Том 27 № 3 2025 1 СОДЕРЖАНИЕ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ СОУЧРЕДИТЕЛИ ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» ООО НПКФ «Машсервисприбор» ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР Батаев Анатолий Андреевич – профессор, доктор технических наук, ректор НГТУ ЗАМЕСТИТЕЛИ ГЛАВНОГО РЕДАКТОРА Иванцивский Владимир Владимирович – доцент, доктор технических наук Скиба Вадим Юрьевич – доцент, кандидат технических наук Ложкина Елена Алексеевна – редактор перевода текста на английский язык, кандидат технических наук Перепечатка материалов из журнала «Обработка металлов» возможна при обязательном письменном согласовании с редакцией журнала; ссылка на журнал при перепечатке обязательна. За содержание рекламных материалов ответственность несет рекламодатель. 16+ РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ Председатель совета Пустовой Николай Васильевич – доктор технических наук, профессор, Заслуженный деятель науки РФ, член Национального комитета по теоретической и прикладной механике, президент НГТУ, г. Новосибирск (Российская Федерация) Члены совета Федеративная Республика Бразилия: Альберто Морейра Хорхе, профессор, доктор технических наук, Федеральный университет, г. Сан Карлос Федеративная Республика Германия: Монико Грайф, профессор, доктор технических наук, Высшая школа Рейн-Майн, Университет прикладных наук, г. Рюссельсхайм, Томас Хассел, доктор технических наук, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница, г. Гарбсен, Флориан Нюрнбергер, доктор технических наук, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница, г. Гарбсен Испания: Чувилин А.Л., кандидат физико-математических наук, профессор, научный руководитель группы электронной микроскопии «CIC nanoGUNE», г. Сан-Себастьян Республика Беларусь: Пантелеенко Ф.И., доктор технических наук, профессор, член-корреспондент НАН Беларуси, Заслуженный деятель науки Республики Беларусь, Белорусский национальный технический университет, г. Минск Российская Федерация: Атапин В.Г., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Балков В.П., зам. ген. директора АО «ВНИИинструмент», канд. техн. наук, г. Москва, Батаев В.А., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Буров В.Г., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Коротков А.Н., доктор техн. наук, профессор, академик РАЕ, КузГТУ, г. Кемерово, Лобанов Д.В., доктор техн. наук, доцент, ЧГУ, г. Чебоксары, Макаров А.В., доктор техн. наук, член-корреспондент РАН, ИФМ УрО РАН, г. Екатеринбург, Овчаренко А.Г., доктор техн. наук, профессор, БТИ АлтГТУ, г. Бийск, Сараев Ю.Н., доктор техн. наук, профессор, ИФТПС СО РАН, г. Якутск, Янюшкин А.С., доктор техн. наук, профессор, ЧГУ, г. Чебоксары Журнал входит в «Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук». Полный текст журнала «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» теперь можно найти в базах данных компании EBSCO Publishing на платформе EBSCOhost. EBSCO Publishing является ведущим мировым агрегатором научных и популярных изданий, а также электронных и аудиокниг. ИЗДАЕТСЯ С 1999 г. Периодичность – 4 номера в год ИЗДАТЕЛЬ ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» Журнал включен в Реферативный журнал и Базы данных ВИНИТИ. Сведения о журнале ежегодно публикуются в международной справочной системе по периодическим и продолжающимся изданиям «Ulrich’s Periodicals Directory» Журнал награжден в 2005 г. Большой Золотой Медалью Сибирской Ярмарки за освещение новых технологий, инструмента, оборудования для обработки металлов Журнал зарегистрирован 01.03.2021 г. Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации ПИ № ФС77-80400 Индекс: 70590 по каталогу OOO «УП УРАЛ-ПРЕСС» Адрес редакции и издателя: 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, Новосибирский государственный технический университет (НГТУ), корп. 5. Тел. +7 (383) 346-17-75 Сайт журнала http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov E-mail: metal_working@mail.ru; metal_working@corp.nstu.ru Цена свободная Журнал «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» индексируется в крупнейших в мире реферативнобиблиографическихи наукометрических базах данных Web of Science и Scopus.
