Абразивна зносотривкість сплаву Ti–Fe–Cr, отриманого самопоширювальним високотемпературним синтезом і модифікованого бором і вуглецем

Подано результати досліджень впливу складу шихти на відносну абразивну зносотривкість матеріалу системи Ti–Fe–C–В–Сr, отриманого самопоширювальним високотемпературним синтезом. Встановлено, що після додавання вуглецю та бору гетерогенність структури та зносотривкість зростають. Виявлено, що внаслідо...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2015
Автор:	Онищук, О.О.
Формат:	Стаття
Мова:	Ukrainian
Опубліковано:	Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України 2015
Назва видання:	Фізико-хімічна механіка матеріалів
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/136037
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:	Абразивна зносотривкість сплаву Ti–Fe–Cr, отриманого самопоширювальним високотемпературним синтезом і модифікованого бором і вуглецем / О.О. Онищук // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2015. — Т. 51, № 5. — С. 133-137. — Бібліогр.: 5 назв. — укp.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-136037
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1360372018-06-16T03:12:06Z Абразивна зносотривкість сплаву Ti–Fe–Cr, отриманого самопоширювальним високотемпературним синтезом і модифікованого бором і вуглецем Онищук, О.О. Подано результати досліджень впливу складу шихти на відносну абразивну зносотривкість матеріалу системи Ti–Fe–C–В–Сr, отриманого самопоширювальним високотемпературним синтезом. Встановлено, що після додавання вуглецю та бору гетерогенність структури та зносотривкість зростають. Виявлено, що внаслідок формування оптимального складу шихти і досягнення меншої поруватості матеріалу забезпечуються його найвищі трибологічні характеристики. Приведены результаты исследований влияния состава шихты на относительную абразивную износостойкость материала системы Ti–Fe–C–B–Cr, полученного самораспространяющимся высокотемпературным синтезом. Установлено, что после добавления углерода и бора гетерогенность структуры и износостойкость повышаются. Выявлено, что вследствие формирования оптимального состава шихты и достижения меньшей пористости материала обеспечиваются его наиболее максимальные трибологические характеристики. The results of the investigation of the influence of charge on abrasive wear resistance of the Ti–Fe–C–B–Cr material obtained by self-propagating high-temperature synthesis are presented. It was established that the addition 17 mass.% of carbon and 2 mass.% of boron increases the heterogeneity and abrasive wear resistance of the structure. It was shown that porosity has a good influence on abrasive wear resistance of the developed materials. It is shown that the 40Ti–40Fe–17C–1Cr–2B alloy has the highest triboligical characteristics due to the optimal composition of the charge. 2015 2015 Article Абразивна зносотривкість сплаву Ti–Fe–Cr, отриманого самопоширювальним високотемпературним синтезом і модифікованого бором і вуглецем / О.О. Онищук // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2015. — Т. 51, № 5. — С. 133-137. — Бібліогр.: 5 назв. — укp. 0430-6252 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/136037 620.1:621.762 uk Фізико-хімічна механіка матеріалів Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
description	Подано результати досліджень впливу складу шихти на відносну абразивну зносотривкість матеріалу системи Ti–Fe–C–В–Сr, отриманого самопоширювальним високотемпературним синтезом. Встановлено, що після додавання вуглецю та бору гетерогенність структури та зносотривкість зростають. Виявлено, що внаслідок формування оптимального складу шихти і досягнення меншої поруватості матеріалу забезпечуються його найвищі трибологічні характеристики.
format	Article
author	Онищук, О.О.
spellingShingle	Онищук, О.О. Абразивна зносотривкість сплаву Ti–Fe–Cr, отриманого самопоширювальним високотемпературним синтезом і модифікованого бором і вуглецем Фізико-хімічна механіка матеріалів
author_facet	Онищук, О.О.
author_sort	Онищук, О.О.
