Фазові рівноваги в потрійних системах хрому з вуглецем і d-металами V групи

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ПРОБЛЕМ МАТЕРІАЛОЗНАВСТВА ІМ. І.М. ФРАНЦЕВИЧА

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук

ФАЗОВІ РІВНОВАГИ В ПОТРІЙНИХ СИСТЕМАХ ХРОМУ З ВУГЛЕЦЕМ І d-МЕТАЛАМИ V ГРУПИ

Спеціальність: Фізична хімія

Довбенко Олександр Іванович

Київ, 2003 рік



1. ЗАГАЛЬНИЙ ЗМІСТ

Актуальність теми. Сучасна техніка потребує матеріалів, які характеризуються високою зносостійкістю та жароміцністю. Для наукового обґрунтування розробки нових матеріалів необхідна інформація про діаграми стану відповідних систем. Знання про структуру сплавів і процеси їх утворення, врахування стабільності та складу фаз, що знаходяться в рівновагах, дозволяють провести вибір складів сплавів, перспективних для промислового використання, та оптимізувати умови їх виробництва і експлуатації.

Композиції на основі тугоплавких систем, що включають хром та тугоплавкі карбіди, вважаються перспективними матеріалами з високими експлуатаційними характеристиками при високих температурах і навантаженнях, про що свідчить ряд статей та патентів. Проведені в Інституті проблем матеріалознавства та Інституті металофізики НАН України дослідження систем хром-d-метали IV групи-вуглець показали перспективність евтектичних сплавів хром карбід титану для розробки нових жароміцних матеріалів. Аналогічні системи з d-металами V групи, в яких існують евтектики такого ж типу, вивчені недостатньо. Тому дослідження фазових рівноваг у системах хрому з вуглецем і d-металами V групи є актуальним, оскільки воно дасть змогу виявити склад сплавів, цікавих з точки зору практичного використання, і прослідкувати закономірності зміни топології будови діаграм стану систем хром-d-метал IV-VI групи-вуглець.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Робота виконана у відділі фізичної хімії неорганічних матеріалів Інституту проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича (м. Київ) у рамках теми Діаграми стану і термодинаміка багатокомпонентних систем на основі s, p-елементів і перехідних металів, як наукова основа розробки конструкційних сплавів з підвищеною питомою міцністю, жаростійких покриттів, високотемпературних припайних матеріалів та сплавів з особливими електрофізичними властивостями*, номер державної реєстрації 0100U006338 (2000-2002 рр.).

Мета і задачі дослідження. Мета роботи - побудувати діаграми стану систем:

Cr - Nb - C

Cr - Ta - C

- у широкому температурному і в повному концентраційному інтервалах на основі експериментального дослідження сплавів цих систем та спільної обробки отриманих результатів та літературних даних, на основі аналізу отриманих та літературних даних про будову діаграм стану систем, утворених хромом з d-металами IV-VI групи та вуглецем, встановити загальні риси фізико-хімічної взаємодії для систем цієї групи, визначити склад сплавів, перспективних для практичного використання.

Досягнення поставленої мети вимагало постановки та вирішення таких задач:

1. На основі критичного аналізу літературних даних про структуру фаз та фазові рівноваги в потрійних системах і обмежуючих подвійних, побудувати робочі моделі діаграм стану цих систем в області плавлення-кристалізації, намітити склад сплавів і план проведення експериментальних досліджень;

2. Дослідити структуру литих і відпалених при субсолідусних температурах сплавів, їх фазовий склад та склад фаз, що знаходяться в рівновазі. Установити температуру і характер фазових перетворень сплавів у всій області складів;

3. На основі отриманих результатів побудувати діаграми стану систем у вигляді проекції поверхонь солідуса, ліквідуса, діаграми плавкості, схем реакцій та, використовуючи отримані і літературні дані, побудувати політермічні перерізи через важливі області складів;

4. Проаналізувати особливості діаграм стану систем хром-d-метал V групи-вуглець з огляду на їх місце серед споріднених;

5. На основі результатів вимірювання мікротвердості фаз і евтектик, а також твердості евтектичних хром карбідних сплавів при високих температурах (гарячої твердості) оцінити їх перспективність для розробки нових матеріалів.

Об'єкти дослідження: сплави потрійних систем у литому та відпаленому станах.

Предмет дослідження: фазові рівноваги в потрійних системах.

