Izvestiya Vuzov Tsvetnaya Metallurgiya (Proceedings of Higher Schools Nonferrous Metallurgy / Известия вузов. Цветная металлургия
Not a member yet
659 research outputs found
Sort by
Влияние частичного замещения титана его гидридом на структуру и свойства жаропрочного сплава TNM-B1, полученного методом горячего изостатического прессования СВС-порошка
Get PDFThis paper investigates the influence of partial substitution of titanium by its hydride on the microstructure and mechanical properties of TNM-B1 alloy obtained by powder metallurgy technology. The impact of the Ti:TiH2 ratio in the reaction mixture and heat treatment modes on the microstructure and mechanical properties of TNM-B1+1%Y2O3 alloy, obtained using high-energy ball milling (HEBM), selfpropagating high-temperature synthesis (SHS), and hot isostatic pressing (HIP) methods, has been examined. It was observed that a 10 % substitution of titanium with its hydride in the reaction mixtures reduces the oxygen content in SHS products from 1 % to 0.8 % due to the generation of a reducing atmosphere during the decomposition of TiH2 in the combustion wave. When the Ti : TiH2 ratio is 90 : 10, highest mechanical properties of TNM-B1+1%Y2O3 alloy were achieved: a compressive strength (σu) of 1200±15 MPa and a yield strength (YS) of 1030±25 MPa. An increase in the proportion of TiH2 results in a higher content of oxygen impurity, leading to the formation of Al2O3, which reduces the strength and ductility of the material. With additional heat treatment of TNM-B1+1%Y2O3 alloy, the globular structure transforms into a partially lamellar one, leading to an increase in σu by 50–300 MPa, depending on the TiH2 content. This attributed to a decrease in the average grain size and a reduction in dislocation mobility during deformation.В работе исследовано влияние частичного замещения титана его гидридом на микроструктуру и механические свойства сплава TNM-B1, полученного по технологии порошковой металлургии. Рассмотрено влияние соотношения Ti:TiH2 в реакционной смеси и режимов термообработки на микроструктуру и механические свойства сплава TNM-B1+1%Y2O3, полученного с использованием методов высокоэнергетической механической обработки (ВЭМО), самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) и горячего изостатического прессования (ГИП). Установлено, что 10 %-ное замещение титана его гидридом в реакционных смесях позволяет уменьшить содержание кислорода в СВС-продуктах с 1 до 0,8 % благодаря созданию восстановительной атмосферы при разложении TiH2 в волне горения. При соотношении Ti : TiH2 = = 90 : 10 достигнуты максимальные механические свойства сплава TNM-B1+1%Y2O3: прочность при сжатии σв = 1200±15 МПа и предел текучести σ0,2 = 1030±25 МПа. Рост доли TiH2 увеличивает содержание примесного кислорода, приводящего к образованию Al2O3, который снижает прочность и пластичность материала. За счет дополнительной термообработки сплава TNM-B1+1%Y2O3 глобулярная структура преобразуется в частично ламеллярную, что приводит к увеличению σв на 50– 300 МПа в зависимости от содержания TiH2. Получаемый эффект обусловлен уменьшением среднего размера зерен и снижением подвижности дислокаций при деформации
Перспективы переработки упорного золотосульфидного сырья
Get PDFCyanide-refractory ores constitute 30 % of the world’s gold mineral resource base. With the global decrease in the availability of high-grade and free-milling ores, low-quality ores, including those rich in sulfur and arsenic, are increasingly being processed. The authors have conducted an assessment of the primary factors complicating the leaching process of refractory gold. These factors include the influence of gold distribution within the ore, the presence of preg-robbing effects, and the impact of cyanicidal minerals, notably pyrrhotite, on the leaching process. Sulfide minerals significantly affect the kinetics of gold leaching and associated reagent costs. The behavior of Fe5S6 is elucidated through the concept of “chemical depression”. Under cyanide leaching conditions, pyrrhotite actively and directly reacts with NaCN/KCN, undergoing surface oxidation by dissolved oxygen in the pulp. This leads to the formation of ferrocyanide complexes and rhodanides, which are unable to leach gold. Presently, there are two approaches to enhance the process parameters of refractory ore processing technology. The first approach involves the inclusion of preparation operations for cyanidation, aimed at liberating gold from the sulfide matrix (including hydrometallurgical and pyrometallurgical oxidation technologies and mechanical activation). An alternative approach is to use alternative reagents as leaching agents (notably thiourea, sodium and ammonium thiosulfates, and halides). The article explores means of modifying the technological process for gold extraction when ores contain substantial amounts of pyrrhotite or concentrates.