Влияние титана и циркония на структуру и жаростойкость низкоуглеродистых железоалюминиевых сплавов

В работе рассмотрен вопрос влияния на стойкость и жаростойкость низкоуглеродистых железоалю ферминиевых сплавов ввода в них, титан и цирконий. Теоретически и опытным путем доказано, что добавка 1,0% (по массе) титана и 0,1% (по массе) циркония в низкоуглеродистый железоалюминиевый расплав, обеспечивающий 12 - 14% (по массе) алюминия, измельчает его повышенное временное сопротивление и жаростойкость. Титан и цирконий, сильные карбидообразующие элементы, при вводе в низкоуглеродистый железоалюминиевый сплав образуют большое количество центров кристаллизации, тем самым влияя на его микроструктуру. Это позволяет получить измельченное и более равноосное зерно по сравнению со сплавами без добавок, что в свою очередь повышает предел прочности обработанного сплава. Кроме использования титана в качестве модифицирующей добавки в низкоуглеродистый железоалюминиевый сплав позволяет повысить его жаростойкость, которая увеличивает его жаростойкость известной хромоникелевой стали марки 20Х23Н18. Как итог, на основе исследования влияния модифицирующих добавок титана и циркония на устойчивость и жаростойкость низкоуглеродистых железоалюминиевых сплавов была добавлена ​​новая технология их получения.

1. Чернобровкин В.П. Сырьевая безопасность черной металлургии России. Челябинск, 2011. 81 с.

2. Мюльгес К. От атома до автомобиля // Черные металлы. 2015. № 8. С. 53‒55.

3. Пат. 2487950 RU. Способ получения алюминиевого чугуна с компактными включениями графита / Бикулов Р.А., Сафронов Н.Н.; заявл. 13.04.2012; опубл. 20.07.2013. Бюл. № 20.

4. Пат. 2590772 RU. Способ получения алюминиевого чугуна / В.В. Катаев, О.Ю. Шешуков, В.П. Ермакова, В.Г. Смирнова, Л.А. Маршук; заявл. 09.04.2015; опубл.10.07.2016. Бюл. № 19.

5. Банных О.А., Будберг П.Б., Алисова С.П. Диаграммы состояния двойных многокомпонентных систем на основе железа. М.: Металлургия, 1986. 189 с.

6. La P.Q., Lu X.F., Yang Y., Wei Y.P., Zhao Y., Cheng C.J. Effect of Mo on microstructure and mechanical properties of bulk nanocrystal line Fe3 Al materials prepared by aluminothermy reaction // Materi als Science and Technology. 2011. Vol. 27. No. 8. P. 1303‒1308. https://doi.org/10.1179/026708310X12738371693094

7. Shankar Rao V., Raja V.S., Baligidad R.G. Effect of carbon on the long-term oxidation behavior of Fe3 Al iron aluminides // Oxidation of Metals. 2002. Vol. 57. No. 5/6. P. 449‒470. http://doi.org/10.1023/A:1015348320981

8. Sun Y.F., Lv Y.Z., Zhang Y., Zhao J.Y., Wu Y. Microstructural and properties evolution of austenitic heat resistant steel after addition of aluminium // Materials Science and Technology. 2013. Vol. 29. No. 5. P. 511‒516. http://doi.org/10.1179/1743284712Y.0000000177

9. Li C.A., Xiong J., Sun L., Liao Z., Peng M.C. Effect of Si content in hot dipping aluminium bath on Al–Fe bonding layer of aluminium piston with reinforced cast iron ring // Materials Science and Tech nology. 2012. Vol. 28. No. 8. P. 953‒958. http://doi.org/10.1179/1743284712Y.0000000034

10. Schneider A., Sauthoff G. Iron aluminium alloys with strengthen ing carbides and intermetallic phases for high- temperature applica tions // Steel Research International. 2004. Vol. 75. No. 1. P. 55‒61. https://doi.org/10.1002/srin.200405927

11. Prakash U. Intermetallic matrix composites based on iron alumi nides // Intermetallic Matrix Composites. 2018. P. 21‒35. http://dx.doi.org/10.1016/B978-0-85709-346-2.00002-9

12. Prakash U., Buckley R., Jones H., Sellars C. Structure and proper ties of intermetallics based on the Fe–Al system // ISIJ International. 1991. Vol. 31. No. 10. P. 1113‒1126. https://doi.org/10.2355/isijinternational.31.1113

13. Shivkumar K., Baligidad R.G., Sankar M., Satya Prasad V.V. Effect of melting process and aluminium content on the microstructure and mechanical properties of Fe–Al alloys // ISIJ International. 2010. Vol. 50. No. 10. P. 1483‒1487. https://doi.org/10.2355/isijinternational.50.1483

14. Sheshukov O.Y., Ermakova V.P., Marshuk L.A., Smirnova V.G., Kataev V.V. Сonnections of the microstructure of the Fe–Al (25–33 % wt.) with its composition and cooling rate from the li quid state // Advances in Materials Research. 2013. Vol. 602–604. P. 594‒597.

15. Шешуков О.Ю., Ермакова В.П., Смирнова В.Г., Катаев В.В., Овчинникова Л.А., Лапин М.В., Долматов А.В. Влияние содержания алюминия на структуру и механические свойства сплавов на основе системы Fe–Al // Рациональное природопользование и передовые технологии материалов. Ежегодное научно практическое издание. Институт металлургии УрО РАН. ЦКП «Урал-М». Екатеринбург: Эзапринт, 2015. С. 83‒85.

16. Шешуков О.Ю., Ермакова В.П., Маршук Л.А., Смирнова В.Г., Катаев В.В. К вопросу повышения жаростойкости материалов // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2012. Т. 14. № 1–2. С. 593‒596.

17. Смирнова В.Г., Ермакова В.П., Катаев В.В., Маршук Л.А., Некрасов И.В., Шешуков О.Ю. Способ изменения структуры литых Fe–Al сплавов путем ввода титансодержащих модификаторов // Труды научно-практической конференции с международным участием и элементами школы молодых ученых «Перспективы развития металлургии и машиностроения с использованием завершенных фундаментальных исследований и НИОКР: «ФЕРРОСПЛАВЫ». Екатеринбург: ООО «Альфа Принт», 2018. С. 297‒303.

18. Некрасов И.В., Смирнова В.Г., Ермакова В.П., Мельчаков С.Ю., Катаев В.В., Маршук Л.А., Шешуков О.Ю. Влияние модификаторов, содержащих Ti и Zr, на зеренную структуру литых Fe – 12 % Al сплавов // Фундаментальные и прикладные задачи механики деформируемого твердого тела и прогрессивные технологии в машиностроении: Материалы V Дальневосточной конференции с международным участием. Комсомольск-на Амуре: КнАГУ, 2018. С. 140‒143.

19. Катаев В.В. Разработка технологии получения железоалюминиевых сплавов: Дис. … канд. техн. наук. Екатеринбург, 2020. 138 с.

20. ГОСТ 1497-84. Металлы. Методы испытания на растяжение. М.: Государственный комитет стандартов совета министров СССР. 32 с.

21. ГОСТ 6130-71. Металлы. Методы определения жаростойкости. М.: Государственный комитет стандартов совета министров СССР. 13 с.

22. Конструкционные материалы: Справочник / Под редакцией Б.Н. Арзамасова. М.: Машиностроение, 1990. 688 с