Методи дослідження: рентгенівський фазовий аналіз (камера РКД-57, випромінювання CuK та CrK), оптична мікроскопія (мікроскопи ММР-4 і МИМ-8, збільшення 100-1000), локальний рентгеноспектральний аналіз та скануюча електронна мікроскопія (прилади “Superprobe-733” та “Camebax-SX50”), високотемпературний диференційний термічний аналіз (метод Ю.А. Кочержинського, струнна термопара вольфрам ВР-20), пірометричні вимірювання температур солідуса сплавів методом Пірані-Альтертума (пірометр ЭОП-66), вимірювання твердості евтектичних сплавів при високих температурах за Віккерсом та мікротвердості фаз при кімнатній температурі.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що вперше комплексом методів фізико-хімічного аналізу досліджені в повному інтервалі концентрацій фазові рівноваги в потрійних системах в області плавлення-кристалізації сплавів. Встановлено спосіб кристалізації сплавів і фізико-хімічні характеристики твердих фаз. Сукупна обробка отриманих експериментальних та опублікованих даних про фазові рівноваги в цих системах дозволила побудувати надійні діаграми стану систем у всьому концентраційному і широкому температурному інтервалах.

Практичне значення одержаних результатів. Отримані дані представляють собою надійну довідкову інформації про структуру сплавів та фазові перетворення в системах при температурах плавлення-кристалізації. В ході роботи виявлено області складів, в яких реалізується дисперсна евтектична структура, що може розглядатися як натуральний (in-situ) хромоматричний композит із карбідною зміцнюючою фазою. Показано, що за гарячою твердістю сплави на основі квазібінарних евтектик (NbC) та (TaC) переважають сплави на основі квазібінарної евтектики (Cr), а також відомий жароміцний сплав на основі нікелю ЭП220ВД, який використовується в промисловості. Таким чином, ці композиційні матеріали слід розглядати як перспективні для розробки нових жароміцних жаростійких матеріалів.

Особистий внесок здобувача. Дисертант особисто виконав основний об'єм експериментальних досліджень фазових рівноваг в потрійних системах: виплавку і термообробку сплавів, металографічний аналіз, індексування рентгенограм і розрахунок періодів ґраток фаз, вимірювання температур солідуса.

Хімічний аналіз сплавів здійснено в хімічній лабораторії Інституту проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України. Визначення складу фаз методом локального рентгеноспектрального аналізу проведено співробітниками відділів №20 і 22 за участю дисертанта.

Вимірювання гарячої твердості проведено співробітниками відділу №22, вимірювання мікротвердості та ДТА - співробітниками відділу №6 і обговорені за участю дисертанта. Обробка та інтерпретація експериментальних даних проведена дисертантом у відповідності із вказівками наукового керівника. Всі отримані результати обговорені з д.х.н., проф. Т.Я. Великановою.

Апробація роботи. Результати роботи представлені на XXVIII International Conference CALPHAD, Grenoble (France), 1999, X International IUPAC Conference on High Temperature Materials Chemistry, Juelich (Germany), 2000, International Conference “Eutectica V”, Dnepropetrovsk (Ukraine), 2000, International Symposium on User Aspects of Phase Diagrams, Sendai (Japan), 2000, Sixth International School “Phase Diagrams In Materials Science”, Kyiv (Ukraine), 2001, VIII International Conference on Crystal Chemistry of Intermetallic Compounds, Lviv (Ukraine), 2002.

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 11 друкованих праць, з них 4 статті у наукових журналах та 7 тез конференцій.

Структура роботи. Дисертація складається з вступу, семи розділів, загальних висновків та списку використаних літературних джерел із 96 найменувань. Робота викладена на 148 сторінках основного тексту і включає 48 рисунків та 18 таблиць.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовується актуальність теми дисертаційної роботи, визначається мета і завдання досліджень, наукова новизна, наукова і практична цінність роботи.

У розділі 1 подано літературні відомості про фізико-хімічні властивості компонентів, кристалічну структуру фаз і будову діаграм стану подвійних систем, що обмежують потрійні системи. Зроблено висновок, що діаграми стану подвійних систем вивчені досить повно. Приведені в літературі сучасні варіанти діаграм стану подвійних систем, що достатньо надійні і не потребують експериментальних уточнень.