Мировая минерально-сырьевая база золота на 30 % представлена упорным по отношению к цианиду сырьем. На фоне глобальной тенденции к снижению добычи богатых и легкообогатимых руд в переработку вовлекается низкокачественное сырье, в том числе и с высоким содержанием серы и мышьяка. Авторами оценены основные факторы, затрудняющие процесс выщелачивания упорного золота: влияние форм нахождения золота в сырье, наличие эффекта прег-роббинга, влияние на процесс выщелачивания минералов-цианисидов, в частности пирротина. Сульфидные минералы оказывают значительное влияние на кинетику процесса выщелачивания золота, а также на расходы реагентов. Поведение Fe5S6 описывается понятием «химическая депрессия». В условиях цианидного выщелачивания пирротин активно вступает в прямое взаимодействие с NaCN/KCN, подвергается реакциям поверхностного окисления растворенным в пульпе кислородом с образованием ферроцианидных комплексов, роданидов, не проявляющих выщелачивающую способность в отношении золота. На сегодняшний день существуют два подхода к способам повышения технологических показателей технологии переработки упорного сырья. Первый метод предполагает включение в технологическую схему операций подготовки к цианированию, нацеленных на раскрытие заключенного в сульфидную матрицу золота (гидрометаллургические и пирометаллургические технологии окисления, механоактивация). Альтернативным подходом является использование в качестве выщелачивателя иных реагентов (наиболее известные из них – тиомочевина, тиосульфаты натрия и аммония, галоиды). В статье рассматриваются способы модификации технологического процесса извлечения золота при значительных содержаниях пирротина в составе руд или продуктов обогащения
Влияние интенсивной пластической деформации на структуру и свойства сплава Zn–1%Li–2%Mg
Get PDFThrough the optimization of processing parameters, including pressure, temperature, and deformation degree, a high pressure torsion (HPT) regime was identified. This regime allows for the creation of a unique microstructure in the biodegradable Zn–1%Li–2%Mg alloy, which exhibits exceptional physical and mechanical properties. Following 10 revolutions of HPT treatment (resulting in an accumulated deformation degree, γ = 571) at the temperature of 150 °C and an applied pressure of 6 GPa, the Zn–1%Li–2%Mg alloy displayed notable mechanical characteristics, including a high yield strength (~385 MPa), ultimate tensile strength (~490 MPa), and ductility (44 %) during tensile tests. To elucidate the underlying reasons for these remarkable mechanical properties, an examination of the alloy’s microstructure was conducted employing electron microscopy and X-ray phase analysis (XPA). The study revealed the formation of a distinct microstructure characterized by alternating bands of the α-phase Zn, a mixture of Zn and ~LiZn3 phases, as well as the α-phase Zn containing Mg2Zn11 particles, as a consequence of HPT treatment. Additionally, it was observed that HPT treatment induced a dynamic strain aging process, leading to the precipitation of Zn particles in the LiZn3 phase and the precipitation of Mg2Zn11 and β-LiZn4 particles in the Zn phase. These precipitated particles exhibited a nearly spherical shape. The application of the XPA method helped to confirm that the Zn phase becomes the predominant phase during HPT treatment, and microscopy data showed the formation of an ultra-fine grained (UFG) structure within this phase. A comprehensive analysis of the hardening mechanisms, based on the newly acquired microstructural insights, revealed that enhanced strength and ductility of the Zn–1%Li–2%Mg UFG alloy can be attributed primarily to the effects of dispersion, grain boundary, and heterodeformation-induced hardening, including dislocation strengthening.