Размер кристаллитов с увеличением температуры нагрева увеличивается для обеих выбранных систем, о чём говорит сужение пиков на дифрактограммах.
Нужно отметить, что фазовое и структурное состояние, которое достигается при МХС, отличается значительной неравновесностью (образование пересыщенных твёрдых растворов, искажений в тонкой кристаллической структуре). При нагреве до относительно небольших температур (300 - 350°C), вследствие отдыха и возврата происходит изменения в периодах решёток и незначительное увеличение размеров кристаллитов. Процессы отдыха и возврата подтверждаются экзотермическими эффектами, полученными при ДТА.
В ГЛАВЕ 5 представлены результаты по консолидации порошков сплавов Ti – 35% (ат.) Fe и Ni – 33% (ат.) Ti, полученных механохимическим синтезом.
Компактирование порошка, полученного механохимическим синтезом, является особенно важной технологической задачей. Её решение позволит получать объёмные и массивные полуфабрикаты или изделия в объёмном наноструктурном состоянии.
Сочетание механохимического синтеза и процесса консолидации порошка, с целью получения объёмных компактов, даст возможность измерения приобретённых в ходе механохимического синтеза физических и механических свойств. Кроме того, посредством полученных объёмных компактов, могут быть исследованы важные и для магнитных и для механических свойств процессы релаксации. При этом способ изготовления образцов путём компактирования, должен сохранять уровень упрочнения и соответствующее фазовое и структурное состояние (наноструктурное), что возможно при минимальных допустимых деформационных статических нагружениях и минимальных термических воздействиях.
С целью получения объёмных образцов смеси порошков Ti – 35% (ат.) Fe и Ni – 33% (ат.) Ti подвергались МХС в течение 10, 30 и 60 минут. Полученные после каждого этапа МХС порошки сплавов делились на две равные части. Одна из частей незамедлительно подвергалась исследованиям (фазовый анализ, анализ тонкой кристаллической структуры, определение размера кристаллитов, анализ микротвёрдости) и статическому прессованию давлением 510 МПа. Дифрактограммы порошков сплавов после каждого этапа МХС представлены на рисунке 4. Вторая часть порошка подвергалась вылёживанию в течение одного месяца, а затем подвергалась аналогичным, что и первая часть порошков, исследованиям и прессованию.
a b
Рис. 4. Дифрактограммы смеси порошков Ti-35% (ат.) Fe (a) и Ni-33% (ат.) Ti (b), после 10, 30, 60 мин МХС. Скоростью вращения водила 620 об/мин, обработка в атмосфере воздуха.
При сравнении результатов исследований проведённых сразу после МХС и через месяц после МХС, можно увидеть, что за время вылёживания заметных изменений, как в результатах качественного, так и количественного анализа, не происходит. Не происходит заметных изменений и в размерах кристаллитов. Заметные изменения происходят в микротвёрдости (Таблица 3). Причинами изменения микротвёрдости, могут быть релаксационные процессы, происходящие за время вылёживания при комнатной температуре после проведения МХС.
Таблица 3. Микротвёрдость порошков сплавов, полученных МХС.
Время МА, мин | Измеренние сразу после механохимического синтеза | Измеренние после вылёживания порошка (1 месяц) | ||||
10 | 30 | 60 | 10 | 30 | 60 | |
Микротвёрдость, HV | ||||||
Ti – 35% (ат.) Fe | 370 ±25 | 830 ±30 | 440 ±30 | 340 ±10 | 460 ±30 | 320 ±10 |
Ni – 33% (ат.) Ti | 400 ±25 | 630 ±15 | 700 ±40 | 210 ±15 | 320 ±15 | 440 ±20 |
Немонотонное изменение микротвёрдости порошков сплавов от времени обработки, полученных МХС смеси порошков Ti – 35% (ат.) Fe, с максимумом при 30 минутах (Таблица 3), можно объяснить соотношением кристаллических и аморфных фаз. С увеличением времени МХС микротвёрдость может увеличиваться вследствие увеличения доли аморфной фазы и её вкладом в общее значение микротвёрдости наряду с кристаллической фазой. Увеличение времени МХС приводит к уменьшению микротвёрдости из-за дальнейшего увеличения доли аморфной фазы.
Результаты проведённых испытаний на схватываемость (свариваемости частиц металла при холодной деформации) частиц порошков сплавов, полученных МХС, представлены в таблице 4. Образец для испытаний представлял собой спрессованную таблетку толщиной 2,3 мм и диаметром 15 мм. Схема испытаний представляла собой испытания на изгиб. Прочность рассчитана, как отношение приложенной нагрузки до разрушения образца к площади поверхности, образующейся при разрушении, погрешность измерения составляла 0,2 МПа.
Таблица 4. Прочность образцов, спрессованных из порошков сплавов, полученных МХС.