У розділі 2 проаналізовано літературні відомості про будову діаграм стану потрійних систем:

Cr - V (Nb Ta) - C

Показано, що, незважаючи на великий інтерес науковців до сплавів хрому, діаграми стану не всіх систем із d-металами V групи досліджені достатньо. Серед них найбільш вивчена система: побудовані ізотермічні перерізи при 1000 і 1350С, проекція поверхні та діаграми плавкості в області:

V - V2 C - Cr 7C3 - Cr



Також, наведено перелік нонваріантних і моноваріантних фазових рівноваг за участю рідини. У системі існує потрійна фаза VCr2C2 та спостерігається значна взаємна розчинність карбідів хрому і ванадію, найбільшу протяжність областей твердих розчинів мають фази на основі обох карбідів ванадію, V2C та VC1.

Потрійні системи в усьому інтервалі концентрацій вивчались тільки в твердому стані при порівняно низьких температурах (1000°С в роботі Федорова та співавт. (1968) і 1350С - Рассаертс та співавт. (1965)), та в обмеженій області складів:

NbCr2 - NbC1 - x - C - Cr



При високих температурах (попередні дослідження Великанової та співавт. (1991)). Фазові рівноваги в цих системах суттєво відмінні від тих, що мають місце в системі Cr. Повідомлення Куо (1953) про існування потрійного карбіду Nb3Cr3C пізніше не підтверджено. У роботі Гуха та співавт. (1972) повідомлялось, що температура квазібінарної евтектики:

L - (Cr) + (NbC) = 1100°С

Тоді як за даними Рассаертса та співавторів (1965) при 1350°С всі сплави знаходяться в твердому стані.

Таким чином, літературні дані про фазові рівноваги в потрійних системах, утворених хромом та вуглецем із ніобієм і танталом, не дають повної інформації про діаграми стану систем і певною мірою суперечливі. До початку даного дослідження діаграми стану систем в усьому інтервалі концентрацій при високих температурах не були побудовані. Не було повністю вирішеним питання про можливість утворення потрійних сполук та про здатність подвійних карбідів ніобію, танталу і карбідів хрому до взаємного заміщення металічних атомів в їх кристалічних ґратках. Всі ці дані необхідні не тільки для створення повної картини фізико-хімічної взаємодії компонентів для розглянутої групи систем-аналогів, а і для вирішення питання про можливість використання сплавів означених систем як основи для розробки жаростійких матеріалів з конкурентоздатними механічними характеристиками. Виходячи з цього, була сформульована мета та конкретні завдання даного дослідження, що наведені у вступі.

У Розділі 3 описані методи приготування, атестації і дослідження сплавів. Для приготування сплавів використовували хром електролітичний ЕРХ (99.9 мас. Cr), ніобій металічний марки НбШ-00-12 (99.7 мас. Nb), танталову жерсть (~99.8% мас. Тa) і графіт реакторний (зольністю 0.05 мас., %). Щоб по можливості зменшити відмінність температури плавлення складових шихти, сплави готували з використанням лігатур різних складів, які готувались з тих самих матеріалів і в таких же умовах, що і сплави. Склад лігатур визначали хімічним аналізом. Виходячи з даних хімічного аналізу, вміст кисню в лігатурах складає 0.005-0.017, азоту - не більше 0.001-0.003 мас.%. За даними електроіскрового спектрального аналізу лігатур:

Cr48 Nb48 C4 + Cr48 6Ta 48.5C 2.8

Де вміст у них кожної із таких домішок, як Cu, Si, Fe, Аl, та Nb чи Ta відповідно, не перевищував за порядком 10-2 мас.%. Втрати маси у процесі приготування сплавів не перевищували 2%, і їх склад, у більшості випадків був прийнятий за шихтою. Лігатуру і сплави для досліджень одержували плавкою у дуговій печі на мідному водоохолоджуваному поді в середовищі аргону (тиск 50-80 кПа), очищеного попереднім плавленням титан-цирконієвого гетеру протягом 5 хв.

Використовували вольфрамовий електрод, що не витрачається. Вихідні суміші масою 10 чи 15 г. спікали слабкою дугою, після чого тричі переплавляли перевертаючи. Після виплавки зливки подрібнювали і повторно плавили за тією ж методикою. Швидкість охолодження зливків становила приблизно 100°C/с.