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 3 2025 2 СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИЯ Кондратьев В.В., Гозбенко В.Е., Кононенко Р.В., Константинова М.В., Гусева Е.А. Определение основных параметров контактной точечной сварки алюминиевого сплава АМг-5....................................................................... 6 Гвинджилия В.Е., Фоминов Е.В., Марченко А.А., Лавренова Т.В., Дебеева С.А. Влияние скорости резания на импульсные изменения температуры передней поверхности резца при точении жаропрочной стали 15Х2НМФА.......................................................................................................................................................................... 23 Карелин Р.Д., Комаров В.С., Черкасов В.В., Осокин А.А., Сергиенко К.В., Юсупов В.С., Андреев В.А. Получение прутков и листов из сплава TiNiHf с высокотемпературным эффектом памяти формы методами продольной прокатки и ротационной ковки................................................................................................................................... 37 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Заковоротный В.Л., Гвинджилия В.Е., Кислов К.В. Информационные свойства виброакустической эмиссии в системах диагностики износа режущего инструмента................................................................................................. 50 Жуков А.С., Ардашев Д.В., Батуев В.В., Кулыгин В.Л., Шулежко Е.И. Модальный анализ шлифовальных кругов различных характеристик для определения их интегральных упругих показателей....................................... 71 Нишандар С.В., Пайс А.Т., Багаде П.М. Численное и экспериментальное исследование интенсификации теплообмена в трубах с шероховатой поверхностью....................................................................................................... 87 Носенко В.А., Ривас Перес Д.Э., Александров А.А., Саразов А.В. Влияние способа измельчения на коэффициент формы зерен карбида кремния черного................................................................................................................. 108 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Карлина Ю.И., Конюхов В.Ю., Опарина Т.А. Исследование процесса поверхностного обезуглероживания стали 20 после цементации и термической обработки.............................................................................................. 122 Ковалевская Ж.Г., Лю Ю. Влияние термической обработки на строение и свойства высокоэнтропийного сплава AlCoCrFeNiNb0.25............................................................................................................................................................... 137 Сирота В.В., Прохоренков Д.С., Чуриков А.С., Подгорный Д.С., Алфимова Н.И., Коннов А.В. Коррозионные свойства покрытий из самофлюсующихся порошков, полученных методом детонационного напыления........ 151 Филиппов А.В., Шамарин Н.Н., Тарасов С.Ю., Семенчук Н.А. Влияние структурного состояния на механические и трибологические свойства бронзы системы Cu-Al-Si-Mn.......................................................................... 166 Вахеед Ф., Каюм А., Ширази М.Ф. Изготовление, описание и оценка эффективности материала на основе нанографита, легированного оксидом цинка, в качестве датчика влажности............................................................... 183 Долгова С.В., Маликов А.Г., Голышев А.А., Никулина А.А. Особенности строения градиентных слоев «сталь – Inconel – сталь», полученных методом прямого лазерного выращивания..................................................... 205 Бурков А.А., Дворник М.А., Кулик М.А., Быцура А.Ю. Влияние гранулометрии порошка карбида вольфрама на характеристики металлокерамических покрытий WC/Fe-Ni-Al............................................................................... 221 Патил С., Чинчаникар С. Исследование механических свойств нанокомпозитов на основе сплава Al7075-T6, полученных методом механического замешивания частиц в расплав, с микроструктурным и фрактографическим анализом поверхности........................................................................................................................................................ 236 МАТЕРИАЛЫ РЕДАКЦИИ 252 МАТЕРИАЛЫ СОУЧЕРЕДИТЕЛЕЙ 263 Корректор Е.Е. Татарникова Художник-дизайнер А.В. Ладыжская Компьютерная верстка Н.В. Гаврилова Налоговая льгота – Общероссийский классификатор продукции Издание соответствует коду 95 2000 ОК 005-93 (ОКП) Подписано в печать 08.09.2025. Выход в свет 15.09.2025. Формат 60×84 1/8. Бумага офсетная. Усл. печ.л. 33,0. Уч.-изд. л. 61,38. Изд. № 121. Заказ 199. Тираж 300 экз. Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
Vol. 27 No. 3 2025 3 EDITORIAL COUNCIL EDITORIAL BOARD EDITOR-IN-CHIEF: Anatoliy A. Bataev, D.Sc. (Engineering), Professor, Rector, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation DEPUTIES EDITOR-IN-CHIEF: Vladimir V. Ivancivsky, D.Sc. (Engineering), Associate Professor, Department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation Vadim Y. Skeeba, Ph.D. (Engineering), Associate Professor, Department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation Editor of the English translation: Elena A. Lozhkina, Ph.D. (Engineering), Department of Material Science in Mechanical Engineering, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation The journal is issued since 1999 Publication frequency – 4 numbers a year Data on the journal are published in «Ulrich's Periodical Directory» Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working and Material Science”) has been Indexed in Clarivate Analytics Services. Novosibirsk State Technical University, Prospekt K. Marksa, 20, Novosibirsk, 630073, Russia Tel.: +7 (383) 346-17-75 http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov E-mail: metal_working@mail.ru; metal_working@corp.nstu.ru Journal “Obrabotka Metallov – Metal Working and Material Science” is indexed in the world's largest abstracting bibliographic and scientometric databases Web of Science and Scopus. Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working & Material Science”) has entered into an electronic licensing relationship with EBSCO Publishing, the world's leading aggregator of full text journals, magazines and eBooks. The full text of JOURNAL can be found in the EBSCOhost™ databases.