title	Абразивна зносотривкість сплаву Ti–Fe–Cr, отриманого самопоширювальним високотемпературним синтезом і модифікованого бором і вуглецем
title_short	Абразивна зносотривкість сплаву Ti–Fe–Cr, отриманого самопоширювальним високотемпературним синтезом і модифікованого бором і вуглецем
title_full	Абразивна зносотривкість сплаву Ti–Fe–Cr, отриманого самопоширювальним високотемпературним синтезом і модифікованого бором і вуглецем
title_fullStr	Абразивна зносотривкість сплаву Ti–Fe–Cr, отриманого самопоширювальним високотемпературним синтезом і модифікованого бором і вуглецем
title_full_unstemmed	Абразивна зносотривкість сплаву Ti–Fe–Cr, отриманого самопоширювальним високотемпературним синтезом і модифікованого бором і вуглецем
title_sort	абразивна зносотривкість сплаву ti–fe–cr, отриманого самопоширювальним високотемпературним синтезом і модифікованого бором і вуглецем
publisher	Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України
publishDate	2015
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/136037
citation_txt	Абразивна зносотривкість сплаву Ti–Fe–Cr, отриманого самопоширювальним високотемпературним синтезом і модифікованого бором і вуглецем / О.О. Онищук // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2015. — Т. 51, № 5. — С. 133-137. — Бібліогр.: 5 назв. — укp.
series	Фізико-хімічна механіка матеріалів
work_keys_str_mv	AT oniŝukoo abrazivnaznosotrivkístʹsplavutifecrotrimanogosamopoširûvalʹnimvisokotemperaturnimsintezomímodifíkovanogoboromívuglecem
first_indexed	2025-07-10T00:32:52Z
last_indexed	2025-07-10T00:32:52Z
_version_	1837217954361507840
fulltext	133 Ô³çèêî-õ³ì³÷íà ìåõàí³êà ìàòåð³àë³â. – 2015. – ¹ 5. – Physicochemical Mechanics of Materials УДК 620.1:621.762 АБРАЗИВНА ЗНОСОТРИВКІСТЬ СПЛАВУ Ti–Fe–Cr, ОТРИМАНОГО САМОПОШИРЮВАЛЬНИМ ВИСОКОТЕМПЕРАТУРНИМ СИНТЕЗОМ І МОДИФІКОВАНОГО БОРОМ І ВУГЛЕЦЕМ О. О. ОНИЩУК Луцький національний технічний університет Подано результати досліджень впливу складу шихти на відносну абразивну зносо- тривкість матеріалу системи Ti–Fe–C–В–Сr, отриманого самопоширювальним висо- котемпературним синтезом. Встановлено, що після додавання вуглецю та бору гете- рогенність структури та зносотривкість зростають. Виявлено, що внаслідок форму- вання оптимального складу шихти і досягнення меншої поруватості матеріалу забез- печуються його найвищі трибологічні характеристики. Ключові слова: самопоширювальний високотемпературний синтез, система Ti–Fe–C–В–Сr, склад шихти, втрати маси, зносотривкість, поруватість, твер- дість, бор, хром, вуглець. Розвиток сучасної науки і техніки потребує матеріалів з високими триболо- гічними і фізико-механічними характеристиками. Самопоширювальний високо- температурний синтез (СВС) застосовують, як правило, в індивідуальному ви- робництві для розробки нових матеріалів та під час термічного зварювання мета- лів [1, 2]. Останнім часом синтезовані нові сплави системи Ti–Fe–Cr, але їм влас- тиві підвищена поруватість і відносно низька зносотривкість [2, 3]. Для поліп- шення цих характеристик пропонують додатково легувати їх бором і вуглецем. Матеріали та методи. За вихідні матеріали взяли технічно чисті порошки (µm) вуглецю (1…5), титану (5…15), бору (0,1...5) і хрому (1...5). Замість порош- ків заліза використовували порошки сталі ШХ15 (10…40 µm) – шлам підшипни- кового виробництва, які змішували кульковому млині об’ємом 2 dm3 упродовж 120 min з додаванням уайт-спіриту, що інтенсифікував синтез, запобігаючи роз- шаровуванню порошкових компонентів шихти. Суміші пресували одностороннім холодним способом під тиском 460 МРа і одержували циліндричні зразки (висо- тою 0,018… 0,025 m та діаметром 