Influence of the chemical composition of the matrix on the structure and properties of monolithic SHS composites

OBRABOTKAMETALLOV Vol. 23 No. 3 2021 125 MATERIAL SCIENCE При создании износостойких СВС - композитов основное внимание обычно уделяется упроч - няющим фазам – карбидам и боридам , которые обеспечивают высокие значения твердости и износостойкости [1–5]. Наибольшее распро - странение метод СВС получил в области соз - дания новых порошковых материалов [6–8]. Недостаточно внимания уделяется монолит - ным СВС - композитам , которые используют - ся в основном в качестве инструментальных материалов . Расширение сферы применения монолитных СВС - композитов , связанное с рас - ширением диапазона их прочностных харак - теристик , делает важным выявление роли ме - таллической матрицы . Недостаточно изучены явления , происходящие при вторичном структу - рообразовании в таких композитах . Противоре - чивы данные по влиянию эвтектик , неизбежно появляющихся в процессе синтеза многокомпо - нентных систем , таких как Fe-Ni-Ti-C-B и Ni- Cr-Ti-C-B [9–16]. Определенные трудности до сих пор существуют в получении беспористых монолитных композитов , предназначенных для деталей и элементов конструкций , испытываю - щих абразивное воздействие на большой пло - щади поверхности . При механических нагруз - ках , особенно ударных , возникает опасность трещинообразования и быстрого разрушения композитов . Для получения удовлетворитель - ного сочетания износостойкости с прочностью необходимо уделять особое внимание метал - лической матрице и процессам , происходящим в ней при вторичном структурообразовании , а также найти дополнительные способы измене - ния строения , химического состава и свойств матрицы , что в конечном итоге приведет к из - менению свойств композита в целом [17–22]. В связи с вышеизложенным исследования вли - яния металлической матрицы на свойства СВС - композитов являются актуальными , поскольку они позволят внести определенный вклад в соз - дание научных основ получения высокоизносо - стойких материалов , отличающихся высокими показателями прочности . Цель данной работы заключалась в про - ведении сравнительного анализа структуры и свойств СВС - композитов систем Fe-Ti-C-B, Fe- Ni-Ti-C-B, Fe-Ni-Cr-Ti-C-B и Cu-Ti-C-B. Материалы и методы исследования Исследованы монолитные СВС - композиты разного химического состава , полученные по технологии , описанной в работах [23,24]. Исход - ная порошковая смесь состоит из термореагиру - ющих и матричных компонентов . Термореагиру - ющие компоненты ( ТРК ) – это порошки титана , углерода и карбида бора B 4 C. Расчет процентно - го содержания этих компонентов в составе ТРК производился из условия осуществления реак - ции в стехиометрических пропорциях : 4Ti + C + В 4 С → 2Ti С + 2TiB 2 . (1) Матричные компоненты – порошки Fe, Cr, Ni, С u. В работе использовались следующие порошки : титана ПТМ -1 ( размер частиц 15…45 мкм ), карбида бора М 20 (12…20 мкм ), углерода технического П -804 Т (1…4 мкм ), же - леза ПЖРВ -3 (40…100 мкм ), никеля ПНК - УТ 3 (1...20 мкм ), меди ПМР -1 (40...100 мкм ), хрома ПХ 1 М (20…100 мкм ). Исходные порошки поме - щались в шаровую мельницу объемом 5 литров вместе с мелющими шарами из стали ШХ 15. Со - отношение массы порошков к массе шаров со - ставляло 1:3. Вид смешивания – сухое . Время смешивания – 12 часов . Ранее было показано , что минимальная по - ристость композитов системы Fe-Ni-Ti-C-B по - лучается при содержании ТРК в порошковой смеси не более 30 масс . % [25–29]. Химический состав порошковых смесей для получения СВС - композитов приведен в табл . 1. Полученную порошковую смесь засыпали в стальной трубный контейнер из малоуглероди - стой конструкционной стали ( марки C т 3). Вы - полняли первичное компактирование порошко - вой смеси с помощью специальной оснастки . Затем заготовку помещали в электрическую печь и нагревали до температуры начала экзотер - мических реакций (1030 ° С ). После окончания СВС горячую заготовку переносили в гидрав - лический пресс и компактировали с нагрузкой не менее 250 МПа для устранения внутренней пористости . В результате были получены сэнд - вич - пластины , внешний вид которых показан на рис . 1. Структуру композитов исследовали на ска - нирующем электронном микроскопе TESCAN VEGAII XMU. Твердость по Роквеллу измеряли