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 3 2025 4 EDITORIAL COUNCIL EDITORIAL COUNCIL CHAIRMAN: Nikolai V. Pustovoy, D.Sc. (Engineering), Professor, President, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation MEMBERS: The Federative Republic of Brazil: Alberto Moreira Jorge Junior, Dr.-Ing., Full Professor; Federal University of São Carlos, São Carlos The Federal Republic of Germany: Moniko Greif, Dr.-Ing., Professor, Hochschule RheinMain University of Applied Sciences, Russelsheim Florian Nürnberger, Dr.-Ing., Chief Engineer and Head of the Department “Technology of Materials”, Leibniz Universität Hannover, Garbsen; Thomas Hassel, Dr.-Ing., Head of Underwater Technology Center Hanover, Leibniz Universität Hannover, Garbsen The Spain: Andrey L. Chuvilin, Ph.D. (Physics and Mathematics), Ikerbasque Research Professor, Head of Electron Microscopy Laboratory “CIC nanoGUNE”, San Sebastian The Republic of Belarus: Fyodor I. Panteleenko, D.Sc. (Engineering), Professor, First Vice-Rector, Corresponding Member of National Academy of Sciences of Belarus, Belarusian National Technical University, Minsk The Russian Federation: Vladimir G. Atapin, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Victor P. Balkov, Deputy general director, Research and Development Tooling Institute “VNIIINSTRUMENT”, Moscow; Vladimir A. Bataev, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Vladimir G. Burov, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Aleksandr N. Korotkov, D.Sc. (Engineering), Professor, Kuzbass State Technical University, Kemerovo; Dmitry V. Lobanov, D.Sc. (Engineering), Associate Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary; Aleksey V. Makarov, D.Sc. (Engineering), Corresponding Member of RAS, Head of division, Head of laboratory (Laboratory of Mechanical Properties) M.N. Miheev Institute of Metal Physics, Russian Academy of Sciences (Ural Branch), Yekaterinburg; Aleksandr G. Ovcharenko, D.Sc. (Engineering), Professor, Biysk Technological Institute, Biysk; Yuriy N. Saraev, D.Sc. (Engineering), Professor, V.P. Larionov Institute of the Physical-Technical Problems of the North of the Siberian Branch of the RAS, Yakutsk; Alexander S. Yanyushkin, D.Sc. (Engineering), Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary
Vol. 27 No. 3 2025 5 CONTENTS OBRABOTKAMETALLOV TECHNOLOGY Kondratiev V.V., Gozbenko V.E., Kononenko R.V., Konstantinova M.V., Guseva E.A. Determination of the main parameters of resistance spot welding of Al-5 Mg aluminum alloy..................................................................................... 6 Gvindjiliya V.E., Fominov E.V., Marchenko A.A., Lavrenova T.V., Debeeva S.A. Infl uence of cutting speed on pulse changes in the temperature of the front cutter surface during turning of heat-resistant steel 0.17 C-Cr-Ni-0.6 Mo-V................................................................................................................................................................ 23 Karelin R.D., Komarov V.S., Cherkasov V.V., OsokinA.A., Sergienko K.V., Yusupov V.S., Andreev V.A. Production of rods and sheets from TiNiHf alloy with high-temperature shape memory eff ect by longitudinal rolling and rotary forging methods.................................................................................................................................................................... 37 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Zakovorotny V.L., Gvindjiliya V.E., Kislov K.V. Information properties of vibroacoustic emission in diagnostic systems for cutting tool wear................................................................................................................................................ 50 Zhukov A.S., Ardashev D.V., Batuev V.V., Kulygin V.L., Schuleshko E.I. Modal analysis of various grinding wheel types for the evaluation of their integral elastic parameters...................................................................................... 