Путем оптимизации параметров процессинга (давление, температура, степень деформации) найден режим интенсивной пластической деформации кручения (ИПДК), позволяющий сформировать в биоразлагаемом сплаве Zn–1%Li–2%Mg необычную микроструктуру, проявляющую уникальные физико-механические свойства. Так, после 10 оборотов ИПДК (степень накопленной деформации γ = 571), реализованной при температуре 150 °C и приложенном давлении 6 ГПа, сплав Zn–1%Li–2%Mg при испытаниях на растяжение продемонстрировал высокие показатели предела текучести (~385 МПа), предела прочности (~ 490 МПа) и пластичности (44 %). Для объяснения причин уникальных механических характеристик данного материала проанализирована его микроструктура методами электронной микроскопии и рентгенофазового анализа (РФА). Показано, что в сплаве в результате ИПДК формируется особая микроструктура, состоящая из чередующихся полос α-фазы Zn, смеси фаз Zn и ~LiZn3, а также α-фазы Zn, содержащей частицы Mg2Zn11. Установлено, что при обработке ИПДК также реализуется процесс динамического старения, в результате которого в фазе ~LiZn3 выпадают частицы Zn, а в фазе Zn – Mg2Zn11 и β-LiZn4. При этом показано, что эти частицы по форме близки к сфере. Методом РФА также установлено, что при обработке ИПДК основной становится фаза Zn, в которой, по данным микроскопии, формируется ультрамелкозернистая (УМЗ) структура. Анализ механизмов упрочнения, основанный на полученных новых сведениях о микроструктуре, показал, что основными причинами повышения прочности и пластичности УМЗ-сплава Zn–1%Li–2%Mg являются воздействия дисперсионного, зернограничного и гетеродеформационного типов упрочнения, включая дислокационный тип
Восстановление стенок кристаллизаторов машин непрерывного литья заготовок из хромоциркониевой бронзы методом многопроходной сварки трением с перемешиванием
Get PDFAn innovative technology has been developed and implemented for the restoration and manufacturing of new mold copper plates for continuous casting machines (CCMs) using wear-resistant composite coatings. These copper plates significantly surpass the service life of imported copper plates featuring galvanic coatings, sometimes by up to 20 times. However, the pressing challenge of restoring the copper plates of molds once they have reached the minimum permissible thickness remains unresolved. This study aimed to explore the feasibility of restoring a plate composed of precipitation-hardening Cr–Zr bronze with the same material by employing friction stir lap welding (FSLW). The objectives were to examine the structure, quality, and hardness of the welded joint, alongside investigating the impact of heat treatment (quenching and aging). By utilizing multi-pass FSLW method with a rotating tool crafted from a heat-resistant alloy and overlapping (partially overlapping) successive passes, a welded joint with a thickness of ~5 mm was achieved, devoid of critical continuity flaws (cracks or voids). Within the bronze layer restored through FSW, a softening effect ranging from 85–105 HV1 was observed compared to the initial hardness of the bronze in its hardened and aged state while in service (116–126 HV1). This is attributed to recrystallization and overaging, specifically the coarsening of chromium particles within the Cr–Zr bronze due to the heating of the weld nugget (stir zone) to 600–700 °C. The observed softening effect during FSW can be effectively rectified through heat treatment involving dissolution of the hardening phases followed by aging, resulting in a hardness increase to approximately 120–150 HV1. The process of restoring copper plates to their original thickness via the progressive and environmentally friendly FSW method, followed be the subsequent application of wear-resistant composite coatings, presents the opportunity for an almost infinite operational cycle of molds. This advancement could potentially eradicate the necessity for Russia to rely on importing such molds copper plates.Разработана и практически реализована инновационная технология восстановительного ремонта и производства новых стенок кристаллизаторов машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) с износостойкими композиционными покрытиями, значительно (до 20 раз) превосходящих ресурс импортных стенок с гальваническими покрытиями. Однако нерешенной остается актуальная задача восстановления медных стенок (плит) кристаллизаторов после достижения ими минимально допустимой толщины. Целью работы являлось исследование возможности восстановления плиты из дисперсионно-твердеющей хромоциркониевой бронзы марки БрХЦр этим же материалом с использованием сварки трением с перемешиванием (СТП), изучение структуры, качества и твердости сварного соединения, а также влияния на его структуру и твердость термической обработки (закалки и старения). С применением многопроходной плоскостной СТП вращающимся инструментом из жаропрочного сплава при наложении (частичном перекрытии) последовательных дорожек получено сварное соединение толщиной ~5 мм без критичных дефектов сплошности (трещин, пор). В восстановленном способом СТП слое бронзы обнаружено