Формування структури та властивостей високобористих стопів Fe–B–C, леґованих Cr, V, Nb або/та Mo

О. В. Сухова

Дніпровський національний університет імені Олеся Гончара, просп. Гагаріна, 72, 49010 Дніпро, Україна

Отримано: 05.05.2020; остаточний варіант - 11.02.2021. Завантажити: PDF

Вивчено вплив заміщення Fe у високобористих стопах Fe–B–C, що містять 10,0–14,0% B та 0,1–1,2% C, 0–5,0% Cr, V, Mo або/та Nb (у % ваг.), із застосуванням методів оптичної мікроскопії, рентґеноструктурного аналізу, сканувальної електронної мікроскопії, рентґеноспектрального мікроаналізу. Мікроструктура базових стопів Fe–B–C складається з первинних дендритів твердого розчину Fe(B, C) та кристалів Fe$_2$(B, C), що утворюються за перитектичною реакцією між фазою Fe(B, C) та рідиною. Встановлено, що хром та ванадій мають високу розчинність у структурних складових стопів Fe–B–C, причому Cr та V в більшій кількості розчиняються в дендритах Fe(B, C), займаючи позиції атомів Fe. Додавання Cr або V до стопів Fe–B–C дозволяє зменшити їх крихкість: незначно знижуючи мікротвердість структурних складових, ці елементи значно підвищують їх коефіцієнт тріщиностійкості. Показано, що молібден та ніобій переважно входять до складу вторинних надлишкових фаз, ідентифікованих у структурі як Мо$_2$В, Мо$_2$(B, C) або NbB$_2$ відповідно. Вміст Mo та Nb в твердих розчинах Fe(B, C) та Fe$_2$(B, C), а також кількість утворюваних ними вторинних фаз свідчать про низьку розчинність Mo та відсутність розчинності Nb в цих структурних складових. Mo та Nb збільшують твердість базового стопу Fe–B–C завдяки виділенню вторинних фаз. З метою підвищення експлуатаційних властивостей базових високобористих стопів Fe–B–C до їх складу одночасно додавали 1,0–2,0% Cr, 0,5–1,0%V, 1,0–3,0% Nb, 1,0–3,0% Mo. Покращення властивостей забезпечується формуванням Cr- та V-вмістних твердих розчинів Fe$_2$(B, C) та Fe(B, C), а також вторинних фаз на основі Mo та Nb. Розроблений багатокомпонентний стоп рекомендований в якості наповнювача макрогетерогенних композиційних покриттів, призначених для зміцнення поверхонь деталей, що працюють в абразивних або газоабразивних середовищах за підвищених температур.

Ключові слова: високобористі залізні стопи, леґуючі елементи, мікроструктура, тверді розчини, вторинні фази, механічні властивості.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ua/abstract/v43/i03/0355.html

PACS: 06.60.Vz, 62.20.M-, 68.08.De, 81.05.Ni, 81.40.Ef, 81.40.Np


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  1. X. Ren, H. Fu, J. Xing, Y. Yang, and S. Tang, J. Mater. Res., 32, No. 16: 3078 (2017). Crossref
  2. A. Sudo, T. Nishi, N. Shirasu, M. Takano, and M. Kurata, J. Nuclear Sci. Technol., 52, No. 10: 1308 (2015). Crossref
  3. P. Sang, H. Fu, Y. Qu, C. Wang, and Y. Lei, Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, 46, No. 9: 962 (2015). Crossref
  4. Z. F. Huang, J. D. Xing, S. Q. Ma, Y. M. Gao, M. Zheng, and L. Q. Sun, Key Eng. Mater., 732: 59 (2017). Crossref
  5. V. Homolova, L. Ciripova, and A. Vyrostkova, J. Phase Equilibria Diff., 36, No. 6: 599 (2015). Crossref
  6. O. V. Sukhova, Metallofiz. Noveishie Technol., 31, No. 7: 1001 (2009) (in Ukrainian).
  7. O. V. Sukhova and Yu. V. Syrovatko, Metallofiz. Noveishie Technol., 33, Special Issue: 371 (2011) (in Russian).
  8. I. M. Spiridonova, E. V. Sukhovaya, V. F. Butenko, A. P. Zhudra, A. I. Litvinenko, and A. I. Belyi, Powder Metallurgy and Metal Ceramics, 32, No. 2: 45 (1993). Crossref
  9. V. G. Efremenko, V. I. Zurnadzhi, Y. G. Chabak, O. V. Tsvetkova, and A. V. Dzherenova, Mater. Sci., 53: 67 (2017). Crossref
  10. I. M. Spiridonova, E. V. Sukhovaya, S. B. Pilyaeva, and O. G. Bezrukavaya, Metall. Min. Ind., No. 3: 58 (2002) (in Russian).
  11. I. M. Spiridonova, O. V. Sukhova, and A. P. Vashchenko, Metallofiz. Noveishie Technol., 21, No. 2: 122 (1999) (in Russian).
  12. Z. A. Duriagina, T. M. Kovbasyuk, and S. A. Bespalov, Uspekhi Fiziki Metallov, 17, No. 1, 29 (2016). Crossref
  13. Z. A. Duryagina, S. A. Bespalov, V. Ya. Pidkova, and D. Yu. Polockyj, Metallofiz. Noveishie Technol., 33, Special Issue, 393 (2011) (in Ukrainian).
  14. A. A. Sorour, A. S. Adeniyi, M. A. Hussein, C. P. Kim, and N. M. Al-Aqeeli, Proc. of Conf. ‘Materials Science and Technology’ (Oct. 14–18, 2018) (Columbus, Ohio, USA: 2018), p. 1454. Crossref
  15. W. Shenglin, China Welding, 27, No. 4: 46 (2018). Crossref
  16. P. Christodoulou and N. Calos, Mater. Sci. Eng. A, 301, No. 2: 103 (2001). Crossref
  17. M. Zhang, X. Wang, S. Liu, and K. Qu, J. Rare Earths, 5: 13 (2019). Crossref
  18. S. Egashira, T. Sekiya, T. Ueno, and M. Fujii, Mech. Eng. J., 6, No. 6, 19-00297 (2019). Crossref
  19. Z. Chen, S. Miao, L. Kong, X. Wei, F. Zhang, and H. Yu, Materials, 13, No. 4: 975 (2020). Crossref
  20. N. V. Novikov, S. N. Dub, and S. I. Bulychov, Ind. Lab. Diagn. Mater., No. 7: 60 (1988) (in Russian).
  21. I. M. Spiridonova, E. V. Sukhovaya, and V. P. Balakin, Metallurgia, 35, No. 2: 65 (1996).
  22. O. V. Sukhova, Phys. Chem. Solid St., 21, No. 2: 355 (2020). Crossref
  23. E. V. Sukhovaya, J. Superhard Mater., 35, No. 5: 277 (2013). Crossref
  24. O. V. Sukhova, V. A. Polonskyy, and K. V. Ustinova, Voprosy Khimii i Khimicheskoy Tekhnologii, 121, No. 6: 77 (2018). Crossref
  25. G. V. Samsonov, Konfiguratsionnaya Model Veshchestva [Configurational Model of Substance] (Kyiv: Naukova Dumka: 1971) (in Russian).