О возможности использования порошка оксида иттрия как упрочняющей фазы при центробежном литье коррозионностойких сталей

Представлен анализ необходимости работ по совершенствованию составов имеющихся конструкционных материалов ответственного назначения в направлении создания металломатричных материалов, в которых объединена высокопластичная металлическая основа и тугоплавкие высокопрочные высокомодульные наполнители. Для сплавов на основе железной матрицы предпочтительными являются дисперсные частицы оксида иттрия (Y2O3 ) из-за их стабильности при температурах пирометаллургических процессов и инертности в отношении компонентов сплава. Рассмотрена технология получения новых материалов за счет введения дисперсных частиц в жидкий расплав при разливке с использованием машины центробежного литья для получения полой (трубной) заготовки. Показана возможность повышения механических и эксплуатационных свойств металломатричных материалов в сравнении с мономатериалом. Приведены результаты термодинамического моделирования высокотемпературных процессов, происходящих в системе оксид иттрия – металлическая матрица (расплав). Моделирование проведено с использованием программного комплекса FactSage. В качестве моделирующего состава матричного материала использовали состав, соответствующий стали марки 12Х18Н10Т. Расчеты выполнены из соотношения 1 г добавки оксида иттрия на 100 г матричного металлического расплава. Из результатов моделирования можно сделать вывод, что введенный дисперсный порошок оксида иттрия не взаимодействует с компонентами сплава, не диссоциирует и не претерпевает аллотропических превращений. Показана целесообразность проведения экспериментов по получению отливок центробежного литья с применением оксида иттрия в качестве упрочняющей фазы с целью возможного повышения радиационной стойкости. Обозначены направления разработки наиболее эффективной технологии создания металлических материалов на основе железной матрицы, дисперсно-упрочненной оксидом иттрия.

1. Вальтер А.И., Протопопов А.А. Основы литейного производства. – М.: Инфра-Инженерия, 2019. – 333 с.

2. Одарченко И.Б., Некрасов Г.Б. Основы технологии литейного производства. Плавка, заливка металла, кокильное литье. – М.: Высшая школа, 2013. – 225 с.

3. Комшуков В.П., Черепанов А.Н., Протопопов Е.В. и др. Исследование влияния модифицирования металла нанопорошковыми материалами на качество сортовой непрерывнолитой заготовки // Изв. вуз. Черная металлургия. 2010. № 8. С. 57 – 63.

4. Al-Mangour B., Grzesiak D., Yang J.-M. In-situ formation of novel TiC-particle-reinforced 316L stainless steel bulk-form composites by selective laser melting // Journal of Alloys and Compounds. 2017. Vol. 706. P. 409 – 418.

5. Иванов И.И., Демидик А.Н. Ферритные дисперсно-упрочненные стали горячей зоны реакторов на быстрых нейтронах // Вопросы атомной науки и техники. 2001. № 4. С. 65 – 68.

6. Singla S., Grewal J.S., Kang A.S. Wear behavior of weld overlays on excavator bucket teeth // Procedia Materials Science. 2014. Vol. 5. P. 256 – 266.

7. Портной Н.И., Бабич Б.И., Светлов И.Л. Композиционные материалы на никелевой основе. – М.: Металлургия, 1976. – 264 с.

8. Белянчиков Л.Н. Рациональная технология получения коррозионно-стойкой ферритной стали с нанокластерным оксидным упрочнением для атомной энергетики // Электрометаллургия. 2011. № 9. С. 9 – 16.

9. Порошковая металлургия и напыление покрытий / В.Н. Анциферов, Г.В. Бобров, Л.К. Дружинин и др. – М.: Металлургия, 1987. – 792 с.

10. Анциферов В.Н., Перельман В.Е. Механика процессов прессования порошковых и композиционных материалов. – М.: ИД «Грааль», 2001. – 631 с.

11. Harris I.R., Williams A.J. Grain boundaries: Their Character, Characterisation and Influence on Properties. – London: IОM Communications Ltd., 2001. – 328 p.

12. Benjamin J.S., Mercer P.D. Dispersion strengthened superalloys mechanical alloying // Metallurgical and Materials Transactions A: Physical Metallurgy and Materials Science. 1970. Vol. 1. No. 10. P. 2943 – 2951.

13. Badmos A.V., Bhadeshia H.K.D.H. The evolution of solutions: thermodynamic analysis of mechanical alloying // Metallurgical and Materials Transactions A: Physical Metallurgy and Materials Science. 1997. Vol. 28A. P. 2189 – 2194.

14. Olier P., Мabaplate J., Mathon M.H. etc. Structural and chemical characterisations of ODS ferritic steels produced by mechanical extrusion. – In: Proceedings Powder Metallurgy World Congress and Exhibition, 10-14 October 2010, Florence, Italia, 2010. P. 151 – 158.

15. Пат. 2443505 РФ. Способ получения стальной трубной заготовки / Чуманов В.И., Аникеев А.Н., Чуманов И.В.; заявл. 06.10.2010; опубл. 27.02.2012. Бюл. № 6.

16. Chumanov I.V., Chumanov V.I., Anikeev A.N. Preparation of precipitation-strengthened hollow billets for rotary dispersers // Metallurgist. 2011. Vol. 55. No. 5-6. P. 439 – 443.

17. Chumanov I.V., Kareva N.T., Chumanov V.I. etc. Study and Analysis of the Structural Constituents of Billets Hardened by Fine-Grained Particles and Formed by Centrifugal Casting // Russian Metallurgy (Metally). 2012. Vol. 2012. No. 6. P. 540 – 543.

18. Найзабеков А.Б., Панин Е.А., Лежнев С.Н. и др. Исследование влияния радиально-сдвиговой прокатки на микроструктуру и механические свойства нержавеющей стали марки 08Х18Н10Т. – В кн.: Современные инновации в области науки, технологий и интеграции знаний. Сб. материалов юбилейной международной научно-практической конференции. № 7. – Рудный: Изд-во Рудненского индустриального института, 2019. С. 197 – 204.

19. Naizabekov A.B., Lezhnev S.N., Arbuz A.S. etc. Computer modeling of radial-shear rolling of austenitic stainless steel AISI-321 // Machines. Technologies. Materials. 2018. Vol. 12. No. 12. P. 497 – 500.

20. Bale C.W., Belisle E., Chartrand P. etc. FactSage thermochemical software and databases – recent developments // Computer Coupling of Phase Diagrams and Thermochemistry. 2009. Vol. 33. P. 295 – 311.

21. Bale C.W., Bélisle E., Chartrand P., Decterov S.A. etc. FactSage thermochemical software and databases, 2010 – 2016 // Calphad – Computer Coupling of Phase Diagrams and Thermochemistry. 2016. Vol. 55. P. 35 – 53.