Температуру фазових перетворень визначали методом диференційного термічного аналізу на приладі із струнною термопарою вольфрам/ВР-20 у захисному середовищі гелію високої чистоти.

Використовували нагрівник із вольфраму. Швидкість нагріву та охолодження становила 0.5°C/с.

Зразки поміщали у керамічні тиглі з Al2O3 або Y2O3. Температуру солідуса визначали методом Пірані-Альтертума у захисному середовищі аргону, використовуючи в якості реєструючого пристрою пірометр ЕОП-68 (його інструментальна похибка в становить 2.8 град. в області 900-1400°С, 4.0 град. для 1400-2000°С та 12.0 град. для 2000-3000°С). Сплави відпалювали при температурі на 10-30 град. нижче за температуру солідуса, протягом 30 хв. з наступним охолодженням із швидкістю 150-300 град./с. Литі і відпалені при субсолідусних температурах сплави були досліджені методами рентгенівського фазового аналізу (камера РКД-57, фільтроване випромінювання Cu-K, компаратор ІЗА-2), оптичної (мікроскопи ММР-4 та МИМ-8, збільшення від 100 до 1000) і електронної мікроскопії. Останню проводили одночасно з локальним рентгеноспектральним аналізом складу сплавів і структурних складових на приладах “Superprobe-733” і “Camebax-SX50”. Результати були статистично оброблені з урахуванням похибок методів. Інтервали надійних значень приведені для 0.95.

Мікротвердість структурних складових визначали на приладі ПМТ-3 (чотиригранна алмазна піраміда Віккерса з кутом між протилежними гранями при вершині 136°) при кімнатній температурі та навантаженнях 0.196, 0.49, 0.98 Н, тривалість витримки - 15 с.

Твердість сплавів при температурах від кімнатної до 1000°С досліджували у вакуумі методом статичного вдавлювання корундового індентора у вигляді піраміди Віккерса з навантаженням 9.81 Н прикладеним протягом 60 с. Час витримки зразка при заданій температурі перед нанесенням відбитка становив 180-300 с.

У Розділі 4 наведено результати дослідження фазових рівноваг у потрійній системі. Експериментально фазові рівноваги в системі при температурах плавлення (кристалізації) сплавів у всій області концентрацій досліджено вперше. Аналіз наявної в літературі інформації про фазові рівноваги в системі CrC та системах, утворених хромом і вуглецем з d-металами IV і VI груп, дозволив суттєво обмежити кількість складів сплавів для дослідження. Були виплавлені сплави 37 складів, що знаходяться на променевих перерізах:

C - Cr90 Nb10

Cr59 Nb41 - Cr57 C43



- є, ізоконцентраті 7 ат., та в області квазібінарної евтектики (NbC). Сплави досліджували у литому та відпаленому станах.

На основі отриманих експериментальних даних побудовано діаграму стану системи у вигляді проекцій поверхонь солідуса і ліквідуса, діаграми плавкості та схеми реакцій кристалізації сплавів, а також ряду політермічних перерізів. Положення границь фазових полів та склад фаз, що співіснують в нонваріантних рівновагах, встановлено в ході спільної обробки всієї сукупності отриманих результатів. Потрійні сполуки не знайдені. У системі реалізуються рівноваги твердого розчину на основі хрому з твердим розчином на основі вищого за вуглецем карбіду металу V групи (NbC1X).

Найбільшу протяжність області гомогенності та поверхні первинної кристалізації має фаза на основі ГЦК карбіду ніобію NbC1x.

Вона перебуває в рівновазі майже з усіма фазами системи, утворюючи з ними відповідні дво- та трифазні області. Виключенням є лише фаза на основі ніобію, яка перебуває в рівновазі тільки з фазою Лавеса і фазою на основі "ГЩУ" карбіду (Nb2C).

Розчинність хрому у ГЦК карбіді ніобію при температурах солідуса суттєво зростає порівняно із значеннями при 1050 і 1350°С, і досягає 10.5 ат., %. Розчинність хрому у “ГЩУ” карбіді Nb2C (~2 ат., % на солідусі) та ніобію у карбідах хрому (на солідусі) порівняно низька.

