Электронный научный журнал
 
Diagnostics, Resource and Mechanics 
         of materials and structures
ВыпускиО журналеАвторуРецензентуКонтактыНовостиРегистрация

Все выпуски

Все выпуски
 
2024 Выпуск 1
 
2023 Выпуск 6
 
2023 Выпуск 5
 
2023 Выпуск 4
 
2023 Выпуск 3
 
2023 Выпуск 2
 
2023 Выпуск 1
 
2022 Выпуск 6
 
2022 Выпуск 5
 
2022 Выпуск 4
 
2022 Выпуск 3
 
2022 Выпуск 2
 
2022 Выпуск 1
 
2021 Выпуск 6
 
2021 Выпуск 5
 
2021 Выпуск 4
 
2021 Выпуск 3
 
2021 Выпуск 2
 
2021 Выпуск 1
 
2020 Выпуск 6
 
2020 Выпуск 5
 
2020 Выпуск 4
 
2020 Выпуск 3
 
2020 Выпуск 2
 
2020 Выпуск 1
 
2019 Выпуск 6
 
2019 Выпуск 5
 
2019 Выпуск 4
 
2019 Выпуск 3
 
2019 Выпуск 2
 
2019 Выпуск 1
 
2018 Выпуск 6
 
2018 Выпуск 5
 
2018 Выпуск 4
 
2018 Выпуск 3
 
2018 Выпуск 2
 
2018 Выпуск 1
 
2017 Выпуск 6
 
2017 Выпуск 5
 
2017 Выпуск 4
 
2017 Выпуск 3
 
2017 Выпуск 2
 
2017 Выпуск 1
 
2016 Выпуск 6
 
2016 Выпуск 5
 
2016 Выпуск 4
 
2016 Выпуск 3
 
2016 Выпуск 2
 
2016 Выпуск 1
 
2015 Выпуск 6
 
2015 Выпуск 5
 
2015 Выпуск 4
 
2015 Выпуск 3
 
2015 Выпуск 2
 
2015 Выпуск 1

 

 

 

 

 

N. B. Pugacheva, D. I. Vichuzhanin, Т. М. Bykova, I. S. Kamantsev

STUDYING THE PLASTIC DEFORMABILITY OF A Ni–Fe–Cr–Ti–B–C COMPOSITE

DOI: 10.17804/2410-9908.2023.5.015-030

The paper studies changes in the structural state of a Ni–Fe–Cr–Ti–B–C composite after hot plastic deformation. The matrix of the composite consists of a mechanical mixture of two solid solutions: austenite and ferrite. Titanium carbide and diboride particles resulting from self-propagating high-temperature synthesis (SHS) are the strengthening phases. Additional strengthening is provided by carbide Cr23C6 and intermetallic Ni3Ti particles formed in austenite during cooling. The constituent with a ferrite matrix, which is a mixture of α-(Cr,Fe) + TiB2 + TiC + Cr23C6,
is shown to have the highest ductility. The strongest constituent of the composite is represented by regions with an austenitic matrix and the most abundant TiB2 particles. These regions are characterized by the highest hardness, elastic modulus, elastic recovery Re and wear resistance ratio HIT/E. The hardness of the composite is 58 HRC. For plastic deformation of the composite, it is proposed to perform hot rolling at a heating temperature of 1000 °C under all-round compression. To do this, a composite specimen is pressed into a 10 mm steel shell, with 6 mm steel plates welded on top and from below. True plastic strain ε = 0.6 is achieved under these conditions. EBSD analysis testifies that the deformation is implemented due to dynamic polygonization and recrystallization of the austenitic and ferritic grains of the composite matrix. Dynamic recrystallization prevails in the austenitic grains, whereas dynamic polygonization predominates in the ferritic ones.

Acknowledgements: The equipment of the Plastometriya shared research facilities at the Institute of Engineering Science, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, was used in the research. The study was carried out under the state assignment for the Institute of Engineering Science, UB RAS.