разупрочнение до 85–105 HV1 по сравнению с исходной твердостью бронзы в закаленном и состаренном состоянии плиты, бывшей в эксплуатации (116–126 HV1). Это связано с рекристаллизацией и перестариванием (укрупнением частиц хрома) в Cr–Zr-бронзе в результате нагрева ядра сварки (зоны перемешивания) до температур 600–700 °С. Отмеченное разупрочнение при СТП может быть эффективно устранено термической обработкой (закалкой с последующим старением), приводящей к повышению твердости до 120–150 HV1. Восстановление медных плит до первоначальной толщины прогрессивным экологичным методом СТП с последующим нанесением износостойких композиционных покрытий открывает перспективы практически бесконечного цикла эксплуатации кристаллизаторов и исключения потребности России в их импорте
Влияние лития на анодное поведение алюминиевого проводникового сплава AlTi0.1 в среде электролита NaCl
Get PDFAluminum ranks as the fourth most conductive metal, trailing behind silver, copper, and gold in electrical conductivity. Annealed aluminum demonstrates an approximate 62 % conductivity of the International IACS compared to annealed standard copper, which registers 100 % IACS at t = 20 °C. Because to its low specific gravity, aluminum exhibits twice the conductivity per unit mass compared to copper, showcasing its potential economic advantage as a material for conducting electricity. For equal conductivity (in terms of length), an aluminum conductor exhibits a cross-sectional area 60 % larger than that of copper, while weighing only 48 % of copper's mass. However, the widespread use of aluminum as a conductor in electrical engineering is often challenging and sometimes unfeasible due to its inherent low mechanical strength. Enhancing this crucial property is achievable through the addition of dopants. However, this approach tends to elevate mechanical strength at the cost of noticeable reductions in electrical conductivity. This study investigates the impact of lithium addition on the anodic behavior of an A5 aluminum conductor alloy, specifically modified with 0.1 wt.% Ti (AlTi0.1 alloy), within a NaCl electrolyte environment. The experiments were conducted utilizing the potentiostatic method in potentiodynamic mode at a potential sweep rate of 2 mV/s. Results indicate that the introduction of lithium to the AlTi0.1 alloy leads to a shift in the potentials of free corrosion, pitting, and repassivation towards positive values. Additionally, the corrosion rate decreases by 10–20 % with the incorporation of 0.01–0.50 wt.% Li. Moreover, varying concentrations of chloride ions in the NaCl electrolyte prompt fluctuations in the corrosion rate of the alloys and a shift in electrochemical potentials towards the negative range.Среди всех известных металлов алюминий по электропроводности занимает 4-е место после серебра, меди и золота. Электропроводность отожженного алюминия составляет приблизительно 62 % IACS от электропроводности отожженной стандартной меди, которая при t = 20 °C принимается за 100 % IACS. Однако благодаря малому удельному весу алюминий обладает проводимостью на единицу массы в 2 раза большей, чем медь, что дает нам представление об экономической выгодности применения его в качестве материала для проводников. При равной проводимости (одна и та же длина) алюминиевый проводник имеет площадь поперечного сечения на 60 % больше, чем медный, а его масса составляет только 48 % от массы меди. В большинстве случаев в электротехнике использование алюминия в качестве проводника затруднено, а часто и просто невозможно из-за его низкой механической прочности. Повышение этого значимого показателя возможно за счет введения легирующих добавок. В таком случае механическая прочность возрастает, вызывая, однако, заметное снижение электропроводности. В работе исследовано влияние добавки лития на анодное поведение алюминиевого проводникового сплава марки А5, модифицированного 0,1 мас.% Ti (сплава AlTi0.1), в среде электролита NaCl. Эксперименты проведены потенциостатическим методом в потенциодинамическом режиме при скорости развертки потенциала 2 мВ/с. Показано, что добавка лития в сплав AlTi0.1 способствует смещению потенциалов свободной коррозии, питтингообразования и репассивации в положительную область значений, а скорость коррозии при введении 0,01–0,50 мас.% Li снижается на 10–20 %. В зависимости от концентрации хлорид-иона в электролите NaCl отмечен рост скорости коррозии сплавов и смещение электрохимических потенциалов в область отрицательных значений
Структура и свойства сварных швов при электронно-лучевой сварке железохромоникелевого сплава ЭП718
