Аннотация
ВВЕДЕНИЕ 3
1 Самораспространяющийся высокотемпературный синтез 6
1.1 Основные понятия 6
1.2 Термодинамика зоны прогрева и реакции 8
2 Теоретические предпосылки получения композиционных борсодержащих
лигатур методом СВС 13
2.1 Анализ диаграмм состояния систем Fe-B, Ti-B, Ti-Fe 13
2.2 Термодинамический расчёт адиабатической температуры горения
системы Ti-B-Fe 18
3 Закономерности св-синтеза композиционных легирующих сплавов для
микролегирования стали бором 27
3.1 Методика проведения эксперимента на лабораторной СВС -установке ... 27
3.2 Закономерности св-синтеза композиционных легирущих сплавов на
основе различных борсодержащих систем 32
3.3 Закономерности горения системы титан-карбид бора-алюминий (Ti-B4C-
Al) 42
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 48
ЛИТЕРАТУРА 50
Развитие авиакосмической и автомобильной промышленности обусловливает потребность в новых материалах, обеспечивающих минимальные показателя веса конструкций в сочетании с заданными физикомеханическими свойствами. Большое значение в этой области имеют алюминиевые сплавы и композиты на их основе . Разработка легких сплавов на основе алюминия велась и совершенствовалась в течение многих десятилетий. Прочность и пластичность этих материалов, главным образом, достигалась за счет контроля химического состава сплава, размера зерна, твердого раствора, а также модифицирования. Однако, согласно большинству современных исследований, в области легких сплавов, оптимальным способом, удовлетворяющим требованиям физических основ
материаловедения, специфике промышленного внедрения и экономической эффективности, является создание новых материалов с гетерофазной структурой путем дисперсного упрочнения. Такие материалы, состоящие из матрицы и распределенных в ней армирующих элементов, обладают качественно новыми, зачастую уникальными свойствами .
Основной проблемой при производстве композиционных материалов является обеспечение эффективного взаимодействия матрицы и упрочняющей фазы. В частности, непосредственное введение тугоплавких частиц (особенно наноразмерных) в расплав практически невозможно вследствие их склонности к агломерации и флотации из-за плохой смачиваемости жидким металлом. Решить данную проблему возможно: используя предварительно
подготовленные лигатуры. Важное значениеимеет способ синтеза лигатуры, обеспечивающий оптимальное содержание и фазовый состав частиц упрочняющей фазы.
Большинство исследователей сходятся во мнении, что порошковые армирующие добавки препятствуют движению дислокаций и, тем самым, эффективно повышают прочность материала при комнатной и повышенной температуре. В этом случае эффективность упрочнения определяется размером частиц, их объемной концентрацией и пространственным распределением. В ряде работ подчеркивается высокая эффективность использования таких термически стабильных составов, как Al2O3, SiC, TiC, TiB2 и других углеродных и боридных соединений [7-10]. В случае оптимального введения и распределения армирующей добавки в легких сплавах можно добиться следующих результатов: расширение диапазона ра - бочих температур, значительное повышение механических свойств, моду -ля упругости, триботехнических характеристик и снижение коэффициента теплового расширения Между тем, металломатричные композиты обычно получают при введении значительного количества (от 5 до 20%) порошка с размерностью частиц до 10 мкм . По некоторым данным, уменьшение среднего размера частицы до десятков-сотен нанометров позволит улучшать свойства металломатричных композитов на основе алюминия при меньшем содержании частиц порошка.
Согласно проведенному анализу, особое внимание следует уделять способу синтеза лигатур и выбору частиц, используемых в качестве упрочняющей фазы. Одним из таких способов является самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС). Технология СВС позволяет получать неорганические соединения различных классов (карбиды, бориды, нитриды, гидриды, силициды, оксиды, интерметаллиды и фосфиды), как в виде индивидуальных соединений, так и более сложных по составу.
...
Разработан новый подход к способу получения борсодержащих легирующих сплавов, заключающийся в синтезе композиционных сплавов на основе боридов в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС).
Установлено, что для получения борсодержащих лигатур с композиционной структурой в режиме горения в качестве источника бора целесообразно использование различных борсодержащих соединений, таких как FeB, B4C, SiB6, СаВб, AIB2 и др. Показано, что во всех случаях синтез реализуется в режиме безгазового горения. С технологической и экономической точек зрения наиболее эффективным для промышленного применения является использование порошков ферробора (борид железа) и карбида бора.
Определено, что СВ-синтез в системе ферробор-титан реализуется в широком интервале изменения соотношения компонентов: от 0,5 до 1,6 (атомное соотношение B:Ti).
Выявлено, что процесс безгазового горения в системе Ti-FeB сильно зависит от дисперсности используемых шихтовых материалов. Особенно чувствительна исследуемая система к изменению размеров частиц порошка ферробора. Горение в смесях с дисперсностью ферробора, превышающей 0,1 мм, реализовать не удается.
Впервые показана возможность получения в режиме горения композиционных борсодержащих лигатур на основе системы Ti-B-Fe и других борсодержащих систем с использованием в качестве источника бора различных борсодержащих материалов: FeB, B4C, AIB2 др.
Определены основные закономерности горения комплексных борсодержащих лигатур систем Ti-Fe-B, Ti-B-С, Ti-B-Al и др. в лабораторных условиях на установке «Бомба постоянного давления» и специально сконструированном промышленном реакторе объёмом 0,15 м3. Показано, что процесс синтеза в выбранных системах происходит в режиме безгазового горения.
Разработан новый способ производства композиционных борсодержащих лигатур для микролегирования стали, основанный на синтезе горением смесей стандартных металлов и сплавов c различными соединениями бора: FeB, AIB2, B4C, и др. Способ позволяет получать композиционные легирующие сплавы с различной концентрацией бора и его металлической защитой от окисления и азотирования.