Keywords: self-propagating high-temperature synthesis, composite, matrix, microstructure, microindentation, rolling, plastic deformation, dynamic recrystallization, dynamic polygonization

Bibliography:

  1. Merzhanov, A.G. Tverdoplamennoe Gorenie [Solid-Flame Combustion: Monograph]. ISMAN Publ., Chernogolovka, 2000. (In Russian).
  2. Amosov, A.P., Borovinskaya, I.P., and Merzhanov, A.G. Poroshkovaya Tekhnologiya Samorasprostranyayushchegosya Vysokotemperaturnogo Sinteza Materialov: Uchebnoe Posobie [Powder Technology of Self-Propagating High-Temperature Synthesis of Materials: Textbook]. Mashinostroenie–1 Publ., Moscow, 2007, 566 p. (In Russian).
  3. Kim, J.S., Dudina, D.V., Kim, J.C., Kwon, Y.S., Park, J.J., and Rhee, C.K. Properties of Cu-based nanocomposites produced by mechanically-activated self-propagating high-temperature synthesis and spark-plasma sintering. Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 2010, 10, 252–257. DOI: 10.1166/jnn.2010.1523.
  4. Hoang, O. N. T., Hoang, V. N., Kim, J. S., and Dudina, D. V. Structural investigations of TiC–Cu nanocomposites prepared by ball milling and spark plasma sintering. Metals, 2017, 7 (4), 123. DOI: 10.3390/met7040123.
  5. Nikolin, B.V., Matevosyan, M.B., Kochugov, S.P., and Pugacheva, N.B. Method of producing multilayer wear-resistant plate. Patent RF 2680489. (In Russian).
  6. Pugacheva, N.B., Nikolin, Yu.V., Malygina, I.Yu., and Trushina, E.B. Formation of the structure of Fe-Ni-Ti-C-B composites under self-propagating high-temperature synthesis. AIP Conference Proceedings, 2018, 2053, 020013. DOI: 10.1063/1.5084359.
  7. Pugacheva, N.B., Nikolin, Yu.V., and Senaeva, E.I. The structure and wear resistance of a Ti-Ni-Fe-C-B composite. AIP Conference Proceedings, 2019, 2176, 020007. DOI: 10.1063/1.5135119.
  8. Pugacheva N.B., Nikolin Yu.V., Bykova T.M., and Senaeva E.I. Influence of the chemical composition of the matrix on the structure and properties of monolithic SHS composites. Obrabotka Metallov (Tekhnologiya, Oborudovanie, Instrumenty), 2021, 23 (3), 124–138. DOI: 10.17212/1994-6309-2021-23.3-124-138. (In Russian).
  9. Kvanin, V.L., Balikhina, N.T., and Borovinskaya, I.P. Press-mold and facility for producing the large hard alloy articles by the method of forced self-propagation high-temperature compacting. Kuznechno-Shtampovochnoe Proizvodstvo. Obrabotka Materialov Davleniem, 1992, 5, 14–19. (In Russian).
  10. Stolin, А.М., Bazhin, P.М., Alymov, М.I., and Мikheev, М.V. Self-propagating high-temperature synthesis of titanium carbide powder under pressure–shear conditions. Inorganic Materials, 2018, 54, 521–527. DOI: 10.1134/S0020168518060146.
  11. Stolin, A.M. and Bazhin, P.M. Manufacture of multipurpose composite and ceramic materials in the combustion regime and high-temperature deformation (SHS extrusion). Theoretical Foundations of Chemical Engineering, 2014, 48 (6), 751–763. DOI: 10.1134/S0040579514060104.
  12. Pugacheva, N.B., Kruychkov, D.I., Nesterenko, A.V., Smirnov, S.V., and Shveykin, V.P. Studying the short-term high-temperature creep in the Al–6Zn–2.5Mg–2Cu/10SiCp aluminum matrix composite. Physics of Metals and Metallography, 2021, 122 (8), 782–788. DOI: 10.1134/S0031918X21080111.