0,05 m) площею в перерізі 0,012 m2. Перед СВС спресовані зразки сушили при 523…573 K у вакуумній шафі. СВС викону- вали у реакторі із корозійнотривкої сталі 0Х18Н9Т, в якому зразок ставили на предметний столик, куди підводили термопари для вимірювання температури та вольфрамову електричну спіраль для ініціювання хімічної реакції горіння. Реак- тор закривали, а зразок нагрівали до пірофорності матеріалу (846 K). Фронт горіння розповсюджувався за зразком до протилежного від ініціювальної спіралі боку. Максимальна температура процесу 2773 K. Для електронно-мікроскопічних досліджень спечених зразків застосовували сканівний електронний мікроскоп ZEISS EVO 40XVP зі системою рентгенівсько- го мікроаналізу INCA Energy 350 та електронний МИМ-10. Питому густину вимі- рювали методом гідростатичного зважування на аналітичних терезах ВЛР-200. Поруватість матеріалів визначали металографічним методом, а мікротвердість – приладом ПМТ-3 за навантажень на індентор 0,49 N. Абразивне зношування за Контактна особа: О. ОНИЩУК, e-mail: oksankaduda@mail.ru 134 випробувань нежорстко закріпленими абразивом здійснювали за ГОСТ 23.208-79. У зону контакту гумового круга (діаметром 50⋅10–3 m, шириною 15⋅10–3 m) і зраз- ка дозувальним пристроєм безперервно подавали абразив. Режим тертя такий: навантаження Р = 2,5 N, швидкість обертання диска v = 0,33 m/s, частота обер- тання n = 2,08 rot/s, абразив – пісок (вологість не перевищувала 0,16%), розмір зерен абразиву 0,2…1⋅10–3 m, час випробування 30 min. Використовували абра- зивний диск з електрокорунду середньої твердості СМ-2 на керамічній зв’язці 7К15 (діаметром 0,15 m та шириною 0,008 m). Зернистість електрокорунду 250...315 µm, лінійна швидкість тертя 1 m/s, тривалість випробувань 30 min, на- вантаження в зоні лінійного контакту P = 1,5 N [4]. Абразивне зношування ви- значали за втратою маси зразків з похибкою ±0,0002 g. За одиницю відносної аб- разивної зносотривкості прийняли ступінь зношування еталона зі сталі 45. Зразки перед випробуванням та після кожного етапу тертя очищали технічним ацетоном (ГОСТ 2768-79) за допомогою ультразвуку на установці Bandelin Sonorex та висушували. Похибки під час вимірювання їх густини не перевищували 0,1 g/m3, твердості – 10 MPa. Результати вимірювань твердості та зносотривкості стати- стично обробляли, використовуючи критерії Фішера та Стьюдента з кількістю експериментів n = 5 та ймовірністю P = 0,95, а також з допомогою програм STATISTICA. Результати та їх обговорення. Маса суміші кожного зразка до пресування 100 g. Розраховували теоретичну поруватість кожного зразка (1 / ) 100%i пі kiΠ = − ρ ρ ⋅ , де за правилом адитивності Ti Fe C Cr B Fe C Cr B Ti Ti C Cr B Fe Ti Fe Cr B C Ti Fe C Cr B Ti Fe C B Cr Ti Fe C Cr B ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) , ( ) ( ) k C C C C C ρ ⋅ ρ ⋅ ρ ⋅ ρ ⋅ ρ ρ = + ρ ⋅ ρ ⋅ ρ ⋅ ρ + ρ ⋅ρ ⋅ ρ ⋅ ρ + ρ ⋅ρ ⋅ ρ ⋅ ρ ρ ⋅ ρ ⋅ ρ ⋅ ρ ⋅ρ + ρ ⋅ ρ ⋅ ρ ⋅ρ ⋅ + ρ ⋅ρ ⋅ ρ ⋅ ρ тут ρni та ρki – питома густина, отримана експериментально, та компактна суміші сплаву Ti–Fe–Cr–C–В, kg/m3; CTi, CFe, CC, CCr, CB – масова частка компонентів шихти; ρCr = 7,19⋅103 kg/m3; ρC = 2,25⋅103; ρB = 1,73⋅103; ρFe = 7,19⋅103; ρTi = = 4,54⋅103 kg/m3. Під час спікання усадку, яка збільшувалась, розрахували так: 1 s і p V l V = − , де Vs та Vp – об’єм зразка після спікання та пресування, m3. У таблиці подано хімічний склад та основні властивості зразків сплаву сис- тем Ti–Fe–Сr–С та Ti–Fe–Сr–C–В. Склад вихідної шихти розраховували, врахо- вуючи стехіометричні коефіцієнти компонентів, чистоту і насипну густину. Вста- новили, що на опір зношуванню синтезованих сплавів впливають їхня порува- тість, твердість