Obrabotka Metallov. 2016 no. 1(70)

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 1 (70) 2016 47 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Рис. 6. РЭМ-изображение частицы порошка, полученного механической активацией в течение 15 мин ( а ), и распределение компонента Ti ( б ) и Nb ( в ) по сечению частицы ции лежит механизм холодной сварки в услови- ях интенсивной пластической деформации [1, 2]. В результате соударения частиц компонентов между собой и мелющими телами под действием напряжения сжатия и сдвига происходит пласти- ческая деформация и дробление частиц компо- нентов. На образовавшихся новых поверхностях частиц присутствует множество открытых атом- ных связей. Открытые атомные связи при кон- такте двух активных поверхностей образуют прочную металлическую связь. Если контакти- руют поверхности частиц разных компонентов, то наряду с образованием прочной связи по гра- нице раздела будет происходить процесс диффу- зии компонентов друг в друга. А так как процесс перемешивания продолжается, то выделяемое тепло и дополнительная деформация будут под- держивать процесс диффузии и перемешивания компонентов. В результате в нашем случае, ког- да компоненты Ti и Nb полностью растворимы друг в друге, должен получиться общий твердый раствор – β-фаза с концентрацией компонентов в соответствии с массовым соотношением загру- жаемых компонентов 60 % Ti и 40 % Nb и соот- ветственно сплав состава Ti40Nb. Как показали результаты элементного анализа полученных порошков, после 10 мин обработки формируется сплав состава Ti33Nb. При увеличении време- ни обработки до 15 мин – Ti35Nb и при макси- мальном времени воздействия 20 мин – Ti37Nb. На неполное растворение компонентов друг в друге указывает и наличие в фазовом составе получаемого порошка небольшой доли α-Ti (см. рис. 4). В случае полной растворимости компо- нентов в сплаве на дефрактограммах α-фаза не должна идентифицироваться [15, 16]. Следова- тельно, для полного завершения процесса форми- рования сплава требуется большее время обработ- ки. По полученной зависимости состава сплава от времени обработки можно предположить, что необходимое время для полной механической ак- тивации составит 25…30 мин, что соответствует данным, полученным в работе [17]. У метода механической активации имеют- ся недостаток – холодная сварка происходит не только между частицами компонентов, но и между компонентами и мелющими телами. Этот эффект можно использовать как способ полу- чения покрытия [18], но при получении сплава проявление данного эффекта следует избегать, так как снижается выход готового продукта [16]. Кроме того, размер и форма получаемых частиц должны быть оптимизированы для дальнейшего использования в технологии СЛС. Форма частиц порошка должна быть близкой к сферической c рекомендуемым размером 10…50 мкм [19]. Рассмотрим, как время активации повлияло на гранулометрический состав, форму получае- мого порошка и выход готового продукту. На ос- нове собственных исследований авторов работ [8, 9], а также [15–17] можно описать процесс формирования порошка сплава следующим об- разом. В первые десять минут активации за счет динамических ударов стальных шаров и вза- имного контакта происходит интенсивная пла- стическая деформация частиц Ti и Nb. Так как частицы Nb мельче, требуется меньшее напря- жение для их деформации, и частицы данного компонента полностью смешиваются с фрагмен- тами частиц Ti, образуя агломераты. Частицы Ti крупнее и их весовая доля больше, поэтому не- которые фрагменты разрушенных частиц сохра- няют обособленность и химический состав. При многократном соударении агломераты вновь деформируются, за счет чего происходит пере- мешивание материала двух компонентов внутри агломерата. Далее агломераты вновь разрушают- ся и т. д.