SCI Библиотека

Высокоэнтропийные сплавы (ВЭС) представляют собой перспективный класс металлических материалов, характеризующихся наличием пяти или более элементов в почти равных атомных долях. Система AlCoCrFeV в последнее время привлекает к себе повышенный интерес благодаря своей микроструктуре и эксплуатационным свойствам.

Эта система ВЭС обладает сочетанием высокой прочности и сохранения прочности при высоких температурах. Добавление Ti может не только влиять на размер зерна матрицы, выделившейся фазы и объёмную долю выделившейся фазы, но и существенно изменять пластичность и прочность ВЭС.

Методом микроанализа идентифицированы структурные составляющие в сплаве системы Al-Co-Cr-Fe-V-Ti в зависимости от добавки титана от 3,5 до 9 ат. %. Структурными составляющими являются модифицированный Ti твёрдый раствор AlCoCrFeV с решёткой ГЦК, легированный Ti твёрдый раствор AlCoCrFeV, имеющий решётку ГЦК, легированный Ti, Fe, Ni твёрдый раствор ванадия c хромом, твёрдый раствор AlCoCrFeVTi c решёткой ГЦК.

С увеличением концентрации титана в твёрдых растворах, модифицированных и легированных Ti, снижается концентрация Al. При добавке 9 ат. % Ti наблюдается максимальная микротвёрдость твёрдых растворов, модифицированных Ti.

Развитие интереса к хромистым нержавеющим сталям вызвано необходимостью создания материалов, демонстрирующих оптимальное сочетание физико-механических и химических свойств при эксплуатации в агрессивных средах. В настоящее время для производства промышленных трубных изделий, эксплуатирующихся под нагрузкой при повышенных температурах, перспективными представляются нержавеющие стали феррито-мартенситного и мартенситного классов, упрочненные за счет дополнительного легирования. Достижение заданного комплекса свойств в сталях и сплавах определяется однородностью химического и фазового составов, микроструктурой и кристаллографической текстурой. Формирование указанных параметров для материалов, прошедших термическую обработку, главным образом определяется характеристиками зерна аустенита, формирующегося при нагреве материала перед закалкой. Размер и форма зерен аустенита определяют морфологию и дисперсность продуктов фазового γ→α′(α)-превращения. С использованием методов ориентационной микроскопии, основанных на дифракции обратно рассеянных электронов, рассмотрена возможность восстановления высокотемпературного аустенитного зерна для образцов низкоуглеродистой высоколегированной нержавеющей стали феррито-мартенситного класса c ~12 масс. % Cr, дополнительно легированной Ni, Mo, W, Nb, V, характеризующихся после термической обработки феррито-мартенситной и феррито-бейнитной структурой. При восстановлении аустенитного зерна были использованы ориентационные соотношения (ОС) Курдюмова – Закса (К–З), Нишиямы – Вассермана (Н–В), Гренингера – Трояна (Г–Т) и новые ОС, предложенные Крапошиным В. С. (ОСК). Показана принципиальная возможность восстановления ранее существовавшего аустенитного зерна по кристаллографическим особенностям как феррито-мартенситной, так и феррито-бейнитной структуры. Наиболее достоверные результаты при восстановлении зерна аустенита были получены при использовании ОС К–З и ОСК.

Методами физического моделирования на установке Gleeble 3800-GTC была воспроизведена термическая обработка прутковых клемм из стали 40С2. Моделирование проводилось на образцах диаметром 6 мм, что является приемлемым для моделирования термической обработки прутка диаметром 18 мм ввиду высокой прокаливаемости стали 40С2. Показано влияние режимов термической обработки на формирование структуры. Установлено, что наилучшие механические свойства достигаются после предварительного нагрева токами высокой частоты (ТВЧ) - 940±10℃, закалке - 860±10℃ и отпуске - 350±10℃. Также показано негативное влияние низкой температурой нагрева ТВЧ в сочетании с низкой температурой закалки.

Впервые изучены фазовый состав, микротвердость и тонкая структура (α+β)-титанового сплава ВТ23 со стабильной и метастабильной β-фазой после деформации в камере Бриджмена кручением под давлением 4 ГПа при комнатной температуре. Установлено, что микротвердость сплава в зависимости от истинной степени деформации в условиях высокого гидростатического давления меняется по кривой с максимумом. Выявлена роль инициированного напряжением βм→α“ мартенситного превращения в формировании структуры и микротвердости сплава при кручении под давлением. Наибольшая микротвердость сплава со стабильной β-фазой составила 395 HV 0,05, а с метастабильной – 470 HV 0,05. При этом максимум микротвердости метастабильного сплава по сравнению со стабильным был смещен в область меньшей истинной деформации е=2,6. Использование методов рентгенофазового анализа и просвечивающей электронной микроскопии позволило проследить эволюцию структуры сплава при деформации под давлением, заключающуюся в измельчении по сравнению с закаленным состоянием пластин α- и α“-фаз, а также в развитии деформационных βм→α“ и α“→βм мартенситных превращений. Увеличение степени деформации кручением под давлением до е=7,7…7,9 независимо от деформационной стабильности β-фазы приводит к снижению микротвердости сплава до уровня 185…205 HV 0,05, что связано с развитием процесса динамической рекристаллизации и формированием равноосных наночастиц α-фазы размером 20…50 нм. Выявленные при кинетическом индентировании различия в кривых нагружения – разгружения соответствовали характеру изменения микротвердости сплава ВТ23 в зависимости от температуры закалки и степени истинной деформации.

Исследована возможность применения наносекундных лазерных импульсов для перфорации элементов диффузионно-сварного соединения типа керамика-металл-керамика. Экспериментально продемонстрировано улучшение механических свойств соединений с предварительно обработанными импульсно-периодическим Nd:YAG-лазером элементами по сравнению с необработанными. В частности, показано увеличение предела прочности соединения с обработанными элементами до 40 % и относительного удлинения до 50 % по сравнению с металлокерамическими соединениями без лазерной обработки. Также проведены сравнительные исследования распределения деформаций в диффузионно-сварных соединениях с предварительной лазерной обработкой и без нее. Полученные результаты позволяют снизить энергозатраты на проведение процесса диффузионной сварки и повысить качество соединений разнородных материалов в целом.