-N |
| title_alt | Study of the morphology of multilayer inclusions in alloys of the Fe-C-Mn-Si-Ti-Al-N system |
| title_full | Дослідження морфології багатошарових включень в сплавах системи Fe-C-Mn-Si-Ti-Al-N |
| title_fullStr | Дослідження морфології багатошарових включень в сплавах системи Fe-C-Mn-Si-Ti-Al-N |
| title_full_unstemmed | Дослідження морфології багатошарових включень в сплавах системи Fe-C-Mn-Si-Ti-Al-N |
| title_short | Дослідження морфології багатошарових включень в сплавах системи Fe-C-Mn-Si-Ti-Al-N |
| title_sort | дослідження морфології багатошарових включень в сплавах системи fe-c-mn-si-ti-al-n |
| topic | сплав системи Fe-C-Mn-Si-Ti-Al-N оксид алюмінію фаза AlTiO3 енергія Гіббса |
| topic_facet | Fe-C-Mn-Si-Ti-Al-N system alloy aluminum oxide AlTiO3 phase Gibbs energy сплав системи Fe-C-Mn-Si-Ti-Al-N оксид алюмінію фаза AlTiO3 енергія Гіббса |
| url | https://www.metalsandcasting.com/index.php/mcu/article/view/31 |
| work_keys_str_mv | AT fílonenkonatalíâ studyofthemorphologyofmultilayerinclusionsinalloysofthefecmnsitialnsystem AT babačenkooleksandr studyofthemorphologyofmultilayerinclusionsinalloysofthefecmnsitialnsystem AT kononenkoganna studyofthemorphologyofmultilayerinclusionsinalloysofthefecmnsitialnsystem AT fílonenkonatalíâ doslídžennâmorfologííbagatošarovihvklûčenʹvsplavahsistemifecmnsitialn AT babačenkooleksandr doslídžennâmorfologííbagatošarovihvklûčenʹvsplavahsistemifecmnsitialn AT kononenkoganna doslídžennâmorfologííbagatošarovihvklûčenʹvsplavahsistemifecmnsitialn |