Особенности диффузионно-контролируемых процессов управляемого объемного синтеза из порошковых смесей Ti-Al-Fe-Fe2O3
Автор: Князева А.Г., Анисимова М.А., Коростелева Е.Н.
Статья в выпуске: 3, 2022 года.
Бесплатный доступ
Экспериментально и теоретически проанализированы процессы, протекающие в смесях порошков Ti-Al-Fe-Fe2O3 при реакционном спекании (спекании порошков из химически взаимодействующих компонентов) в условиях регулируемого нагрева. В качестве одного из компонентов использованы отходы металлообработки стальных заготовок, что обусловливает актуальность исследования. Скорость нагрева варьировалась. Проанализированы возможные физико-химические стадии, их последовательность и предполагаемый фазовый состав продуктов синтеза. Несмотря на то что реакционное спекание представляет значительный интерес для получения композитных материалов, закономерности, установленные для бинарных систем, не удается в чистом виде перенести на спекание порошков более чем двух видов. Показано, что в результате многостадийного процесса формируются наборы неравновесных фаз переменного состава на основе твердого раствора α-титана. Установлено, что структуры, полученные из порошковых составов «Ti+Al+Fe» и «Ti+Al+металлическая стружка», мало чем отличаются друг от друга, несмотря на присутствие в последнем заметной доли оксидов. Представлены примеры решения частных задач, которые соответствуют возможным вариантам диффузионного взаимодействия в гетерогенной системе. Аналитические решения получены в квазистационарном приближении. Диффузионный характер изменения положения границ раздела фаз одинаков для постоянного и переменного коэффициента диффузии. Форма частицы тугоплавкого реагента слабо сказывается на динамике процесса. Дан пример расчета напряжений и деформаций в условной реакционной ячейке, когда фазы разделены подвижными границами. В квазистатическом приближении время для механической части задачи является параметром. Показано, что движущие силы диффузионного переноса могут быть связаны с локальными напряжениями, которые, в свою очередь, могут быть связаны с изменением состава.
Спекание, диффузия, фазообразование, сопряженные задачи, локальные напряжения
Короткий адрес: https://sciup.org/146282541
IDR: 146282541 | DOI: 10.15593/perm.mech/2022.3.13
Список литературы Особенности диффузионно-контролируемых процессов управляемого объемного синтеза из порошковых смесей Ti-Al-Fe-Fe2O3
- Дьяконов О.М. Получение металлургических брикетов на основе стружко-порошковых композиций горячим прессованием // Литье и металлургия. – 2011. – № 4 (63). – С. 129–137.
- Переработка стружки черных металлов / С.Л. Ровин, Л.Е. Ровин, Т.М. Заяц, О.М. Валицкая // Литье и металлургия. – 2017. – № 4 (89). – С. 94–101.
- Ровин С.Л., Калиниченко А.С., Ровин Л.Е. Возвращение дисперсных металлоотходов в производство // Литье и металлургия. – 2019. – № 1. – С. 45–48.
- Formation of phases in reactively sintered TiAl3 alloy / A. Skolaková, P. Salvetr, J. Leitner, T. Lovasi, P. Novak // Molecules. – 2020. – Vol. 25. – 1912. DOI: 10.3390/molecules25081912
- Kostov A., Friedrich B., Živković D. Thermodynamic calculations in alloys Ti-Al, Ti-Fe, Al-Fe and Ti-Al-Fe // Journal of Mining and Metallurgy. – 2008. – Vol. 44 B – P. 49–61.
- Kinetic and thermodynamic description of intermediary phases formation in Ti-Al system during reactive sintering / A. Skolakova, J. Leitner, P. Salvetr, P. Novak, D. Deduytsche, J. Kopecek, C. Detavernier, D. Vojtech // Materials Chemistry and Physics. – 2019. – Vol. 230. – P. 122–130. DOI: org/10.1016/j.matchemphys.2019.03.062
- Jones W.D. Fundamental principles of powder metallurgy. – London: E. Arnold LTD, 1960. – 392 p.
- German R.M. Powder Metallurgy and Particulate Materials Processing, Metal Powder Industries Federation, Princeton. – NJ, USA, 2005. – 629 p.
- German R.M., Suri P., Park, S.J. Review: liquid phase sintering // J Mater Sci. – 2009. – Vol. 44. – P. 1–39. DOI: https://doi.org/10.1007/s10853-008-3008-0
- Reactive spark plasma sintering of exothermic systems: A critical review / A.S. Mukasyan, A.S. Rogachev, D.O. Moskovskikh, Zh.S. Yermekov // Ceramics International. – 2022. – Vol. 4. – P. 2988–2998.
- Коростелева Е.Н., Князева А.Г., Николаев И.О. Особенности фазообразования в условиях реакционного спекания с восстановительной стадией // Физическая мезомеханика. – 2022. – Т. 25, № 5. – С. 46-56. DOI: 10.55652/1683-805X_2022_25_5_46.
- Филимонов В.Ю., Кошелев К.Б. Адиабатический тепловой взрыв в дисперсных конденсированных системах с ограниченной растворимостью реагентов в слое продукта // ФГВ. – 2013. – Т.49, № 4. – С. 91–100.
- Кошелев К.Б. Исследование процессов структурообразования и саморазогрева в бинарной порошковой смеси Ti-Al в режиме статического теплового взрыва на основе диаграммы состояния // Известия Томского политехнического университета. – 2008. – Т. 312, № 2. – С. 44–47.
- Демидов В.Н, Князева А.Г. О выборе параметров источника для процессов закалки и поверхностной термической обработки // Машиностроение: сетевой электронный научный журнал. – 2015. – Т.3, № 2. – С. 17–31.
- Князева А.Г., Поболь И.Л., Олешук И.Г. Перераспределение легирующих элементов между соединяемыми материалами в условиях изотермической пайки и сопутствующие механические напряжения // Известия вузов. Физика. – 2013. – Т. 56, № 7/2. – С. 14–24
- Любов Б.Я. Диффузионные процессы в неоднородных твердых средах. – М.: Наука, 1981. – 296 с.
- Боли Б., Уайнер Дж. Теория температурных напряжений. – М.: YOYO Media, 2012. – 512 с.
- Карташов Э.М., Кудинов В.А. Аналитическая теория теплопроводности и прикладной термоупругостию. – М.: URSS, 2018. – 656 с.
- Князева А.Г. Диффузия и реология в локально-равновесной термодинамике / под ред. П.В. Трусова. – Пермь: Перм.ГТУ, 2005. – С.45–60.
- Erde´lyi Z., Schmitz G. Reactive diffusion and stresses in spherical geometry // Acta Materialia – 2012. – Vol. 60. – P. 1807–1817.
