Вплив умов термодеформаційного обробляння на структуру та механічні властивості системи Fe–Ti–C
А. В. Мініцький$^{1,2}$, Є. С. Шапошнікова$^{1}$, Є. Г. Биба$^{1,2}$, Н. В. Мініцька$^{1,4}$, О. В. Козленко$^{1}$, В. Л. Сироватка$^{3}$, Д. С. Леонов$^{4}$, М. Ю. Барабаш$^{1,2,4,5}$
$^{1}$Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», просп. Берестейський, 37, 03056 Київ, Україна
$^{2}$Інститут прикладних систем управління НАН України, просп. Академіка Глушкова, 42, 03187 Київ, Україна
$^{3}$Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України, вул. Омеляна Пріцака, 3, 03142, Київ, Україна
$^{4}$Технічний центр НАН України, вул. Покровська, 13, 04070 Київ, Україна
$^{5}$Інститут газу НАН України, вул. Дегтярівська, 39, 03113 Київ, Україна
Отримано: 11.12.2025; остаточний варіант - 12.12.2025. Завантажити: PDF
У роботі досліджено вплив термодеформаційного оброблення на структуру та фізико-механічні властивості металокерамічного композиційного матеріялу системи Fe–Ti–C, який було синтезовано методою in situ з порошкової суміші складу: Fe — 86,0%, Ti — 10,0%, графіт — 4,0%. Карбід Титану (TiC) є армованою фазою, оскільки він має високу твердість (30 ГПа), високу температуру топлення (≅ 3100°С та низьке значення кута змочування з залізом (≅ 20°), що сприяє формуванню когерентного зв’язку на межі поділу фаз. Зразки сформовано шляхом пресування під тиском до 700 МПа, що дає змогу понизити пористість до ≅ 6%. Спікання відбувалося за Т = 1000–1050°C. Встановлено, що після спікання в структурі матеріялу формується характерна мікроструктура типу «ядро–оболонка», де у композитній системі зерна Ti оточено шаром TiC. Товщину карбідного прошарку обмежено дифузійними процесами, а його зростання із підвищенням температури від 1000°C до 1050°C (з 5–10 мкм до 10–15 мкм) відповідає механізму об’ємної дифузії вздовж меж зерен. Ключовим етапом оброблення є гаряче кування брикетів за Т = 1100°C. Визначено, що гаряче кування приводить до істотних мікроструктурних змін: сферичні включення TiC деформуються та витягуються в напрямку течії металу, що зумовлює виникнення механічної анізотропії властивостей. Кування впливає на значне деформаційне зміцнення й утворення цементиту (Fe3C). Наявність фази (Fe3C) підтверджується рентґенофазовою аналізою. Для кованих зразків спільний ефект зазначених механізмів забезпечує підвищення твердости та міцности на стиск на ≅ 65–70%, досягаючи 630,3 МПа. Найвищі показники твердости складають 104–109 HRB за комбінації процесу кування та гартування у воду. Показано, що сформована гетерофазна структура системи Fe–Ti–C поєднує собою когерентний зв’язок між твердою зміцненою фазою (Fe3C) та пластичною металевою матрицею із криці, що сприяє підвищенню зносостійкости, а тверді включення Ti–TiC ефективно локалізують абразивне навантаження.
Ключові слова: металокерамічні матеріяли, карбід Титану, композити інструментального призначення, термодеформаційне оброблення.
URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ua/abstract/v48/i02/0141.html
PACS: 62.20.Qp, 62.23.Pq, 81.05.Mh, 81.05.Ni, 81.20.Ev, 81.40.Ef, 81.40.Lm