О введении карбида вольфрама W2C в коррозионностойкую сталь марки 08Х18Н10Т и его влиянии на механические свойства

Изучены межфазные явления и реакции между карбидом вольфрама W₂C и расплавом коррозионностойкой стали с помощью экспериментов по смачиванию. Исследование рассматриваемого процесса проведено по методике высотемпературного контактного нагрева подложки W₂C и металлического образца из стали марки 08Х18Н10Т. Установлено, что карбид вольфрама W₂C обладает хорошими показателями смачиваемости коррозионностойкой сталью. Угол смачивания составляет 135 – 145°. Исследована поверхность подложки методом электронной сканирующей микроскопии для определения состава полученных продуктов реакции. Анализ полученных результатов позволяет констатировать, что по всей площади контакта содержание химических элементов варьируется, но картина их распределения по площади контакта равномерная. Полученные данные позволяют сделать предположение о применимости сочетания рассматриваемых компонентов для создания дисперсно-упрочненных материалов. С этой целью проведены эксперименты по получению дисперсно-упрочненных центробежно-литых заготовок различными типами литья (горизонтального и вертикального). Для получения экспериментальных материалов проводилось введение в процессе центробежного литья горизонтального и вертикального типов в слитки карбида вольфрама в количестве 1 % (по массе). После получения экспериментальных материалов проведены исследования ряда механических свойств (временное сопротивление разрыву, предел текучести и твердость). Полученные в ходе экспериментальных исследований результаты позволяют сделать вывод о том, что при применении дисперсного упрочнения в процессе центробежного литья возможно получать металлические материалы с повышенными механическими свойствами. Временное сопротивление разрыву увеличивается (в среднем по всем образцам) на 2,49 %, предел текучести – на 2,27 %, твердость – на 5,02 %. Это соотносится с положениями о физико-химических свойствах металлов при применении технологий дисперсного упрочнения.

1. Guzenkov S.A., Fedorov D.N., Rutskii D., Gamanyuk S.B. Increasing the structural strength of cast steel by powder modification // Steel in Translation. 2010. Vol. 40. No. 3. Р. 294–297. https://doi.org/10.3103/S096709121003023X

2. Korostelev A.B., Zherebtsov S.N., Sokolov P., Chumak­Zhun D.A. Modification of heat­resistant nickel alloy with a combined inoculator // Metallurgist. 2011. Vol. 54. No. 9. P. 711–713. https://doi.org/10.1007/s11015-011-9363-0

3. Harris I.R., Jones I.P. Grain Boundaries: Their Character, Characterisation and Influence on Properties. London: IОM Communications Ltd., 2001. 456 p.

4. Kuzmanov P., Dimitrova R., Lazarova R., Cherepanov A., Popov S., Petrov R., Manolov V. Investigation of the structure and mechanical properties of castings of alloy AlSi7Mg, cast iron GG15 and GG25 and steel GX120Mn12, modified by nanosized powders // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Part N: Journal of Nanoengineering and Nanosystems. 2014. Vol. 228. No. 1. P. 11–18. https://doi.org/10.1177/1740349913510295

5. Lamei C., Guangxun L., Huaipeng G. Modification of the structure and properties of heat­resistant alloys with the help of nanopowders of refractory, compounds. In: Manufacturing and Measurement on the Nanoscale, 3M­NANO: Int. Conf. on Manipulation. 2012. P. 385–388. https://doi.org/10.1109/3M-NANO.2012.6472998

6. Chumanov I.V., Anikeev A.N., Chumanov V.I. Fabrication of functionally graded materials by introducing wolframium carbide dispersed particles during centrifugal casting and examination of FGM’s structure // Procedia Engineering. 2015. Vol. 129. P. 816–820. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2015.12.111

7. Krishna A.R., Arun A., Unnikrishnan D., Shankar K.V. An investigation on the mechanical and tribological properties of alloy A356 on the addition of WC // Materials Today: Proceedings. 2018. Vol. 5. No. 5. Part 2. P. 12349–12355. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2018.02.213

8. Al­Mangour B., Grzesiak D., Yang J.­M. In­situ formation of novel TiC­particle­reinforced 316L stainless steel bulk­form composites by selective laser melting // Journal of Alloys and Compounds. 2017. Vol. 706. P. 409–418. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.01.149

9. Wei C., Song X., Fu J., etc. Effect of carbon addition on microstructure and properties of WC–Co cemented carbides // Journal of Materials Science and Technology. 2015. Vol. 28. No. 9. P. 837–843.