71 Nishandar S.V., Pise A.T., Bagade P.M. Numerical and experimental investigation of heat transfer augmentation in roughened pipes................................................................................................................................................................ 87 Nosenko V.A., Rivas Perez D.E., Alexandrov A.A., Sarazov A.V. The eff ect of the grinding method on the grain shape coeffi cient of black silicon carbide....................................................................................................................................... 108 MATERIAL SCIENCE Karlina Yu.I., Konyukhov V.Yu., Oparina T.A. Investigation of the process of surface decarburization of steel 20 after cementation and heat treatment.................................................................................................................................. 122 Kovalevskaya Z.G., Liu Y. Eff ect of heat treatment on the structure and properties of high-entropy alloy AlCoCrFeNiNb0.25............................................................................................................................................................. 137 Sirota V.V., Prokhorenkov D.S., Churikov A.S., Podgorny D.S., Alfi mova N.I., Konnov A.V. Corrosion properties of coatings produced from self-fl uxing powders by the detonation spraying method............................................................ 151 Filippov A.V., Shamarin N.N., Tarasov S.Yu., Semenchyuk N.A. The infl uence of structural state on the mechanical and tribological properties of Cu-Al-Si-Mn bronze............................................................................................................. 166 Waheed F., Qayoom A., Shirazi M.F. Fabrication, characterization and performance evaluation of zinc oxide doped nanographite material as a humidity sensor......................................................................................................................... 183 Dolgova S.V., Malikov A.G., Golyshev A.A., Nikulina A.A. Features of the structure of gradient layers «steel - Inconel - steel», obtained by laser direct metal deposition.................................................................................................. 205 Burkov A.A., Dvornik M.A., Kulik M.A., Bytsura A.Yu. The infl uence of tungsten carbide particle size on the characteristics of metalloceramic WC/Fe-Ni-Al coatings.................................................................................................... 221 Patil S., Chinchanikar S. Investigation on the mechanical properties of stir-cast Al7075-T6-based nanocomposites with microstructural and fractographic surface analysis...................................................................................................... 236 EDITORIALMATERIALS 252 FOUNDERS MATERIALS 263 CONTENTS
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 3 2025 137 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Влияние термической обработки на строение и свойства высокоэнтропийного сплава AlCoCrFeNiNb0.25 Жанна Ковалевская а, *, Юаньсюнь Лю b Национальный исследовательский Томский политехнический университет, пр. Ленина, 30, г. Томск, 634050, Россия a https://orcid.org/0000-0003-3040-8851, kovalevskaya@tpu.ru; b https://orcid.org/0009-0002-8501-2643, yuansyun1@tpu.