та мікроструктура. За тиску 460 МPа середній розмір зерен 0,7… 1,1 µm, а середній розмір пор 0,15…0,2 µm. При цьому усадка для матеріалів сис- теми Ті–Fe–С–Сr становить 0,03, а для зразків з додаванням бору – 0,04. Вияви- ли, що зі збільшенням густини усадка та поруватість зменшуються, а отже, зни- жується коефіцієнт тертя і зростає абразивна зносотривкість, що характерно для більшості порошкових матеріалів. Поруватість 18…23% отримуємо за повторного циклу теплового пресування або обтискання після спікання. Таку поруватість матеріалу, одержаного СВС, по- яснюють неправильною геометричною формою частинок, досить високою їх 135 твердістю, а також збільшенням усадки. Результати теоретично та експеримен- тально (на просвіт за мікрофотографіями) визначеної поруватості практично збі- гаються (похибка 0,5…1%). Властивості cплаву системи Ti–Fe–C–В–Сr Після пресування Маса суміші, mass.% ρп, ×103, kg/m3 ρk, ×103, kg/m3 Vp, ×10–6, m3 О б ’є м п іс л я с п ік а н н я V s, ×1 0–6 , m 3 В и х ід н а п о р у в ат іс ть , % П о р у в ат іс ть п іс л я п о в то р н о го п р ес у в ан н я , % М ік р о тв ер д іс ть H µ , M P a В тр ат и м ас и з а н е ж о р ст к о за к р іп л е н о го а б р аз и в у W 1, g В тр ат и м ас и з а ж о р ст к о за к р іп л е н о го а б р аз и в у W 2, g 50Ті–49Fe– 1Сr 4,72 5,75 39,25 38,07 20 18 751 0,133 0,172 45Ті–45Fe– 9С–1Сr 3,99 5,06 39,23 38,05 22 21 760 0,132 0,174 40Ті–40Fe– 19С–1Сr 3,43 4,45 39,20 38,02 25 23 769 0,131 0,176 40Ті–40Fe– 17,5С–1Сr– 1,5B 3,41 4,41 39,24 37,67 24 22,5 772 0,121 0,168 40Ті–40Fe– 17С–1Сr–2B 3,43 4,39 39,25 37,68 24 22 773 0,121 0,167 Встановили, що після додавання 2 mass.% аморфного бору залишкова пору- ватість знижується на 1…2%, а після додавання від 9 до 19 mass.% графіту підви- щується в 1,2 рази, при цьому надлишок вуглецю утворює фазу, яка у вигляді сіт- ки розміщена на межі перлітних зерен (рис. 1а). Слід зауважити, що поруватість зразків також незначно знижується через звуження пор. Зразки після додавання бору та хрому мають дрібнодисперсну структуру та зафіксовано об’ємний вміст евтектики в структурі синтезованого сплаву (рис. 1b). Рис. 1. Структура синтезованих сплавів (×1000): а – 45Ті–45Fe–9С–1Сr; b – 40Ті–40Fe–17С–1Сr–2B. Fig. 1. The structure of alloys after synthesis (×1000): a – 45Ті–45Fe–9С–1Сr; b – 40Ті–40Fe–17С–1Сr–2B. 136 Під час формування структури збільшується розмір зерна. Крім того, знижу- ється температура основних критичних точок та загальна температура спікання суміші, що суттєво пом’якшує вимоги до жорсткості регулювання температури спікання всього матеріалу. Оскільки бор термодинамічно активний до зародження оксидів, то при 873 K формується борний ангідрид B2O3, який утворює з оксидами заліза і титану борат титану TiO2·B2O3 (при 723 K), борати заліза FeBO3 (при 1090…1010 K) та Fe3BO6 (при 1108…1090 K) [5]. Після додавання від 2 до 5 mass.% бору з чистого порошку титану і заліза при 1473 K утворюються бориди заліза Fe2B, які суттєво підвищують твердість, абразивну зносотривкість, корозійну тривкість і тепло- тривкість сплаву. Наявність хрому (до 1 mass.