  13. Kruychkov, D.I., Nesterenko, A.V., Smirnov, S.V., Pugacheva, N.B., Vichuzhanin, D.I., and Bykova, T.M. Influence of all-round forging under short-term creep conditions on the structure and mechanical properties of the Al7075/10SiCp composite with an aluminum matrix. The Physics of Metals and Metallography, 2021, 122 (10), 981–990. DOI: 10.1134/S0031918X21100069.
  14. Volkov, A.Yu., Kalonov, A.A., and Komkova, D.A. Effect of annealing on the structure, mechanical and electrical properties of Cu/Mg-composite wires. Materials Characterization, 2022, 183, 111606. DOI: 10.1016/j.matchar.2021.111606.
  15. Volkov, A.Yu., Antonov, B.D., Patrakov, E.I., Volkova, E.G., Komkova, D.A., Kalonov, A.A., and Glukhov, A.V. Abnormally high strength and low electrical resistivity of the deformed Cu/Mg–composite with a big number of Mg-filaments. Materials & Design, 2020, 185, 108276. DOI:10 .1016/j.matdes.2019.108276.
  16. Pugacheva, N., Kryuchkov, D., Bykova, T., and Vichuzhanin, D. Studying the plastic deformation of Cu-Ti-C-B composites in a favorable stress state. Materials, 2023, 16 (8), 3204. DOI: 10.3390/ma16083204.
  17. Huang, K. and Logé, R.E. A review of dynamic recrystallization phenomena in metallic materials. Materials & Design, 2016, 111, 548–574. DOI: 10.1016/j.matdes.2016.09.012.
  18. Zhu, J., Liu, S., Yuan, X., and Liu, Q. Comparing the through-thickness gradient of the deformed and recrystallized microstructure in tantalum with unidirectional and clock rolling. Materials, 2019, 12 (1), 169. DOI: 10.3390/ma12010169.
  19. GOST Р 8.748 – 2011 (ISO 14577–1: 2002). Metallic materials. Instrumented indentation test for hardness and materials parameters. Available at: https://docs.cntd.ru/document/1200095901
  20. Petrzhik, M.I. and Levashov, E.A. Modern methods for investigating functional surfaces of advanced materials by mechanical contact testing. Crystallography Reports, 2007, 52, 966–974. DOI: 10.1134/S1063774507060065.
  21. Cheng, Y.-T. and Cheng, C.-M. Relationships between hardness, elastic modulus, and the work of indentation. Applied Physics Letters, 1998, 73 (5), 614–616. DOI: 10.1063/1.121873.
  22. Mayrhofer, P.H., Mitterer, C., and Musil, J. Structure-property relationships in single- and dual-phase nanocrystalline hard coatings. Surface and Coatings Technology, 2003, 174–175, 725–731. DOI: 10.1016/S0257-8972(03)00576-0.
  23. Makarov, А.V., Korshunov, L.G., Malygina, I.Yu., and Osintseva, А.L. Effect of laser quenching and subsequent heat treatment on the structure and wear resistance of a cemented steel 20KhN3A. The Physics of Metals and Metallography, 2007, 103, 507–518. DOI: 10.1134/S0031918X07050110.
  24. Makarov, A.V., Gorkunov, E.S., Kogan, L.Kh., Malygina, I.Yu., and Osintseva, A.L. Eddy-current testing of the structure, hardness and abrasive wear resistance of laser-hardened and subsequently tempered high-strength cast iron. Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures, 2015, 6, 90–103. DOI: 10.17804/2410-9908.2015.6.090-103. Available at: http://dream-journal.org/issues/2015-6/2015-6_66.html
  25. Salikhyanov, D., Kamantsev, I., and Michurov, N. Technological shells in rolling processes of thin sheets from hard-to-deform materials. Journal of Materials Engineering and Performance, 2023. DOI: 10.1007/s11665-023-07834-4.
  26. Goldschmidt, H.I. Splavy Vnedreniya. T. 1 [Interstitial alloys: in Two Volumes. Vol. 1]. Mir Publ., Moscow, 1971, 424 p. (In Russian).