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2025 Том 27 № 3 с. 137–150 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2025-27.3-137-150 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 620.173.22 История статьи: Поступила: 10 апреля 2025 Рецензирование: 24 апреля 2025 Принята к печати: 13 июня 2025 Доступно онлайн: 15 сентября 2025 Ключевые слова: Высокоэнтропийный сплав AlCoCrFeNiNb0.25 Термическая обработка Микроструктура Микротвердость Испытания на сжатие АННОТАЦИЯ Введение. В настоящее время одним из наиболее изучаемых высокоэнтропийных сплавов (ВЭС) является система CoCrFeNi с добавлением пятого компонента. Примером такого сплава служит AlCoCrFeNi, легированный дополнительными элементами. Легирование Nb способствует образованию в сплаве твердого раствора и вторичной фазы Лавеса, а также приводит к образованию эвтектики между этими фазами. Оптимальное сочетание механических свойств, достигаемое в сплаве доэвтектического состава AlCoCrFeNiNb0.25, стало основанием выбора данного сплава для последующих исследований в условиях термообработки. Цель работы: исследование влияния термической обработки, включающей нагрев до температур 900, 1000 и 1100 °C с последующим охлаждением на воздухе, на структуру и свойства ВЭС AlCoCrFeNiNb0.25. Методы исследования: оптическая металлография, рентгеноструктурный анализ, измерение микротвердости и испытания на сжатие. Результаты и обсуждение. Сплав AlCoCrFeNiNb0.25 сохраняет структуру твердого раствора на основе ОЦК-фазы не только в литом состоянии, но и после термообработки. Независимо от режимов термообработки в сплаве сохраняется доэвтектическая структура, состоящая из дендритов твердого раствора и эвтектики с фазой Лавеса в междендритном пространстве. Термообработка приводит к изменению фазового состава сплава и совершенствованию структурных составляющих. При нагреве до 900 °C наряду с существующими твердым раствором и фазой Лавеса в структуре выделяется σ-фаза, повышающая микротвердость сплава, однако не обеспечивающая улучшения прочностных свойств в связи со своими низкими пластическими характеристиками. Прочностные характеристики сплава существенно улучшаются при термообработке с нагревом до 1000 и 1100 °С. Нагрев до 1100 °С сопровождается увеличением остаточной деформации. Основными причинами подобного эффекта могут быть превращения, происходящие как в твердом растворе ОЦК-фазы (растворение В2-фазы, перестройка субструктуры, увеличение параметра решетки), так и в эвтектике (увеличение доли фазы Лавеса, совершенствование эвтектических ячеек). Для цитирования: Ковалевская Ж.Г., Лю Ю. Влияние термической обработки на строение и свойства высокоэнтропийного сплава AlCoCrFeNiNb0.25 // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2025. – Т. 27, № 3. – С. 137–150. – DOI: 10.17212/1994-6309-2025-27.3-137-150. ______ *Адрес для переписки Ковалевская Жанна Геннадьевна, д.т.н., профессор Национальный исследовательский Томский политехнический университет, пр. Ленина, 30, 634050, г. Томск, Россия Тел.: +7 3822 706-351, e-mail: kovalevskaya@tpu.ru Введение Уже более двадцати лет мировое сообщество материаловедов создает и исследует новую группу металлических сплавов, названных высокоэнтропийными сплавами (ВЭС) [1–4]. По сравнению с обычными металлическими сплавами на основе одного основного компонента ВЭС содержат несколько основных компонентов в эквиатомной или близким к ней концентрациях [3]. Благодаря высокой энтропии смешивания ВЭС обычно представляют собой неупорядоченные твердые растворы. Подобный фазовый состав выигрывает тем, что имеет более высокую способность к упрочнению и хорошие показатели пластичности, и это делает ВЭС перспективными для использования в качестве конструкционных материалов [4–6]. Одной из наиболее изученных является система CoCrFeNi с добавлением пятого элемента, такого как Cu, Мо, Mn, Al [7–11]. Например, сплав AlCoCrFeNi был широко изучен и показал превосходную синергию между составляющими элементами и возможность контролировать фазовый состав и структуру, например, термической обработкой. В результате получаемый сплав обладает удачным сочетанием прочностных и пластических свойств [12–19].