%) у відходах сталі ШХ15 та після додавання до шихти сплаву Ti–Fe–Cr–С–B можна пояснити досить малу кількість боридів хрому, які повністю розчиняються і практично не формують мікровиступів. З введенням у шихту Ti–Fe–Cr графіту змінюється фазовий склад; оскільки при 1426 K утворюється евтектика Fe–Fe3C, то поліпшується твердість сплаву. Виявили, що матеріали системи Ti–Fe–Cr–C–В за умов жорстко закріплено- го абразиву зношуються шляхом росту тріщини вздовж межі зерна зразка та пор (рис. 2). Аналіз засвідчив, що досліджувані сплави за абразивною зносотривкістю переважають сталь 45, зокрема, найвищою володіють cплави системи 40Ті–40Fe– 17С–1Сr–2B (рис. 3). Рис. 2. Мікровиступи, утворені на прошліфованій поверхні сплаву 40Ті–40Fe–17С–1Сr–2B: а – ×5; b – ×50. Fig. 2. Micro projections formed on the grinding surface of the 40Ti–40Fe–17С–1Сr–2B alloy : а – ×5; b – ×50. Рис. 3. Залежність відносної абразивної зносотривкості від поруватості. (еталон – сталь 45): 1 – Ti–Fe–C–Cr; 2 – Ti–Fe–C–Cr–B; 3 – сталь 45. Fig. 3. Dependence of relative abrasive wear resistance on porosity. (standard – steel 45): 1 – Ti–Fe–C–Cr; 2 – Ti–Fe–C–Cr–B; 3 – steel 45. Розроблений сплав Ti–Fe–C–Сr–B має високі експлуатаційні характеристи- ки, незважаючи на поруватість 22…23%. За результатами досліджень отримали 137 кореляційні залежності складу шихти сплаву, його структури, поруватості та три- бологічних властивостей. Тому синтезовані матеріали з вибраним хімічним скла- дом задовольняють критерій оптимізації трибологічних характеристик для їх ефективної експлуатації. ВИСНОВКИ Оптимізацією складу шихти Ti–Fe–Cr додаванням вуглецю (17 mass.%) та бо- ру (2 mass.%) зменшено залишкову поруватість на 1…2% та пом’якшено вимоги до жорсткості регулювання температури спікання всього матеріалу. Найкращу відносну абразивну зносотривкість за умов жорстко закріпленого абразиву та достатню поруватість має сплав 40Ti–40Fe–17C–1Cr–2B. РЕЗЮМЕ. Приведены результаты исследований влияния состава шихты на относи- тельную абразивную износостойкость материала системы Ti–Fe–C–B–Cr, полученного самораспространяющимся высокотемпературным синтезом. Установлено, что после до- бавления углерода и бора гетерогенность структуры и износостойкость повышаются. Вы- явлено, что вследствие формирования оптимального состава шихты и достижения мень- шей пористости материала обеспечиваются его наиболее максимальные трибологические характеристики. SUMMARY. The results of the investigation of the influence of charge on abrasive wear resistance of the Ti–Fe–C–B–Cr material obtained by self-propagating high-temperature syn- thesis are presented. It was established that the addition 17 mass.% of carbon and 2 mass.% of boron increases the heterogeneity and abrasive wear resistance of the structure. It was shown that porosity has a good influence on abrasive wear resistance of the developed materials. It is shown that the 40Ti–40Fe–17C–1Cr–2B alloy has the highest triboligical characteristics due to the optimal composition of the charge. 1. Bernard F. and Gaffet E. Mechanical alloying in SHS research // Int. J. Self-Propagating High-Temperature Synthesis. – 2001. – № 10. – Р. 109–132. 2. Borisov A. A., Luca L. De, and Merzhanov A. G. Self-propagating high temperature synthe- sis of materials. – New York: Taylor and Francis, 2002. – 338 p. 3. Жигуц Ю. Ю., Похмурський В. І. Одержання твердих сплавів із застосуванням метало- термії та саморозповсюджувального високотемпературного синтезу // Пр. наук. т-ва ім. Шевченка. – 2003. – Т. 9. – С. 131–137. 4. Антипенко А. М., Бєлас О. М., Войтов В. А. Основи трибології: Підр. – Харків: Харківськ. нац. техн. ун-т сільського господарства ім. Петра Василенка, 2008. – 342 с. 5. Пашечко М. І., Богун Л. І. Формування структури поверхневих плівок боридних по- криттів під час зношування // Сучасні проблеми трибології: Тези доп. Міжнар. наук. конф., присвяченої 100-річчю від дня народження Б. І. Костецького, Київ, 19–21 трав- ня, 2010. – С. 48. Одержано 21.11.2014

Абразивна зносотривкість сплаву Ti–Fe–Cr, отриманого самопоширювальним високотемпературним синтезом і модифікованого бором і вуглецем

Репозитарії

Схожі ресурси