Get PDFThis article presents the results of a study focused on the formation of structural characteristics and properties of welded joints in the EP718 alloy with a 13 mm thickness (accounting for a 3 mm technological substrate). The study explores variations in electron beam welding parameters, such as beam current and the speed of its movement across the specimen’s surface, to determine the optimal welding mode for this alloy. This alloy is crucial in the production of high-pressure stators for aircraft engines, as the component operates under low-cycle loads at high stress levels, making its performance critical. Specimens that were welded with a beam speed (ν) of 0.0042 m/s and a beam current (i) of 85 mA exhibited a minimum tensile strength of 1160 MPa. On the other hand, specimens welded with ν = 0.006 m/s and i = 65 mA demonstrated a maximum tensile strength of 1270 MPa. However, it’s noteworthy that specimens welded at 0.006 m/s with beam currents of 120 mA and 75 mA experienced fracture along the weld, while specimens welded at 0.006 m/s with a beam current of 65 mA and at 0.0042 m/s with a beam current of 85 mA exhibited fracture in the heat-affected zone at a distance of 0.5–3.0 mm from the weld. Examination of the structure of specimens welded at ν = 0.006 and 0.0042 m/s and i = 120 mA, 75 mA, and 85 mA revealed expanded grain boundaries in the heat-affected zone. Consequently, the optimal welding mode was identified as having a beam speed of 0.006 m/s and a beam current of 65 mA. In this mode, no thickened grain boundaries were detected, and a maximum tensile strength of 1270 MPa was achieved.Приведены результаты исследований особенностей формирования структуры и свойств сварных соединений сплава ЭП718 толщиной 13 мм (с учетом технологической подкладки 3 мм) за счет варьирования параметров электронно-лучевой сварки (тока луча и скорости его перемещения по поверхности образца) и определения оптимального режима сварки для данного сплава, используемого при изготовлении статора высокого давления авиационного двигателя. Деталь является ответственным крупногабаритным изделием сложной профильной формы и работает в условиях малоцикличных нагрузок при высоком уровне напряжений. Минимальный предел прочности 1160 МПа имеют образцы, сваренные при скорости перемещения луча по поверхности образца ν = 0,0042 м/с и токе луча 85 мА. Для образцов, сваренных при ν = 0,006 м/с и i = 65 мА, характерен максимальный предел прочности, равный 1270 МПа. При определении временного сопротивления у образцов, сваренных при ν = 0,006 м/с, i = 120 и 75 мА, разрушение произошло по сварному шву, а у образцов, сваренных при ν = 0,006 м/с, i = 65 мА и ν = 0,0042 м/с, i = 85 мА, – по зоне термического влияния на расстоянии 0,5–3,0 мм от сварного шва. При микроисследовании структуры образцов, сваренных при ν = 0,006 и 0,0042 м/с и i = 120, 75 и 85 мА соответственно, выявлены расширенные границы зерен в зоне термического влияния. Таким образом, оптимальным является режим сварки при скорости перемещения луча по поверхности образца 0,006 м/с и токе луча 65 мА. На данном режиме утолщенных границ зерен не обнаружено и достигается максимальный предел прочности 1270 МПа
Применение микроволнового излучения для декрипитации сподумена Колмозерского месторождения
Get PDFThe lithium-ion industry is experiencing a rapidly growing demand for compounds containing lithium. Spodumene is one of the primary industrial minerals used in the production of this metal. It exists in three polymorphic forms. In its natural state, it is known as α-spodumene, which possesses a high resistance to chemical attack due to its compact structure containing silicon and aluminum oxides. When subjected to microwave radiation, α-spodumene undergoes a transformation, first becoming the γ form and then transitioning to the β form. It is known that the β form can be chemically treated to extract lithium. In light of this, microwave exposure was applied to α-spodumene with the aim of decrepitation, followed by sulfuric acid decomposition of the mineral. The mineral was crushed into different sizes (1.0, 0.5, and 0.25 mm). Temperature changes, induced by both conventional and microwave heating, were analyzed. The heating process was continued for samples of various sizes until a temperature of 1200 °C was reached. Sulfation of calcined samples was carried out for 60 minutes at a temperature of 250 °C. After cooling to 22 °C, distilled water was added and mixed for 120 minutes in closed leaching vessels. To determine the recovery of valuable and associated components, leach cakes and