Представлен обзор существующих способов производства силуминов. Показана возможность получения литейных сплавов с использованием аморфного микрокремнезема. Изучены и опробованы различные методы введения частиц диоксида кремния в алюминиевый расплав — в виде таблетированных лигатур «алюминиевый порошок— SiO₂», путем замешивания частиц в расплав при температуре ликвидуса, а также введением SiO₂ в расплав совместно с потоком аргона. Проведены расчеты энтальпии образования и изменения энергии Гиббса процесса восстановления алюминием кремния из его оксида, в ходе которых показана термодинамическая вероятность получения силуминов с использованием аморфного микрокремнезема. Определено влияние легирующих добавок и примесей на протекание процесса восстановления кремния. Выявлена возможность использования магния в качестве поверхностно-активной добавки, позволяющей удалить кислород с поверхности дисперсных частиц и восстановить кремний из его оксида. Определено, что способ получения литейных силуминов путем введения предварительно нагретого до 300 °С аморфного микрокремнезема в расплав алюминия (t = 900 °С) совместно с потоком аргона (с последующим интенсивным перемешиванием) обладает наибольшей эффективностью, поскольку позволяет получать алюмокремниевые сплавы с содержанием Si более 6 мас.% и микроструктурой, соответствующей доэвтектическим литейным силуминам. Промышленная реализации предложенного метода позволит повысить эффективность существующего технологического процесса получения силуминов за счет экономии ресурсов на приобретение товарного кристаллического кремния. Более того, внедрение этой технологии будет способствовать снижению экологической нагрузки на окружающую среду за счет сокращения объемов и последующей ликвидации шламовых полей, являющихся полигонами для хранения пыли систем газоочистки кремниевого производства, содержащей до 95 мас.% аморфного микрокремнезема.

Исследована зависимость пористости порошкового материала на основе губчатого титана от коэффициента напряженного состояния в процессе пластического деформирования с преобладающим действием всестороннего сжатия. На основе результатов, полученных в предшествующих работах, на плоскости о—T построено семейство кривых текучести с варьируемой пористостью. Условие текучести порошкового материала основано на модели пластического течения Modified Drucker—Prager Cap model. На графике геометрической интерпретации принятого условия текучести нанесены прямые, соответствующие различным значениям коэффициента напряженного состояния k = σ/T, где σ — среднее гидростатическое напряжение, T — интенсивность касательных напряжений. Для формулировки связи пористости (θ,, %), среднего нормального напряжения (σ), выраженного в безразмерной форме, и коэффициента напряженного состояния (k) использованы точки пересечения семейства кривых, соответствующих образующим поверхностей текучести на плоскости σ —T, и радиальных прямых. В результате получено уравнение вида θ = θ (σ, k). Для проверки адекватности указанного соотношения выполнена экспериментальная часть исследования. Предварительно спрессованные при давлении 1000 МПа и температуре 325 °С порошковые заготовки подвергались электроэрозионной резке вдоль осевого сечения для получения плоских образцов (темплетов). На поверхности темплетов выбрано несколько характерных участков для определения локальной поверхностной пористости методом количественной металлографии. Дополнительно определялось напряженно-деформированное состояние в представительных участках путем численного моделирования. В зонах осевого сечения, соответствующих исследуемым областям, рассчитаны значения объемной пластической деформации, интенсивности касательных напряжений и среднего нормального напряжения. Показано, что коэффициент напряженного состояния при его варьировании в достаточно широком диапазоне (k = —10...—0,86) несущественно влияет на величину пористости.

При производстве отливок из широкоинтервальных магниевых сплавов фактором, имеющим решающее влияние на комплекс механических, технологических и эксплуатационных свойств, является их структура. Получение заданной структуры сплавов системы Mg—Al—Zn невозможно без использования в технологическом процессе плавки операции модифицирования расплава. В настоящей работе приведены результаты исследования процесса модифицирования магниевого сплава МЛ5 различными веществами. Изучалось влияние введения магнезита в расплав в количестве 0,4— 0,45 мас.% при температуре 720—740 °С, а также влияние продувки расплава бескислородными углеродсодержащими газами при той же температуре на структуру получаемого сплава и длительность сохранения эффекта модифицирования. Последнее особенно важно при крупносерийном и массовом производстве небольших отливок из сплавов системы Mg—Al—Zn—Mn, когда процесс разливки расплава по формам занимает значительное время. Показано, что использование бескислородных углеродсодержащих газов для модифицирования сплава МЛ5 обеспечивает получение повышенного на 15—20 % уровня механических свойств отливок по сравнению со стандартным по ГОСТ 2856-79. Выполнено сравнение эффективности сохранения длительности эффекта модифицирования традиционным способом (магнезит) и с применением бескислородных углеродсодержащих газов. Показано, что эффект модифицирования магнезитом сохраняется в течение не более 30—40 мин, а при использовании бескислородного углеродсодержащего газа — не менее 4 ч, что позволяет производить длительную разливку сплава по формам.