Н. Б. Пугачева, Д. И. Вичужанин, Т. М. Быкова, И. С. Каманцев

ИССЛЕДОВАНИЕ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМИРУЕМОСТИ КОМПОЗИТА СИСТЕМЫ Ni–Fe–Cr–Ti–B–C

Исследованы изменения структурного состояния СВС-композита системы Ni–Fe–Cr–Ti–B–C после горячей пластической деформации. Матрица композита представляет собой механическую смесь двух твердых растворов: аустенита и феррита. Упрочняющими фазами являются частицы карбида и диборида титана, образовавшиеся в результате самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Дополнительное упрочнение обеспечивают частицы карбида Cr23C6 и интерметаллида Ni3Ti, образующиеся при охлаждении в аустените. Показано, что максимальной пластичностью обладает структурная составляющая с ферритной матрицей, представляющая собой механическую смесь α-(Cr,Fe) + TiB2 + TiC + Cr23C6. Наиболее прочной структурной составляющей композита являются области с аустенитной матрицей, содержащие наибольшее количество частиц TiB2 и характеризующиеся максимальными значениями твердости, модуля упругости, показателя упругого восстановления Re и условного показателя износостойкости HIT/E. Твердость композита составила 58 HRC. Для осуществления пластической деформации композита предложено проводить горячую прокатку при температуре нагрева 1000 °C в условиях всестороннего сжатия. С этой целью образец композита запрессовывали в стальную оболочку толщиной 10 мм, а сверху и снизу приваривали стальные пластины толщиной 6 мм. В данных условиях реализована истинная пластическая деформация композита ε = 0,6. По результатам EBSD-анализа установлено, что деформация происходит за счет динамической полигонизации и рекристаллизации аустенитных и ферритных зерен матрицы композита. При этом в аустенитных зернах преобладает динамическая рекристаллизация, а в ферритных – динамическая полигонизация.

Благодарности: Работа выполнена на оборудовании ЦКП «Пластометрия» ИМАШ УрО РАН в соответствии с государственным заданием ИМАШ УрО РАН.

Ключевые слова: самораспространяющийся высокотемпературный синтез, композит, матрица, микроструктура, микроиндентирование, прокатка, пластическая деформация, динамическая рекристаллизация, динамическая полигонизация

Библиография:

  1. Мержанов А. Г. Твердопламенное горение : монография. – Черноголовка : ИСМАН, 2000. – 224 с.
  2. Амосов А. П., Боровинская И. П., Мержанов А. Г. Порошковая технология самораспространяющегося высокотемпературного синтеза материалов. – Москва : Машиностроение-1, 2007. – 566 с.
  3. Properties of Cu-based nanocomposites produced by mechanically-activated self-propagating high-temperature synthesis and spark-plasma sintering / J. S. Kim, D. V Dudina., J. C. Kim, Y. S. Kwon, J. J. Park, C. K. Rhee // Journal of Nanoscience and Nanotechnology. – 2010. – Vol. 10. – P. 252–257. – DOI: 10.1166/jnn.2010.1523.
  4. Structural investigations of TiC–Cu nanocomposites prepared by ball milling and spark plasma sintering / O. N. T. Hoang, V. N. Hoang, J. S. Kim, D. V. Dudina // Metals. – 2017. – Vol. 7 (4). – P. 123. – DOI: 10.3390/met7040123.
  5. Способ изготовления многослойной износостойкой пластины : пат. 2680489 Рос. Федерация / Николин Б. В., Матевосян М. Б., Кочугов С. П., Пугачева Н. Б. : приоритет от 10.11.2017 до 10.11.2037.
  6. Formation of the structure of Fe-Ni-Ti-C-B composites under self-propagating high-temperature synthesis / N. B. Pugacheva, Yu. V. Nikolin, I. Yu. Malygina, E. B. Trushina // AIP Conference Proceedings. – 2018. – Vol. 2053. – Р. 020013. – DOI: 10.1063/1.5084359.
  7. Pugacheva N. B., Nikolin Yu. V., Senaeva E. I. The structure and wear resistance of a Ti-Ni-Fe-C-B composite // AIP Conference Proceedings. – 2019. – Vol. 2176. – P. 020007. – DOI: 10.1063/1.5135119.
  8. Влияние химического состава матрицы на структуру и свойства монолитных СВС-композитов / Н. Б. Пугачева, Ю. В. Николин, Т. М. Быкова, Е. И. Сенаева // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2021. – Т. 23, № 3. – С. 124–138. – DOI: 10.17212/1994-6309-2021-23.3-124-138.
  9. Кванин В. Л., Балихина Н. Т., Боровинская И. П. Пресс-форма и установка для получения крупногабаритных твердосплавных изделий методом силового СВС компактирования // КШП. – 1992. – № 5. – С. 14–19.
  10. Self-propagating high-temperature synthesis of titanium carbide powder under pressure–shear conditions / А. М. Stolin, P. М. Bazhin, М. I. Alymov, М. V. Мikheev // Inorganic Materials. – 2018. – Vol. 54. – P. 521–527. – DOI: 10.1134/S0020168518060146.
  11. Stolin A. M., Bazhin P. M. Manufacture of multipurpose composite and ceramic materials in the combustion regime and high-temperature deformation (SHS extrusion) // Theoretical Foundations of Chemical Engineering. – 2014. – Vol. 48, No. 6. – P. 751–763. – DOI: 10.1134/S0040579514060104.
  12. Studying the short-term high-temperature creep in the Al–6Zn–2.5Mg–2Cu/10SiCp aluminum matrix composite / N. B. Pugacheva, D. I. Kruychkov, A. V. Nesterenko, S. V. Smirnov, V. P. Shveykin // Physics of Metals and Metallography. – 2021. – Vol. 122 (8). – P. 782–788. – DOI: 10.1134/S0031918X21080111.
  13. Influence of all-round forging under short-term creep conditions on the structure and mechanical properties of the Al7075/10SiCp composite with an aluminum matrix / D. I. Kruychkov, A. V. Nesterenko, S. V. Smirnov, N. B. Pugacheva, D. I. Vichuzhanin, T. M. Bykova // The Physics of Metals and Metallography. – 2021. – Vol. 122 (10). – 981–990. – DOI: 10.1134/S0031918X21100069.
  14. Effect of annealing on the structure, mechanical and electrical properties of Cu/Mg-composite wires / A. Yu. Volkov, A. A. Kalonov, D. A. Komkova // Materials Characterization. – 2022. – Vol. 183. – P. 111606. – DOI: 10.1016/j.matchar.2021.111606.
  15. Abnormally high strength and low electrical resistivity of the deformed Cu/Mg–composite with a big number of Mg–filaments / A. Yu. Volkov, B. D. Antonov, E. I. Patrakov, E. G. Volkova, D. A. Komkova, A. A. Kalonov, A. V Glukhov // Materials & Design. – 2020. – Vol. 185. – P. 108276. – DOI: 10.1016/j.matdes.2019.108276.
  16. Studying the plastic deformation of Cu-Ti-C-B composites in a favorable stress state / N. Pugacheva, D. Kryuchkov, T. Bykova, D. Vichuzhanin // Materials. – 2023. – Vol. 16, iss. 8. – P. 3204. – DOI: 10.3390/ma16083204.
  17. Huang K., Logé R. E. A review of dynamic recrystallization phenomena in metallic materials // Materials & Design. – 2016. – Vol. 111. – P. 548–574. – DOI: 10.1016/j.matdes.2016.09.012.
  18. Comparing the through-thickness gradient of the deformed and recrystallized microstructure in tantalum with unidirectional and clock rolling / J. Zhu, S. Liu, X. Yuan, Q. Liu // Materials. – 2019. – Vol. 12, iss. 1. – P. 169. – DOI: 10.3390/ma12010169.
  19. ГОСТ Р 8.748–2011 (ИСО 14577–1: 2002). Металлы и сплавы. Измерение твердости и других характеристик материалов при инструментальном индентировании. – М. : Стандартинформ, 2012. – 32 с.
  20. Petrzhik M. I., Levashov E. A. Modern methods for investigating functional surfaces of advanced materials by mechanical contact testing // Crystallography Reports. – 2007. – Vol. 52. – P. 966–974. – DOI: 10.1134/S1063774507060065.
  21. Cheng Y.-T., Cheng C.-M. Relationships between hardness, elastic modulus, and the work of indentation // Applied Physics Letters. – 1998. – Vol. 73, iss. 5. – P. 614–616. – DOI: 10.1063/1.121873.
  22. Mayrhofer P. H., Mitterer C., Musil J. Structure-property relationships in single- and dual-phase nanocrystalline hard coatings // Surface and Coatings Technology. – 2003. – Vols. 174–175. – P. 725–731. – DOI: 10.1016/S0257-8972(03)00576-0.
  23. Effect of laser quenching and subsequent heat treatment on the structure and wear resistance of a cemented steel 20KhN3A / А. V. Makarov, L. G. Korshunov, I. Yu. Malygina, А. L. Osintseva // The Physics of Metals and Metallography. – 2007. – Vol. 103. – P. 507–518. – DOI: 10.1134/S0031918X07050110.
  24. Eddy-current testing of the structure, hardness and abrasive wear resistance of laser-hardened and subsequently tempered high-strength cast iron / A. V. Makarov, E. S. Gorkunov, L. Kh. Kogan, I. Yu. Malygina, A. L. Osintseva // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. – 2015. – Iss. 6. – P. 90–103. – DOI: 10.17804/2410-9908.2015.6.090-103. – URL: http://dream-journal.org/issues/2015-6/2015-6_66.html
  25. Salikhyanov D., Kamantsev I., Michurov N. Technological shells in rolling processes of thin sheets from hard-to-deform materials // Journal of Materials Engineering and Performance. – 2023. – DOI: 10.1007/s11665-023-07834-4.
  26. Гольдшмидт Х. Дж. Сплавы внедрения : в двух томах. Том 1. – М. : Мир, 1971. – 424 с.