the liquid phase were analyzed using inductively coupled plasma atomic emission spectrometry. Based on the analysis of experimental results, the feasibility of using microwave radiation for decrepitation of spodumene to extract lithium is confirmed. The influence of particle size on phase transformations and, consequently, the degree of lithium extraction from spodumene was investigated. It was found that the recovery of lithium during the microwave action and leaching process for particles smaller than 0.25 mm reached 96.82 %. Microwave heating resulted in lower recovery rates of “harmful” components, such as iron, sodium, and calcium, in the leaching process, leading to a higher purity of the resulting product.Литий-ионная промышленность демонстрирует быстрорастущий спрос на Li-содержащие соединения. Сподумен является одним из основных промышленных минералов для производства этого металла. Он имеет 3 полиморфные формы. В природе – это α-сподумен, который обладает высокой устойчивостью к химическому воздействию благодаря своей компактной структуре, содержащей оксиды кремния и алюминия. Микроволновое излучение превращает α-сподумен сначала в γ-, а после в β-форму, и известно, что последняя может подвергаться химическому воздействию с целью извлечения лития. Основываясь на этом факте, была проведена микроволновая процедура воздействия на α-сподумен, направленная на декрипитацию с последующим серно-кислотным разложением минерала, измельченного до разной крупности (1,0, 0,5 и 0,25 мм). Также были проанализированы зависимости изменения температуры при использовании традиционного нагрева. Обычный и микроволновый нагревы образцов различной крупности проводили до достижения температуры 1200 °С. Сульфатизацию прокаленных образцов осуществляли в течение 60 мин при t = 250 °С. После охлаждения до 22 °С добавляли дистиллированную воду и перемешивали в течение 120 мин в закрытых сосудах для выщелачивания. Для определения извлечения ценных и попутных компонентов был проведен анализ кеков выщелачивания и жидкой фазы методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой. На основе анализа результатов экспериментов обоснована рациональность применения микроволнового излучения для декрипитации сподумена с целью извлечения лития. Изучено влияние крупности на фазовые превращения и, соответственно, степень извлечения лития из сподумена. Показано, что извлечение лития в процессе микроволнового воздействия и выщелачивания класса менее 0,25 мм достигло 96,82 %. Микроволновый нагрев привел к более низким показателям извлечения «вредных» компонентов, таких как железо, натрий и кальций, в процессе выщелачивания, что дает преимущество в чистоте получаемого продукта
Взаимная диффузия в системах на основе тугоплавких металлов с ОЦК-решеткой: титан–тантал и титан – многокомпонентный (высокоэнтропийный) сплав
Get PDFIn this work, the interdiffusion features in multicomponent (high-entropy) alloys of refractory metals were studied. The following pairs were chosen as the diffusion study objects: titanium–equiatomic alloy (Hf–Nb–Ta–Ti–Zr–Mo) and titanium–tantalum for the sake of comparison. The article covers the issues of sample preparation, microstructure study, sample preparation methodology for diffusion research, and experimental results. Diffusion annealing was carried out for 12 h in a vacuum at a residual argon pressure of 6.65·10–3 Pa and a temperature of 1200 °С. Particular attention was paid to the method of combining diffusion pairs (titanium with tantalum, titanium with alloy) by thermal cycling near the polymorphic transformation temperature in titanium (882 °C) within ± 50 °C. The behaviour of the most characteristic elements (Ta, Zr, Ti) in the weld area after the titanium and alloy diffusion pair joining was demonstrated. This is the first time that data on the dependence of the intensity of the corresponding spectral line for titanium and elements of a multicomponent alloy on the penetration depth were obtained. A change in the signal intensity for system elements was observed at a depth of 150–200 μm, whereas a sharp drop in the signal intensity was seen to occur at depths of about 50 μm. The effective value of the coefficient of diffusion of elements into titanium averaged over all elements of the alloying system (except for titanium) at a temperature of 1200 °C was calculated. The obtained value was compared to reference data: the self-diffusion coefficient in β-titanium and diffusion coefficients in titanium pairs with alloy doping elements.