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 3 2025 138 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ В поисках лучших составов ВЭС, подходящих для производства деталей машин, современные исследователи продвигаются в двух основных направлениях: либо снижают или увеличивают содержание одного из компонентов в уже существующих ВЭС [6, 19–21], либо вводят дополнительные компоненты в качестве легирующих элементов, такие как Ti, Zr, Si, V, C, Nb и др. [22–27]. В ряде работ показаны результаты влияния легирования Nb на строение и свойства ВЭС AlCoCrFeNi и близких систем [28–31]. Известно, что Nb и компоненты ВЭС имеют отрицательные энтальпии смешения. Кроме того, Nb имеет самый большой атомный размер в системе. Вышеперечисленные характеристики Nb способствуют образованию, с одной стороны, общего твердого раствора с дополнительно усиленными межатомными связями, с другой – вторичных фаз, необходимых для упрочнения сплава. Так, в работе [28] показано, что легирование Nb высокоэнтропийного сплава AlCoCrFeNi приводит к образованию эвтектики, в состав которой входит упорядоченная фаза Лавеса (CoCr)Nb. Это вызывает изменение микроструктуры и свойств сплава. Предел текучести при сжатии и твердость увеличиваются, а пластичность уменьшается. Оптимальный комплекс механических св ойств формируется в сплаве доэвтекти ческого состава AlCoCrFeNiNb0.25. Именно этот сплав был выбран авторами работы для дальнейшего исследования. Как упоминалось выше, для упрочнения ВЭС используют различные способы термообработки – от отжига до закалки [20, 32–37]. В некоторых случаях термообработка способствует увеличению у ВЭС характеристик прочности и пластичности одновременно [5]. Столь уникальный эффект, нехарактерный для обычных сплавов, требует пристального исследования и анализа. Целью работы стало исследование влияния на строение и свойства ВЭС с составом AlCoCrFeNiNb0.25 термической обработки, заключающейся в нагреве до температуры 900, 1000 и 1100 °C и охлаждении на воздухе. Методика исследований Сплав AlCoCrFeNiNb0.25 с эквиатомным составом был получен методом дуговой плавки в печи с медным тиглем и водяным охлаждением в атмосфере аргона. Сплав с химическим составом, приведенным в табл. 1, был получен из компонентов с чистотой более 99,5 масс. %. Для обеспечения однородности химического состава слиток переплавляли не менее пяти раз. Размер полученного слитка – 70×35×12 мм. Перед термообработкой образцы разрезали на фрагменты размером 35×12×6 мм. После завершения термообработки средняя часть фрагментов была разрезана на параллелепипеды 10×4×4 мм. После разрезания образцы была отшлифованы и использовались для проведения испытаний на сжатие. Оставшаяся часть образцов предназначалась для рентгеноструктурного анализа, оценки микроструктуры и измерения микротвердости. Образцы из сплава AlCoCrFeNiNb0.25 были термически обработаны, для чего производился нагрев до температуры 900, 1000 и 1100 °C с выдержкой в течение 1 ч и последующим охлаждением на воздухе. Для упрощения термообработанные образцы были названы Т900, Т1000, Т1100, а образец в исходном литом состоянии – Т30. Из образцов были получены шлифы, микроструктуру которых анализировали с помощью оптического микроскопа Axio Obserner A1m и сканирующего электронного микроскопа Quanta 200, оснащенного энергодисперсионным спектроскопическим блоком EDAX. Фазовый Т а б л и ц а 1 Ta b l e 1 Химический состав сплава AlCoCrFeNiNb0.25 (ат. % и масс. %) Chemical composition of AlCoCrFeNiNb0.25 (at. % and wt. %) Элемент / Element Al Co Cr Ni Fe Nb Ат. % 19,1 19,1 19,1 19,1 19,1 4,5 Масс. % 9,8 21,5 18,9 21,4 20,4 8,0