PDF      

Библиографическая ссылка на статью

Studying the Plastic Deformability of a Ni–fe–cr–ti–b–c Composite / N. B. Pugacheva, D. I. Vichuzhanin, Т. М. Bykova, I. S. Kamantsev // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. - 2023. - Iss. 5. - P. 15-30. -
DOI: 10.17804/2410-9908.2023.5.015-030. -
URL: http://dream-journal.org/issues/content/article_408.html
(accessed: 19.04.2024).

 

импакт-фактор
РИНЦ 0.42

категория К2
в перечне ВАК

МРДМК 2024
ЦКП Пластометрия
НЭБ РИНЦ
Google Scholar


РНБ
Лань

 

Учредитель:  Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения имени Э.С. Горкунова Уральского отделения Российской академии наук
Главный редактор:  С.В.Смирнов
При цитировании ссылка на Электронный научно-технический журнал "Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures" обязательна. Воспроизведение материалов в электронных или иных изданиях без письменного разрешения редакции запрещено. Опубликованные в журнале материалы могут использоваться только в некоммерческих целях.
Контакты  
 
Главная E-mail 0+
 

ISSN 2410-9908 Регистрация СМИ в Роскомнадзоре Эл № ФС77-57355 от 24 марта 2014 г. © ИМАШ УрО РАН 2014-2024, www.imach.uran.ru