Выполнено высокотемпературное (t = 800 °С) ионное азотирование (ИА) твердосплавных неперетачиваемых пластин марки Т15К6 с учетом формирования структуры, фазового состава и толщины поверхностного покрытия, обеспечивающее повышение их стойкости при испытании резанием. Выявлено, что после такой обработки значения твердости и микротвердости увеличиваются до 15 %, однако с повышением температуры более 600 °С они постепенно уменьшаются до исходных. Предел прочности при изгибе после ИА возрастает на 27 %. Фрактографии изломов поверхностных слоев твердого сплава Т15К6 после ионного азотирования в течение 1 и 2 ч при различных температурах свидетельствуют, что по краям излом характеризуется сильно разветвленной линейчатой структурой, а внутри материала наблюдается картина хрупкого излома. Результаты анализа микроструктур поверхностного слоя твердого сплава Т15К6 после ИА показали, что с повышением температуры ионного азотирования размеры карбидов-конгломератов в поверхностном слое уменьшаются. Глубина азотированного слоя сплава Т15К6 составляет от 1 до 7 мкм. Определены закономерности влияния различных временных и температурных режимов ионного азотирования на эксплуатационные характеристики изделий из титановольфрамовых твердых сплавов группы ТК. При температурах ионного азотирования 600, 700, 800 °С и длительности изотермической выдержки от 1 до 8 ч установлено повышение твердости, микротвердости и предела прочности при уменьшении износа в ходе резания твердосплавных неперетачиваемых пластин марки Т15К6. Установлено, что с увеличением длительности ионного азотирования площади участков межзеренного разрушения увеличиваются, а внутризеренного уменьшаются. Показано, что при ионном азотировании происходят формирование пересыщенного вольфрамом твердого раствора Ti_xW_x)(C_1–yN_y) и (Co_{1_x}W_x)(C_{1_y}N_y) и выделение трех- и четырехкомпонентных соединений в поверхностном слое.

Изучены микроструктура и механические свойства в субмикрообъемах свинцовой латуни марки ЛС59-1А. С использованием растровой электронной микроскопии (EDS) проведен металлографический анализ микроструктуры исследуемых образцов. Выявлено, что в микроструктуре латуни ЛС 59-1А наряду с основными фазами (α-твердый раствор легирующих элементов в меди и β-фаза — твердый раствор на основе электронного соединения CuZn) также содержатся глобулярные включения свободного свинца (1—2 об.%), которые локализуются по границам зерен и в междендритных областях. Кроме того, в микроструктуре обнаружены экзогенные неметаллические включения CuO + ZnO и поры. Оксидные включения и соединения, содержащие железо и марганец, локализованы по границам раздела α- и β-фаз. Методом наноиндентирова-ния измерены твердость (Н) и модуль Юнга α- и β-фаз. Обнаружено несущественное различие значений H для дендритов a-фазы по отношению к междендритному пространству β-фазы, что свидетельствует о высокой степени однородности механических свойств слитка ЛС59-1А. Расчет дополнительного давления, которое возникает на границе α- и β-фаз при нагружении материала внешней силой из-за различия модулей Юнга, показал, что оно в 23 раза превышает внешнее усилие, что может служить причиной разрушения слитков латуни ЛС59-1А при механической обработке. Полученные результаты обсуждаются с позиций современных представлений о металлографическом методе контроля качества слитков латуни в условиях промышленного производства.

