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

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 23 № 3 2021 128 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ ( сажи ) и карбида бора B 4 C в объеме исходной порошковой смеси несмотря на тщательное пе - ремешивание исходных порошков перед засып - кой в стальной кожух . Причиной этого является склонность многокомпонентных порошковых смесей , состоящих из порошков с различной формой частиц , дисперсией и насыпной плот - ностью , к механической сегрегации , обуслов - ленной воздействием внешних сил . В нашем случае этими силами являются силы тяжести ( пересыпание порошковой смеси из смесителя в трубный контейнер ) и давления ( силовое ком - пактирование на гидравлическом прессе ). В об - ластях с преимущественным содержанием сажи реализуется химическая реакция (7), а там , где наблюдается более высокая концетрация карби - да бора , – реакция (8). При одинаковых условиях формирования СВС - композитов различный химический состав матрицы оказывает влияние на структуру и ха - рактер распределения химических элементов по объему получаемого материала . В зависимости от химического состава матрица композитов со - стоит из разных фаз ( табл . 2). Композит системы Fe-Ti-C-B ( получен из порошковой смеси соста - ва 1, табл . 1) содержит аустенитную матрицу и армирующие частицы TiC и TiB 2 , характеризу - ется твердостью 63...68 HR С и имеет прочность R bm 30 = 800 МПа . Микроструктура композита показана на рис . 3, а . Добавление никеля в состав матрицы ( по - рошковая смесь состава 2, табл . 1) привело к об - разованию отдельных участков с эвтектической структурой γ -Fe + Fe 2 B в композите с харак - терной скелетообразной структурой ( рис . 3, б ). Условия образования такой эвтектической структуры были ранее описаны в работе [25]. Оси дендритов обогащены железом и содержат бор , а междендритные пространства представляют собой аустенит ( рис . 4 и табл . 3). Отдельные микропоры размерами не более 5 мкм зафикси - рованы на участках с эвтектикой γ -Fe + Fe 2 B. Возможно , именно с образованием эвтектиче - ских структур , разрушение которых требует малой работы , связана относительно невысо - кая прочность этого композита на изгиб R bm = = 620 МПа ( см . табл . 2). Основу металлической матрицы компо - зита системы Fe-Ni-Cr-Ti-C-B, полученного из порошковой смеси состава 3 ( см . табл . 1), составляет аустенит ( обозначен цифрой 1, рис . 5, а ). Кроме того , в матрице образовались области хромистого феррита ( обозначены циф - рой 2, рис . 5, а ). Хром также участвует в образо - вании карбидов Cr 23 C 6 , частицы которых выде - ляются по границам аустенитных зерен ( тонкие прослойки , обогащенные хромом , рис . 5, в ). Ча - стицы карбида и диборида титана формируют - ся в основном в твердом растворе на основе Ni ( рис . 2, в и 5, д , е ). Композит достаточно плот - ный , зафиксированы единичные микропоры с максимальным размером 5 мкм , расположенные главным образом между скоплениями частиц TiB 2 . Фазовый рентгеноструктурный анализ Т а б л и ц а 2 Ta b l e 2 Фазовый состав , твердость и плотность СВС - композитов Phase composition, hardness and density of SHS composites № п / п Элементы матрицы Фазовый состав HRC ρ , кг / м 3 R bm 30, МПа 1 Fe γ - твердый раствор Ti в решетке Fe, TiC, TiB 2 63…68 6500 800 2 Fe-Ni γ - твердый раствор Ni в решетке Fe, Fe 2 B, TiC, TiB 2 , Ni 3 Ti 66…70 7000 620 3 Fe-Ni-Cr γ - твердый раствор Ni в решетке Fe, α - твердый раствор Cr в решетке Fe, TiC, TiB 2 , Ni 3 Ti, Cr 23 C 6 68…72 6900 670 4 Cu Твердый раствор Ti в решетке Cu, TiC, TiB 2 , B 4 C, B 65…70 6700 830