Моноваріантні лінії складу рідини у рівновагах карбідів ніобію з фазами подвійних систем NbCr і CrC (за виключенням вуглецю) лежать близько до відповідних сторін трикутника складів. Встановлено існування трьох квазібінарних евтектик, що утворені твердим розчином (Nb та Cr) та фазами, які плавляться конгруентно: з хромом при температурі 1640°С, із фазою Лавеса при 1696°С і карбідом Cr7C3 при 1733°С. Це дозволяє провести фазову триангуляцію системи на чотири незалежні підсистеми:

Nb - NbCr2 - NbC ~ 0.8

NbC ~ 0.8 - NbCr2 - Cr

NbC ~ 0.8 - Cr - Cr7C3

NbC ~ 0.8 - Cr7C3 - C

Окрім перелічених трифазних рівноваг, у системі існують ще чотири чотирифазні нонваріантні рівноваги конгруентного типу та три інконгруентного перехідного типу.

У Розділі 5 наведено результати дослідження фазових рівноваг у потрійній системі. Для дослідження діаграми стану потрійної системи були виплавлені сплави 33 складів (рис. 2).



Фази із структурою, відмінною від структури фаз обмежуючих подвійних систем, у потрійній системі не знайдені. У системі реалізуються рівноваги твердого розчину на основі хрому з твердим розчином на основі вищого за вуглецем карбіду танталу. Фаза на основі ГЦК карбіду TaC1x має найбільшу протяжність області гомогенності. Розчинність хрому в цій фазі при температурах солідуса зростає порівняно з розчинністю при низьких температурах (1000 і 1350°С) і досягає максимальної величини у рівновазі з (Cr3C2) - 11.5 ат., % (при 1000°С - 6 ат., %). У той же час розчинність хрому в “ГЩУ” карбіді Ta2C та танталу у карбідах хрому не перевищує 1.5 ат., %.

Моноваріантні криві складу рідкої фази, що знаходиться у рівновазі із карбідами танталу і фазами подвійних систем TaCr і CrC (за виключенням вуглецю) знаходяться близько до відповідних сторін трикутника складів. Установлено існування двох квазібінарних евтектичних рівноваг, утворених ГЦК карбідом танталу та фазами, що плавляться конгруентно (хромом і карбідом Cr7C3), а також квазібінарної евтектики між нижчим карбідом танталу (Ta2C) та фазою Лавеса. Крім перелічених трифазних нонваріантних рівноваг за участю рідини в системі встановлено існування чотирьох чотирифазних нонваріантних рівноваг конгруентного типу та трьох інконгруентного перехідного типу (табл. 2).

У Розділі 6 обговорюються особливості будови діаграм стану систем, утворених хромом та вуглецем із d-металами V групи, та їх місце серед споріднених.

Проаналізовано залежність топології діаграм стану систем:



Cr - d - MIV - VI - C

- від положення d-металу в Періодичній системі елементів. Показано, що діаграми стану і кристалічна структура фаз потрійних систем, які виділені як об'єкт аналізу, і бінарних, що їх обмежують, на даний момент вивчені досить повно, враховуючи результати даної роботи.

За своєю будовою діаграми стану систем подібні між собою.

В системах реалізується рівновага твердого розчину на основі хрому з твердим розчином на основі вищого за вуглецем карбіду d-металу IV групи. Ці ГЦК карбіди d-металів утворюють рівноваги з усіма іншими фазами системи. На поверхнях солідуса цих систем існують три складки температур, максимуми яких відповідають конодам з нонваріантними евтектичними рівновагами.

По цим конодам можна здійснити фазову триангуляцію систем. Серед цих систем вирізняється система, яка характеризується великою розчинністю хрому в фазі на основі карбіду TiС1x.

При температурах солідуса хром заміщає у цьому карбіді майже 70% атомів титану. Фазові рівноваги в системах суттєво відрізняються від систем. У системах - твердий розчин на основі хрому знаходиться в рівновазі з нижчим по вуглецю "ГЩУ" карбідом d-металів VI групи.

Фази на основі “ГЩУ” карбідів молібдену та вольфраму (Mo2C) і (W2C) мають найбільшу протяжність області гомогенності. Досить великою протяжністю областей гомогенності при високих температурах у цих системах відзначаються також ГЦК карбіди. Таким чином, за топологією поверхонь солідуса системи:

Cr - Nb (Ta) - C

- є аналогами систем з d-металами IV групи. Така відмінність у металохімічній поведінці металів однієї групи є результатом так званого діагонального зсуву хімічних характеристик елементів у Періодичній системі. Отже, якщо в основу класифікації систем:

Cr - dM (IV - VI) - C

- покласти характер рівноваг на поверхні солідуса, діаграми стану систем Cr-dMV-C слід відносити до різних класифікаційних груп.