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 3 2025 139 MATERIAL SCIENCE состав определяли на дифрактометре XRD6000 в излучении Cu-Kα. Углы сканирования составляли 20…80° с шагом 0,02°. Измерение микротвердости проводили на приборе ПТМ-3 с нагрузкой 100 г. Испытание на сжатие выполнялось с помощью универсального разрывного тестера MTS SANS CMT5105 при скорости сжатия 5⋅10–3 мм/с. Измерялось не менее трех образцов, полученных в одном режиме. Результаты и их обсуждение На рис. 1, а показаны результаты рентгеноструктурного анализа сплава AlCoCrFeNiNb0.25 в литом состоянии и после термической обработки. В литом состоянии сплав состоит из основной фазы с ОЦК-решеткой, представляющей собой неупорядоченный твердый раствор всех присутствующих в системе компонентов. Неупорядоченность твердого раствора основной фазы обусловлена перераспределением компонентов сплава с разным атомным радиусом внутри ОЦК-решетки и ее сегрегации на две с различающимися параметрами. Этот эффект неупорядоченности твердого раствора проявляется на рентгенограмме как разделение основного ОЦК-пика на два (рис. 1, б). Кроме того, на рентгенограмме присутствуют пики отражения от кристаллической решетки фазы Лавеса, богатой Nb, которую можно идентифицировать как (СоCr)Nb с гексагональной кристаллической структурой, и пик отражения [001] фазы В2, представляющей AlNi с ОЦК-кристаллической решеткой [29, 32]. Присутствие фазы Лавеса характерно для сплавов AlCoCrFeNiNb, где содержание Nb соответствует мольному отношению 0,25 и выше. В этом случае Nb не только растворяется в основной ОЦК-фазе, но и способствует образованию второй фазы – фазы Лавеса, формирующей с фазой ОЦК эвтектическую смесь [29]. Согласно результатам исследователей [32], при охлаждении сплава системы AlCoCrFeNiNb основная кристаллизовавшаяся фаза ОЦК может некогерентно разделяться на смесь неупорядоченной фазы ОЦК, обогащенной Cr-Fe, и упорядоченной фазы B2, обогащенной Al-Ni, что подтверждается наличием на рентгенограмме пика фазы В2. При последующей термообработке сплава на рентгенограммах происходят следующие изб Рис. 1. Рентгенограмма сплава AlCoCrFeNiNb0.25 в литом состоянии и после термической обработки (а) с увеличенным изображением в углах 41–48° (б) Fig. 1. XRD patterns of AlCoCrFeNiNb0.25 alloy in the as-cast state and after heat treatment (a) with enlarged image in the 2θ range of 41–48° (б) а менения. С увеличением температуры нагрева интенсивность пика фазы В2 снижается. Интенсивность пика, соответствующего фазе Лавеса, несколько возрастает. Кроме того, происходят изменения в решетке основной фазы ОЦК. На рис. 1, б представлен увеличенный вид пика (110) фазы ОЦК. Видно, что с увеличением температуры термообработки пик смещается в сторону меньших углов, что указывает на увеличение параметра решетки ОЦК-твердого раствора, а зна чит, на изменения состава твердого раствора. После термообработки при 900 °С появляются пики новой фазы. Она идентифицируется как σ-фаза с тетрагональной решеткой, состоящей
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 3 2025 140 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ из Cr и Fe. При высоких температурах термообработки σ-фаза отсутствует. Данная особенность выделения и растворения σ-фазы в фазе ОЦК в близком температурном интервале наблюдалась и в работе [29]. Результаты РСА сплава AlCoCrFeNiNb0.25 во всем интервале температур термообработки показали, что основной фазой остается неупорядоченный ОЦК-твердый раствор, в то время как в сплаве AlCoCrFeNi на грев способствует переходу части материала в твердый раствор с ГЦКрешеткой [29]. Следовательно, легирование Nb приводит к стабилизации фазы ОЦК и сохранению преимущественно однофазного строения высокоэнтропийного сплава. На рис. 2 показана микроструктура сплава AlCoCrFeNiNb0.25 в литом состоянии и после термообработки. Во всех случаях сплав имеет дендритную морфологию со структурой доэвтектического сплава. Основой структуры являются дендриты и эвтектика в междендритном пространстве. Дендриты состоят из фазы ОЦК. Эвтектика представляет собой смесь фазы ОЦК и фазы Лавеса. В литом состоянии вследствие дендритной ликвации химический состав дендритов неоднороден. Центральная часть дендритов, состоящих из фазы ОЦК, обогащена Ni и Al. По краям дендритов и в эвтектике фаза ОЦК богата Cr и Fe. В фазе ОЦК частично растворяется Nb, но большая часть входит в состав фазы Лавеса. Результаты элементного анализа по зонам литого сплава представлены в табл. 2. Приведенная закономерность формирования дендритной структуры сплавов этой системы описана в работах других исследователей [15, 29]. Повсеместно дендритная структура, имеющая после травления темный контраст, окаймлена прослойками фазы Лавеса светлой окраски, которая является вторичной фазой. Вторичная фаза Лавеса образуется по границам твердого