Исследована эволюция микроструктуры и микротвердости нанокомпозита Аl—0,05об.%п Аl₂0₃ (где П Аl₂О₃ — наночастицы оксида алюминия) и алюминия без наночастиц, полученных методом многократной прокатки с сопряжением слоев, при отжигах в интервале температур 373—573 К. Для получения нанокомпозита шарообразные наночастицы AI₂O₃ со средним диаметром 50 нм вводили между прокатываемыми пластинами технически чистого алюминия с 1-го по 4-й циклы прокатки, а 5-10-е циклы прокатки проводили без наночастиц. Методом просвечивающей электронной микроскопии измерены средний размер элементов зеренно-субзеренной структуры и их средний коэффициент неравноосности в исходном состоянии и после отжига при 473 К. Показано, что микротвердость нанокомпозита на 5—13 % превышает соответствующее значение HV для алюминия во всем исследованном интервале температур отжига. Основным фактором более высокой микротвердости нанокомпозита служит дисперсное упрочнение за счет наночастиц AI₂O₃. При этом вклад субструктурного и зернограничного упрочнения в обоих материалах одинаковый. Термическая стабильность микротвердости нанокомпозита лишь на ~25 К выше, чем у алюминия, что обусловлено неоднородным распределением наночастиц в матрице и их малой объемной долей. Также играет роль сама по себе высокая термическая стабильность ультрамелкозернистой структуры, сформированной путем многократной прокатки с сопряжением слоев, по сравнению с другими методами интенсивной пластической деформации. Установлено, что большинство наночастиц AI₂O₃ остаются на границах зерен нанокомпозита после отжига при 473 К, поэтому способность закреплять границу наночастицами AI₂O₃ в исследованных условиях сохраняется по крайней мере до 473 К.

С использованием расчетного анализа в программе Thermo-Calc, включая построение поверхностей ликвидуса и политермических разрезов системы Al—Ca—Ni—La—Fe, а также экспериментального анализа микроструктуры методом сканирующей электронной микроскопии уточнена концентрационная область первичной кристаллизации алюминиевого твердого раствора (Al), которая может рассматриваться в качестве перспективной для получения новых алюмоматричных естественных композиционных материалов эвтектического типа, содержащих в структуре свыше 20 об.% интерметал-лидных частиц. Исследование микроструктуры перспективной композиции состава, мас.%: Al—4Ca—2Ni—1La—0,6Fe выявило, что согласно расчету она содержит до 23 об.% интерметаллидных фаз Al₄Ca и Al₄FeNi эвтектического происхождения, отдельные кристаллы которых в составе эвтектики имеют субмикронные размеры: длину 250—400 нм и толщину 100 — 200 нм. Также установлено, что предсказанная термодинамическим расчетом интерметаллидная фаза Al₄La не образуется, а сам лантан полностью растворяется в кальцийсодержащей фазе Al₄Ca. Анализ микроструктуры и твердости в процессе ступенчатого отжига показал, что совместное легирование сплава Al—4Ca—2Ni—1La—0,6Fe цирконием и скандием (0,2 % Zr и 0,1 % Sc) ведет к дисперсионному твердению за счет распада твердого раствора (Al) и дальнейшего формирования когерентных наночастиц фазы L1₂— Al₄(Zr, Sc) размером до 20 нм. Результаты исследования механических свойств при испытаниях на одноосное растяжение цилиндрических отливок из сплава Al—4Ca—2Ni— 1La— 0,6Fe—0,2Zr—0,1Sc показали относительно высокий уровень прочностных характеристик (σ_t = 265 МПа, σ_0,2 = 177 МПа) при сохранении приемлемого для композиционного материала удлинения (~2 %). Таким образом, на основе полученных данных показана перспективность применения системы Al—Ca—Ni—La—Fe для получения новых алюмоматричных естественных композиционных материалов.

Изучены структура и свойства крупнозернистых твердых сплавов WC—6%Co с недостатком углерода от 0,11 до 1,31 % относительно стехиометрического соотношения, полученных из узкофракционного порошка карбида вольфрама с размером зерен 5—15 мкм. По результатам металлографического анализа установлено, что температуры спекания в диапазоне 1390—1420 °С обеспечивают беспористое состояние сплава с нормальным содержанием углерода, но при пониженных его концентрациях образцы обладают значительной пористостью. Выявлено, что температуры спекания 1450—1475 °С вне зависимости от содержания углерода позволяют получать твердые сплавы с остаточной пористостью менее 0,02 %. Показано, что сплавы с нехваткой углерода 0,11—0,91 % имеют двухфазную структуру, а сплав с недостатком углерода 1,31 % помимо WC и γ-фазы содержат включения p-фазы. Установлено, что с уменьшением содержания углерода в сплаве наблюдается замедление роста зерен карбида вольфрама в процессе жидкофазного спекания. Методом микрорентгеноструктурного анализа установлена концентрация растворенного вольфрама в связующей фазе, которая составила 10, 12, 15 и 19 мас.% для твердых сплавов с нормальным, низким, средним и высоким недостатком углерода соответственно. Использование узкофракционных порошков карбида вольфрама позволяет получать твердые сплавы с округлыми зернами, имеющими фактор формы около 0,77. Выявлено, что сплав с нехваткой углерода 0,91 % относительно стехиометрического соотношения имеет наилучшее сочетание твердости и трещиностойкости — 11,1 ГПа и 16,0 мПа-м^1/2.