10. Li H.W., Li G.P., Chen W., Sun L.H., Luo F.H., Du Y., Wang S.T. Effect of WС and Co on the microstructure and properties of TiC steel­bonded carbide // Materials Science Forum. 2017. Vol. 898. P. 1468–1477. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.898.1468

11. Chumanov I.V., Matveeva M.A., Anikeev A.N. On the prospects of introduction of modifying carbides WC and B4C in the production of 12Kh18N10T steel used in power engineering industry // Russian Metallurgy (Metally). 2020. Vol. 2020. No. 12. P. 1362–1365. https://doi.org/10.1134/S0036029520120101

12. Kiviö M., Holappa L., Yoshikawa T., Tanaka T. Interfacial phenomena in Fe–TiC systems and the effect of Cr and Ni // High Temperature Materials and Processes. 2012. Vol. 31. No. 4­5. P. 645–656. https://doi.org/10.1515/htmp-2012-0102

13. Kiviö M., Holappa L., Yoshikawa T., Tanaka T. Interfacial phenomena in Fe/stainless steel–TiC systems and the effect of Mo // High Temperature Materials and Processes. 2014. Vol. 33. No. 6. P. 571–584. https://doi.org/10.1515/htmp-2013-0082

14. Xi L., Kaban I., Nowak R., Kudyba A., Bruzda G., Polkowska A., Homa M., Turalska P., Tangstad M., Safarian J., Moosavi­Khoonsari E., Datas A. Wetting, reactivity, and phase formation at interfaces between Ni–Al melts and TiB 2 ultrahigh­temperature ceramic // Journal of the American Ceramic Society. 2017. Vol. 101. P. 911–918. https://doi.org/10.1007/s11665-017-3114-8

15. Watanabe Y., Inaguma O., Sato H., Miura­Fujiwara E. A novel fabrication method for functionally graded materials under centrifugal force: the centrifugal mixed­powder method // Materials. 2009. Vol. 2. No. 4. P. 2510–2525. https://doi.org/10.3390/ma2042510

16. El­Hadad S., Sato H., Miura­Fujiwara E., Watanabe Y. Fabrication of Al/Al 3Ti functionally graded materials by reaction centrifugal mixed­powder method // Japanese Journal of Applied Physics. 2011. Vol. 50. No. 1. Part 2. Article 01AJ02. https://doi.org/10.1143/JJAP.50.01AJ02

17. Chumanov V.I., Chumanov I.V., Anikeev A.N., Garifulin R.R. Hardening of the surface layers of a hollow billet formed by centrifugal casting // Russian Metallurgy (Metally). 2010. Vol. 2010. No. 12. P. 1125–1128. https://doi.org/10.1134/S0036029510120104

18. Sabirov I., Enikeev N.A., Murashkin M.Y., Valiev R.Z. Bulk Nanostructured Materials with Multifunctional Properties. Cham: Springer International Publishing, 2015. 118 p.

19. Singla S., Grewal J.S., Kang A.S., Grewal J.S., Cheema G.S. Wear behavior of weld overlays on excavator bucket teeth // Procedia Materials Science. 2014. Vol. 5. P. 256–266. https://doi.org/10.1016/j.mspro.2014.07.265

20. Anikeev A.N., Chumanov I.V., Sedukhin V.V. Studying the effect of fine particles of tungsten carbide on the macro­structure, hardness and microhardness of gradient steel billets // Materials Science Forum. 2020. Vol. 986 MSF. P. 3–8.