Время МА, мин | Прессование сразу после механохимического синтеза | Прессование после вылёживания порошка (1 месяц) | ||||
10 | 30 | 60 | 10 | 30 | 60 | |
Прочность образцов, МПа | ||||||
Ti – 35% (ат.) Fe | 9,7 | 3,3 | 6,2 | 3,0 | 0,8 | 1,0 |
Ni – 33% (ат.) Ti | 8,9 | 7,5 | 2,0 | 3,1 | 0,9 | 0,5 |
С увеличением времени вылёживания схватывание частиц порошка между собой уменьшается, тем самым уменьшается и прочность спрессованных образцов. Возможно, причиной этого является дезактивация активированного порошка после МХС, основным механизмом дезактивации, по нашему мнению, является окисление поверхности частиц. На схватывание влияет и фазовый состав механосинтезированных сплавов, образование интерметаллических соединений способствует улучшению схватывания частиц порошка.
Таким образом, происходит изменение уровня запасённой энергии не только в ходе МХС, но и во время вылёживания уже после МХС.
Для повышения эффективности консолидации и увеличения прочности получаемых образцов, при их прессовании проводили подогрев до температур 300-350°C, что не приводит к заметным фазовым и структурным изменениям у порошков сплавов, полученных МХС (отмечено в главе 4). То есть, сохраняется комплекс механических и физических свойств приобретённых при МХС.
Исходя из приведенных выше результатов рентгеновского дифракционного анализа, образование интерметаллического соединения FeTi происходит после 120 минут МХС, а образование интерметаллического соеденения Ni3Ti после 30 или 60 минут МХС. Дополнительные эксперименты по обработки выбранных смесей порошков в течение 120 и 60 минут показала стабильность образования интерметаллических соединений FeTi и Ni3Ti.
Смеси порошков Ti – 35% (ат.) Fe и Ni – 33% (ат.) Ti обрабатывали в течение 120 минут, затем, непосредственно сразу после МХС, часть порошков подвергалась прессованию с подогревом до 300-350°C и выдержкой в течение 30 минут. Другая часть порошков подвергалась вылёживанию в течение 1 месяца с последующим прессованием с подогревом.
Установлено, что образцы, полученные прессованием с подогревом сразу после МХС, значительно отличаются от образцов, полученных прессованием после вылёживания. На рисунке 5 представлена фотография двух образцов полученных консолидацией с подогревом до 300-350°C порошков сплавов, полученных МХС смеси порошков Ti – 35% (ат.) Fe, один из образцов спрессован с подогревом сразу после МХС, второй после вылёживания в течение 1 месяца. Образцы, спрессованные после месяца вылёживания пористые, при шлифовании на наждачной бумаге очень сильно выкрашиваются. Образцы, спрессованные сразу после МХС, имеют высокую плотность, а при шлифовании удаётся получить зеркальный микрошлиф.
Рис. 5. Образцы, полученные прессованием с подогревом до 300-350°C порошков сплавов, полученных МХС смеси порошков Ti – 35% (ат.) Fe в течение 120 минут. Образец слева спрессован после месяца вылёживания. Образец справа спрессованный сразу после МХС.
Дифрактограммы образцов спрессованных с подогревом сразу после МХС и после вылёживания месяц представлены на рисунке 6.
Результаты рентгеноструктурного фазового количественного анализа показывают, что в образце, спрессованном непосредственно сразу после МХС, содержание интерметаллической фазы FeTi достигает 80%, в образце, после месяца вылёживания помимо полученной при МХС фазы FeTi образуются продукты реакции взаимодействия исходных компонентов с воздухом.
a b
Рис. 6. Дифрактограммы образцов консолидированных из порошков сплавов, полученных МХС смеси порошков Ti – 35% (ат.) Fe в атмосфере аргона, спрессованных при 300-350°C сразу после МХС (a) и после вылёживания в течение 1 месяца (b).
С целью подтверждения результатов по прочности были проведёны дополнительные эксперименты со схемой испытания на сжатие спрессованных образцов (таблица 5).
Таблица 5. Прочность образцов спрессованных из порошков сплавов полученных МХС.
№ | Образец | Диаметр, мм | Длина, мм | Прочность, МПа | Микротвёрдость образца, HV |
1 | Ti – 35% (ат.) Fe – сразу после МХС (рисунок 6 a). | 10 | 10 | 238 | 434 |
2 | Ti – 35% (ат.) Fe – вылёживание 1 месяц на воздухе после МХС (рисунок 6 b). | 10 | 10 | 33 | 351 |
3 | Ti – 35% (ат.) Fe – вылёживание 1 месяц в аргоне после МХС. | 10 | 10 | 224 | 425 |
Сопоставляя результаты полученной прочности (таблице 5) и исходя из результатов дифрактограмм, можно заключить, что низкие прочностные свойства образцов спрессованных через месяц после МХС объясняются появлением в них соединений исходных элементов с компонентами воздушной атмосферы. Кроме того, за время вылёживания, может меняться состав и состояние поверхности частиц порошка (происходить окисление), что также является причиной снижения схватываемости. Помимо этого, на повышение прочности может влиять образованием интерметаллических соединений при МХС, что подтверждается тем, что из порошков сплавов имеющих интерметаллические фазы при прессовании получаются образцы более высокой прочности. Таким образом, это ещё раз подтверждает, что на прочность образцов спрессованных из порошков сплавов полученных МХС влияет как время нахождения порошка между операцией МХС и консолидацией, так и количество образующегося интерметаллического соединения.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 |
Основные порталы (построено редакторами)