Изучены особенности взаимной диффузии в многокомпонентных (высокоэнтропийных) сплавах на основе тугоплавких металлов. В качестве объектов диффузионного исследования были выбраны следующие пары: титан – эквиатомный сплав (Hf–Nb–Ta–Ti–Zr–Mo) и, для сравнения, титан–тантал. Рассмотрены вопросы приготовления образцов, исследования микроструктуры, методика подготовки образцов для изучения диффузии и экспериментальные результаты. Диффузионный отжиг был проведен в течение 12 ч в вакууме с остаточным давлением аргона 6,65·10–3 Па при температуре 1200 °С. Особое внимание уделено методике соединения диффузионных пар (титана с танталом, титана со сплавом) путем термоциклирования вблизи температуры полиморфного превращения в титане (882 °С) в пределах ±50 °С. Показано поведение наиболее характерных элементов (Ta, Zr, Ti) в области сварного шва после соединения диффузионной пары титана и сплава. Впервые получены данные о зависимости интенсивности соответствующей линии спектра для титана и элементов многокомпонентного сплава от глубины проникновения. Изменение интенсивности сигнала для элементов систем наблюдается на глубине 150–200 мкм, а резкое падение интенсивности сигнала происходит на глубинах порядка 50 мкм. Рассчитано усредненное по всем элементам системы легирования сплава (за исключением титана) эффективное значение коэффициента диффузии элементов в титан при температуре 1200 °С. Проведено сравнение полученного значения со справочными данными: коэффициентом самодиффузии в β-титане, коэффициентами диффузии в парах титана с легирующими элементами сплава
Влияние гафния на литую микроструктуру в сплаве 1570
Get PDFThe issue is devoted to the study of the influence of hafnium on the structure and properties of alloy 1570. Ingots from alloy 1570 were cast into the steel coquille, including those with additives of hafnium 0.1, 0.2 and 0.5 %. To determine the size of the grain structure in the obtained ingots, an Axionovert-40 MAT optical microscope was used, chemical analysis of intermetallic particles was carried out using JEOL 6390A SEM. In addition, for the alloy 1570 and 1570–0.5Hf, the presence of nanoparticles with the L12 structure was studied using transmission electron microscope JEM-2100. Studies showed that hafnium additives make it possible to achieve a significant modification of the cast structure. For example, when introducing hafnium into the initial alloy in an amount of 0.5 % of the total weight, it was possible to achieve a reduction in the average grain size by 2 times. Scanning microscopy data showed that hafnium partially dissolves in particles containing scandium and zirconium as well. The addition of hafnium increases the number of large particles formed during crystallization. Transmission microscopy showed the presence of coherent aluminum matrix nanoparticles in alloy 1570 and having a superstructure of L12, which were most likely formed during intermittent decay during ingot cooling. When 0.5 % Hf was added, no nanoparticles with the L12 superstructure were detected. To explain the latter fact, it is necessary to study the surface of the liquidus of the Al–Hf–Sc system, as well as to study the effect of hafnium on the diffusion coefficient of scandium in aluminum.Изучено влияние гафния на структуру и свойства сплава 1570. В стальной кокиль были отлиты слитки из сплава 1570, в том числе с добавками гафния (0,1, 0,2 и 0,5 %). Для определения размеров зеренной структуры в полученных слитках применялся оптический микроскоп «Axionovert-40 MAT», химический анализ интерметаллидных частиц проводился с помощью сканирующего электронного микроскопа JEOL 6390A. Кроме того, для сплавов 1570 и 1570–0,5Hf на просвечивающем электронном микроскопе JEM-2100 изучалось наличие наночастиц, имеющих структуру L12. Исследования показали, что добавки гафния позволяют добиться существенной модификации литой структуры. Например, при введении в исходный сплав 0,5 % Hf (от общей массы) достигнуто уменьшение среднего размера зерна в 2 раза. Согласно данным сканирующей микроскопии, гафний частично растворяется в частицах, содержащих также скандий и цирконий. Добавка гафния увеличивает количество крупных частиц, образующихся при кристаллизации. Просвечивающая микроскопия показала наличие в сплаве 1570 наночастиц, когерентных алюминиевой матрице и имеющих сверхструктуру L12, которые с большой долей вероятности образовались в ходе прерывистого распада при остывании слитков. При добавке 0,5 % Hf наночастиц, имеющих сверхструктуру L12, не обнаружено. Для объяснения этого факта необходимы исследования поверхности ликвидуса системы Al–Hf–Sc, а также изучение влияния гафния на коэффициент диффузии скандия в алюминии