Получение литых лигатур с высоким содержанием Cr методами центробежной СВС-металлургии

Методами центробежной СВС-металлургии получены литые лигатуры Mo–Cr, W–Cr и Cr–Al с высоким содержанием Cr. Выполнен термодинамический анализ температуры горения и состава равновесных продуктов в зависимости от соотношения исходных компонентов смеси. На основе анализа определены оптимальные составы для проведения экспериментальных исследований. Экспериментально установлена эффективность применения функциональных добавок CaF₂ (плавиковый шпат) и гексафтороалюмината натрия Na₃[AlF₆] (криолит) с целью снижения температуры плавления шлаковой фазы (уменьшения ее вязкости) и облегчения процесса фазоразделения при производстве литых лигатур из тугоплавких металлов методом центробежной СВС-металлургии. Анализ экспериментов показал необходимость ввода избыточного содержания MoO₃ и WO₃ при производстве лигатур Mo–Cr и W–Cr соответственно ввиду неполного восстановления Mo и W из их оксидов. Анализ микроструктуры полученных лигатур свидетельствует о наличии дендритной структуры, что типично для литого состояния сплавов. По результатам микроанализов (EDS), все полученные лигатуры близки к своим расчетным и целевым значениям химических составов. Микроанализ состава разных участков слитков не выявил заметных различий по составу сплава. Проведенные рентгенофазовые анализы синтезируемых лигатур показали наличие пиков твердых растворов, сформированных на основе соответствующих целевых элементов. Анализ данных химического состава, полученного с помощью метода масс-спектроскопии с индуктивно-связанной плазмой, для синтезированных сплавов систем Cr–W, Cr–Mo и Cr–Al выявил их полное соответствие значениям по допустимым концентрациям как целевых элементов, так и примесных компонентов.

1. Гольдштейн М.И., Грачев С.В., Векслер Ю.Г. Специальные стали. М: МИСИС, 1999. 408 с.

2. Солнцев Ю.П., Пряхин Е.И., Пирайнен В.Ю. Специальные материалы в машиностроении. СПб.: Химиздат, 2004. 640 с.

3. Лякишев Н.П., Гасик М.И. Металлургия хрома. М.: Элиз, 1999. 581 с.

4. Yukhvid V.I., Gorshkov V.A., Sanin V.N., Andreev D.E., Vdovin Yu.S. SHS metallurgy of refractory materials based on molybdenum. In: Explosive production of new materials: science, technology, business, and innovations: 14th International Symposium (Saint Petersburg, 14—18 May 2018). Ed. M.I. Alymov, O.A. Golosova. Moscow: Torus Press, 2018. Р. 294—297.

5. Конструкционные сплавы хрома: Сб. науч. трудов. Отв. ред. В.И. Трефилов. Киев: Наукова думка, 1986. 216 c.

6. Kolobov Yu.R., Manokhin S.S., Kudymova Yu.E., Klimenko D.N., Sanin V.N., Ikornikov D.M., Andreev D.E. SHS-produced cast Ni—Cr—W alloy: structural characterization and mechanical properties. In: Book of abstracts of XIV International Symposium on Self-Propagating High Temperature Synthesis (SHS-2017) (Tbilisi, Georgia, 25— 28 September 2017). 2017. Р. 230—231.

7. Yukhvid V.I., Andreev D.E., Sanin V.N., Sachkova N.V. SHS metallurgy of composite materials based on the Nb—Si system. Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2018;59(1):42—49.

8. Зиатдинов М.Х., Шатохин И.М., Леонтьев Л.И. Технология CВС композиционных ферросплавов. Часть I. Металлургический СВС процесс. Синтез нитридов феррованадия и феррохрома. Известия вузов. Черная металлургия. 2018;61(5):339—347. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2018-5-339-347

9. Зиатдинов М.Х., Шатохин И.М., Леонтьев Л.И. Технология CВС композиционных ферросплавов. Часть II. Синтез нитрида ферросилиция и борида ферротитана. Известия вузов. Черная металлургия. 2018;61(7):527—535. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2018-7-527-535

10. Ziatdinov M.Kh. Metallurgical SHS processes as a route to industrial-scale implementation: An autoreview. Internationsl Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis. 2018;27(1):1—13. https://doi.org/10.3103/S1061386218010132

11. Санин В.Н., Юхвид В.И., Андреев Д.Е., Алымов М.И. Центробежная СВС-металлургия. Решение практических задач. В кн. Материалообразующие высокоэкзотермические процессы: металлотермия и горение систем термитного типа. Под общ. ред. М.И. Алымова. М.: РАН, 2021. Глава 7. С. 321—372.

