Получение интерметаллидного соединения Fe3Al методом послойного электродугового выращивания

И.А. Щербаков, ,

И.И. Cулейманова, ,

E.A. Khasanova, ,

I.A. Shcherbakov, ,

I.I. Suleymanova, ,

Хасанова Э.А., Щербаков И.А., Сулейманова И.И.

Алюминиды, а именно интерметаллиды Fe₃Al, представляют большой интерес, так как сплавы на их основе обладают высокими прочностными и жаропрочными характеристиками при рабочих температурах, высоким сопротивлением окислению [1]. Алюминиды могут использоваться в технике в качестве защитных покрытий для изготовления деталей, работающих в условиях абразивного износа, при повышенных температурах, в агрессивных средах [2–4]. В работах [5, 6] были исследованы процессы аргонодуговой наплавки сплавов системы «железо – алюминий», подтверждено наличие интерметаллической фазы Fe 3 Al, исследовано влияние процентного содержания алюминия и режимов наплавки на свойства соединения. В настоящее время находят применение аддитивные технологии послойного электродугового выращивания [7]. Основной вектор развития данного направления связан с использованием алюминиевых сплавов.

Целью данной работы является получение интерметаллидного соединения методом послойного электродугового выращивания с подачей разнородных проволок на основе Fe и Al.

Для получения интерметаллидного соединения Fe 3 Al использовались сварочные присадочные проволоки: Св-08а на основе железа и 4043 (АМг5) на основе алюминия, диаметром 1,2 мм каждая. Расчетным путем определено, что при равных диаметрах проволок необходимо одновременно подавать в сварочную электрическую дугу 2 проволоки на основе железа и одну проволоку на основе алюминия, при этом массовая доля алюминия, необходимая для образования интерметалли-да, составляет 14,63 %.

Для электродугового выращивания образцов применялась TIG-наплавка, защитный газ аргон. Три сварочные проволоки подавались пакетом одновременно через направляющую трубку, подведенную напрямую к электрической дуге, с целью предотвращения расхождения их от тепловой деформации. Наплавленные валики накладывались после остывания предыдущего слоя. В процессе элек-

тродугового выращивания при использовании постоянного тока наблюдалось разбрызгивание металла. При смене тока на переменный дуга становилась управляемой, а формирование валика выращенного образца – стабильным, без разбрызгивания.

Для оценки структуры металла полученных образцов и определения химического состава были проведены исследования на оптическом микроскопе и электронном сканирующем микроскопе JEOL JSM-6460 LV. По результатам химического анализа трех выращенных образцов обнаружено, что процентное содержание Al варьируется в пределах 13–16 масс. %, что соответствует диапазону образования интерметаллида. Получена однородная структура твердого раствора железа с алюминием без внутренних дефектов, пор и трещин. Анализ результатов электронной микроскопии не показал наличия интерметаллической фазы Fe 3 Al, что объясняется большой скоростью протекания металлургических процессов при электродуговом выращивании при отсутствии подогрева.

Для увеличения времени нахождения образцов в интервале температуры образования интерметаллида и уменьшения скорости охлаждения была проведена термическая обработка выращенных образцов на следующих режимах: 550 °С, выдержка 2 часа, охлаждение в печи. Анализ результатов электронной микроскопии после термической обработки показал наличие интерметаллидной фазы Fe 3 Al по границам зерен.

Выводы

• 1.    Метод послойного электродугового выращивания подходит для получения интерметаллического соединения совместно с термообработкой.

• 2.    Перспективным направлением исследований является получение слоистых композитных материалов, состоящих из слоев сплава алюминия и интерметаллида. Необходимо будет также оценить влияние термической обработки на различные слои композитного материала.