раствора в процессе формирования дендритов и обусловлена снижением растворимости ниобия в твердом растворе основных компонентов в процессе охлаждения. Вследствие обогащения периферийных зон дендритов ниобием и хромом создаются условия для образования на основе данных компонентов вторичной фазы Лавеса. Как видно на рис. 2, б, структура эвтектической составляющей сплава несовершенна. Зерна фазы Лавеса разбиты на отдельные фрагменты с разносторонней ориентировкой. Поскольку в междендритном пространстве формируется эвтектика, в состав которой входит фаза Лавеса, то структурно разделить вторичную фазу Лавеса и фазу Лавеса в эвтектике не представляется возможным. Термообработка в исследуемом интервале температур принципиально не меняет дендритное строение сплава (рис. 2). Ширина дендритов по осям второго порядка составляет от 11 до 15 мкм. Увеличение температуры нагрева с 900 до 1100 °С приводит к изменению строения эвтектики, что прослеживается на металлографических изображениях с большим увеличением (рис. 2, е, з). При нагреве до 900 °С изменения в строении эвтектики незаметны. При нагреве до 1000 °С разрозненные фрагменты фазы Лавеса начинают выстраиваться в характерные для эвтектики чередующиеся с твердым раствором строчки. При температуре 1100 °С в междендритном пространстве мы наблюдаем совершенные зерна эвтектики (рис. 2, з). Изменение в строении эвтектической составляющей сплава подтверждают результаты рентгеноструктурного анализа. С повышением температуры термообработки на дифрактограммах увеличивается интенсивность пика фазы Лавеса. Это может быть связано как с коагуляцией зерен второй фазы, так и с увеличением доли этой фазы в междендритной зоне за счет ее дальнейшего выделения из твердого раствора (рис. 1, а). Как показывает рентгеноструктурный анализ, при термообработке с нагревом 900 °С в сплаве образуется упорядоченная σ-фаза. В работе [32] описано, что σ-фаза выделяется из неупорядоченного твердого раствора там, где он обогащен Cr и Fe, в виде дисперсных частиц. Наши исследования с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) показали, что частицы σ-фазы выделяются по всему объему дендритов (рис. 3, б). При термообработке с нагревом 1000 °С частицы σ-фазы еще наблюдаются, но в меньшем количестве (рис. 3, в). При нагреве до 1100 °С они исчезают полностью (рис. 3, г). По результатам СЭМ можно видеть, что термообработка значительно влияет на строение
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 3 2025 141 MATERIAL SCIENCE Рис. 2. Микроструктура сплава AlCoCrFeNiNb0.25 в литом состоянии и после термообработки: T30 (а, б); T900 (в, г); T1000 (д, е); T1100 (ж, з) Fig. 2. Microstructure of AlCoCrFeNiNb0.25 alloy in the as-cast state and after heat treatment: T30 (a, б); T900 (в, г); T1000 (д, е); T1100 (ж, з) а б в г д е ж з
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 3 2025 142 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Т а б л и ц а 2 Ta b l e 2 Составы в сплаве AlCoCrFeNi в литом состоянии (ат. %) Chemical compositions (at. %) in the AlCoCrFeNi alloy in the as-cast state Т30 Al Cr Fe Co Ni Nb Центр дендрита / Dendrite core 17,76 16,46 18,61 20,30 24,56 2,40 Периферия дендрита / Dendrite periphery 14,85 21,61 20,75 20,14 21,06 1,59 Твердый раствор в эвтектике / Solid solution in eutectics 12,09 23,86 22,05 19,78 19,28 2,96 Фаза Лавеса / Laves phase 3,80 18,36 21,43 23,66 11,56 21,17 Рис. 3. Микроструктура сплава AlCoCrFeNiNb0.25 в литом состоянии и после термообработки, полученная с помощью СЭМ: T30 (а); T900 (б); T1000 (в); T1100 (г) Fig. 2. Microstructure of AlCoCrFeNiNb0.25 alloy in the as-cast state and after heat treatment, obtained using SEM: T30 (a); T900 (б); T1000 (в); T1100 (г) а б в г твердого раствора в дендритах (рис. 3). Как известно, при кристаллизации сплавов исследуемой системы в процессе охлаждения происходит спинодальный распад неупорядоченного твердого раствора на неупорядоченный твердый раствор, обогащенный Fe и Cr, и упорядоченную В2-фазу, обогащенную Ni и Al [32]. Распад твердого раствора приводит к формированию так называемой корзинчатой структуры, подробно описанной в работах [15, 32, 37]. В исследуемом
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1