12. Yukhvid V.I., Ikornikov D.M., Andreev D.E., Sanin V.N., Alymov M.I., Sachkova N.V., Semenova V.N., Kovalev I.D. Centrifugal SHS-metallurgy of nitrogen steels. Letters on Materials. 2018;8(4(32)):499—503.

13. Юхвид В.И., Горшков В.А., Санин В.Н. Получение новых керамических и композиционных материалов методами СВС-металлургии. В кн. Технологическое горение. Под общ. ред. С.М. Алдошина, М.И. Алымова. М.: ИПХФ РАН, 2018. Глава 14. C. 350—371. https://doi.org/10.31857/S9785907036383000014

14. Sanin V., Andreev D., Ikornikov D., Yukhvid V. Cast intermetallic alloys and composites based on them by combined centrifugal casting — SHS process. Open Journal of Metal. 2013;3(2B):12—24. https://doi.org/10.4236/ojmetal.2013.32A2003

15. Лякишев Н.П., Гасик М.И., Дашевский В.Я. Металлургия ферросплавов. Ч. 1. Металлургия сплавов кремния, марганци и хрома: Учеб. пос. М.: МИСИС, 2006. 117 с.

16. Yukhvid V.I., Andreev D.E., Sanin V.N., Gorshkov V.A., Alymov M.I. Synthesis of cast composite materials by SHS metallurgy methods. Key Engineering Materials. 2017;(746):219—232. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.746.219

17. Sanin V.N., Ikornikov D.M., Golosova O.A., Andreev D.E., Yukhvid V.I. Centrifugal SHS metallurgy of cast Co—Cr—Fe—Ni—Mn high-entropy alloys strengthened by precipitates based on Mo and Nb borides and silicides. Physical Mesomechanics. 2021;24(6):692—700. https://doi.org/10.1134/S1029959921060072

18. Sanin V.N., Yukhvid V.I., Andreev D.E., Ikornikov D.M., Levashov E.A., Pogozhev Yu.S. SHS of cast refractory alloys for reprocessing into micro granules used in 3D additive technologies. In: Book of abstracts of XIV International Symposium on Self-Propagating High Temperature Synthesis (SHS-2017) (Tbilisi, Georgia, 25— 28 September 2017). 2017. P. 224—226.

19. Банных О.А., Будберг П.Б., Алисова С.П. Диаграммы состояния двойных и многокомпонентных систем на основе железа. М.: Металлургия, 1986. 440 с.

20. Лякишев Н.П. Диаграммы состояния двойных металлических систем. М.: Машиностроение, 1997. Т. 2. 1023 с.

21. Kocherzhinskii Yu.A., Vasilenko V.I. Fusibility diagrams of the systems Mo—Nb (V, Cr), V—Nb (Cr), and Mo—V— Nb (Cr). Russian Metallurgy (Metally). 1985;(2):186—190.

22. Kocherzhinskii Yu.A., Vasilenko V.I. Fusibility diagram of molybdenum—chromium. Russian Metallurgy (Metally). 1979;(4):205—207.

23. Nagender Naidu S.V., Sriramamurthy A.M., Rama Rao P. The Cr—W (chromium—tungsten) system. Bulletin of Alloy Phase Diagrams. 1984;5(3):289—307.

24. Алисова С.П., Будберг П.Б., Агеев Н.В. Диаграммы состояния металлических систем. М.: ВИНИТИ, 1975. 268 с.

25. Nurse R.W., Welch J.H., Majumdar A.J. The CaO—Al2O3 system in a moisture-free atmosphere. Transactions of the British Ceramic Society. 1965;64:409—418.

26. Nurse R.W., Welch J.H., Majumdar A.J. The 12CaO·7Al2O3 phase in the CaO—Al2O3 system. Transactions of the British Ceramic Society. 1965;64:323—382.