До першої класифікаційної групи разом із системами:

Cr - (Tі Zr Hf) - C

Cr - (Nb Ta) - C

Характерною рисою цих систем є наявність рівноваги між ГЦК карбідом (структурний тип NaCl) і ОЦК-фазою на основі хрому, а також домінування в утворенні фазових рівноваг ГЦК карбіду, який знаходиться в рівновазі майже з усіма іншими фазами системи.

Система має певні особливості внаслідок прояву суттєво меншої різниці атомних радіусів хрому і титану, що приводить до утворення неперервного ряду металічного твердого розчину на солідусі і великої розчинності хрому в ГЦК карбіді (TiC).

До другої класифікаційної групи віднесені системи:

Cr - (V Mo W Tc Re) - C

Перехід від першої групи систем до другої супроводжується зміною напряму реакцій та заміною домінуючої фази на "ГЩУ" карбід M2C. Відмінною рисою систем другої групи є те, що ГЦК карбіди (типу NaCl) металів, що утворюють цю групу систем, характеризуються зниженою (у порівнянні з карбідами d-металів ІV-ої групи та карбідами ніобію і танталу) термодинамічною стабільністю.

Результати даної роботи підтверджують висновок, який був зроблений раніше в дисертаціях Т.Я. Великанової (1990) і А.В. Гриціва (1999) з аналізу поведінки інших систем, про те, що ознакою, яка поєднує системи в окремі класифікаційні групи, є певна електронно-розмірна характеристика, яка може бути представлена відношенням загального числа зовнішніх електронів (s, і, d-рівнів) d-металу IV-VI групи до його атомного радіуса rM (табл. 3).



Для одних (V, Mo, W і Tc) це проявляється в тому, що стехіометрія карбідів не досягає 1:1, для інших металів (Cr і Re) такі карбіди отримані тільки в метастабільному стані.

Період ґратки цього ГЦК карбіду CrC1x дорівнює 402 пм отримано для зразка, що містив 45 ат., % С. Автори не виключають можливості того, що зразок містив вільний вуглець. Можливо, саме більшою дефектністю за вуглецем цього карбіду пояснюється помітно менший період його ґратки у порівнянні з результатами екстраполяції даних для потрійних систем.

Першу класифікаційну групу систем утворюють d-метали ІV групи і ті метали V групи, для яких:

rC (eM / rM) < 2.7

- множник rC введений для переходу до безрозмірної величини відношення, другу - ті метали V-VІІ груп.

У Розділі 7 наведено результати вимірювання мікротвердості структурних складових сплавів систем і гарячої твердості евтектичних зразків з метою оцінки перспективності використання сплавів досліджених систем для розробки нових матеріалів. Сплави евтектичного типу, в яких твердою складовою є карбіди перехідних металів, а зв'язкою виступає тугоплавкий перехідний метал, є найбільш перспективні для розробки на їх основі нових жароміцних і жаростійких матеріалів. Мікротвердість добре корелює із зносостійкістю матеріалу, а виміри твердості при високих температурах можна розглядати як експресний метод оцінки жароміцності. У розділі наведені результати вимірювання мікротвердості структурних складових сплавів систем.

Значення твердості фази на основі карбіду ніобію (NbC1X) майже не змінюється вздовж границі області гомогенності і становить 20.9 ± 1.2 ГПа.

Цей факт можна пояснити одночасною протинаправленою дією двох факторів: збільшенням вмісту хрому у цій фазі та зростанням вмісту вуглецю.

Мікротвердість карбіду танталу (TaC1X) найвища (~25 ГПа) у двофазних сплавах (Cr) та (TaC), що узгоджується з літературними даними про максимум мікротвердості цієї фази у системі TaC при складі 0.75-0.85. При підвищенні вмісту хрому в карбідній фазі, що супроводжує підвищення вмісту вуглецю, твердість карбіду падає і досягає 17 ± 2 ГПа у двофазній області (TaC) та (Cr7C3).

Високі значення мікротвердості та гарячої твердості евтектичних сплавів вказують на їх перспективність для розробки жароміцних зносостійких матеріалів.



ВИСНОВКИ

1. В результаті експериментального дослідження фазових рівноваг в областях плавлення-кристалізації сплавів систем та критичного аналізу літературних даних вперше побудовано діаграми стану цих систем для всієї області складів у широкому температурному інтервалі, що включає плавлення (кристалізацію) сплавів. Діаграми стану потрійних систем представлені у вигляді проекцій поверхонь солідуса, ліквідуса, діаграми плавкості, схем реакцій, що проходять при кристалізації сплавів, та ряду політермічних перерізів;

2. У досліджених потрійних системах фази з кристалічною структурою, відмінною від структури бінарних фаз, не утворюються. Будову їх діаграм стану визначає найбільш термодинамічно стабільна проміжна фаза - ГЦК карбід ніобію (NbC1x) чи танталу (TaC1x), відповідно. Ця фаза знаходиться у рівновазі з усіма іншими фазами системи, за виключенням твердого розчину на основі ніобію чи танталу;

3. У кожній із досліджених систем знайдено три квазібінарні евтектики: у системі ГЦК карбід утворює квазібінарні евтектики з фазами на основі хрому, карбіду хрому Cr7C3 та фазою Лавеса, у системі дві утворені ГЦК карбідом танталу з фазами на основі хрому і карбіду, а одна - “ГЩУ” карбідом (Ta2C) з фазою Лавеса. Істинно квазібінарні розрізи у цих потрійних системах відсутні;

4. Експериментально досліджені системи за топологією їх діаграм стану відносяться до однієї групи систем хром-d-метал-вуглець разом із:

Cr - Tі (Zr Hf) - C

Важливою, з точки зору практичного використання, ознакою цих систем є існування квазібінарних евтектик, утворених тугоплавкими твердими ГЦК карбідами d-металів і фазою на основі хрому;

5. Сплави на основі квазібінарних евтектик (Cr), (NbC), (Cr), (TaC) мають високий рівень твердості (міцності), який зберігається до високих температур (~2 ГПа при 1000°С), і можуть бути використані для розробки на їх основі жаростійких жароміцних матеріалів.



ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ ВИКЛАДЕНО В ПУБЛІКАЦІЯХ

плавлення кристалізація сплав

1. Dovbenko O.I., Bondar A.A., Velikanova T.Ya., Tsyganenko N.I., Burka M.P., Bilous O.O., Artyukh L.V. Eutectic alloys of the Cr-Nb-C system // Proc. International Conf. Eutectica V. - Dnepropetrovsk (Ukraine). - 2000. - Р. 8-10.

2. Velikanova T.Ya., Bondar A.A., Dovbenko O.I. Phase equilibria in the Cr-Nb-C system // CALPHAD XXVIII International Conf. - Grenoble (France). - 1999. - P. 140.

3. Velikanova T.Ya., Bondar A.A., Dovbenko O.I. The regularity in constitution of phase diagrams for the ternary systems formed by chromium and carbon with d-metals of V group // X International IUPAC Conf. on High Temperature Materials Chemistry. - Juelich (Germany). - 2000. - P. 238.

4. Bilous O.I., Burka M.P., Tsyganenko N.I., Artyukh L.V., Bondar A.A., Velikanova T.Ya., Dovbenko O.I. The structure and high-temperature mechanical properties for ternary alloys based on chromium" // X International IUPAC Conf. on High Temperature Materials Chemistry. - Juelich (Germany). - 2000. - P. 196.

5. Velikanova T., Bilous O., Artyukh L., Bondar A., Tsyganenko N., Dovbenko O. The eutectic alloys refractory metal-refractory carbide as natural composites obtained by crystallization // International Symp. on User Aspects of Phase Diagrams. - Sendai (Japan). - 2000. - Р. 60.

6. Bondar A.A., Velikanova T.Ya., Dovbenko O.I. The CrV (Nb, Ta) - C ternary phase diagrams at subsolidus temperature // Sixth International School “Phase Diagrams In Materials Science”. - Kyiv (Ukraine). - 2001. - P. 191.

7. Dovbenko O.I., Bondar A.A., Velikanova T.Ya. Phase equilibria in the Cr-Ta-C ternary system at high temperatures // VIII International Conf. on Crystal Chemistry of Intermetallic Compounds. - Lviv (Ukraine). - 2002. - P. 45.

Размещено на Allbest.ru