Подбор оптимального состава покрытия AlTiZrVNB при помощи CALPHAD подходов

Номер выпуска 2 от 17.09.2025

С развитием научно‒технологического прогресса изменились требования, предъявляемые к надёжности (повышению срока службы) узлов и деталей конструкций. Элементы машин, сделанные из высокоуглеродистой марганцевой стали, подвергаются износу, что может приводить к повышению затрат. Широко известно, что значительному износу подвержены конструкции, состоящие из стали 76, ГОСТ 51045‒97. С помощью модификации поверхностного слоя с применением лазерной наплавки и последующего оплавления появляется возможность, путем активного перемешивания и скоростного затвердевания, происходящего при оплавлении, не только гомогенизировать структуру, но и реализовывать процессы закалки приповерхностных слоев наиболее нагруженных (уязвимых) зон. Используя методы CALPHAD в программном пакете TermoCalc (номер версии программного обеспечения 2024.1.132110‒55) было проведено моделирование влияния нанесённого защитного покрытия (AlTiZrVNb) с последующим оплавлением, на изменение фазового состава и распределение элементов на внешнем кристаллическом слое основы. Для проведения расчетов был выбран сплав состава Al_31.17Ti_18.55Zr_1.56V_27.53Nb_21.19. При воздействии лазерного излучения на наплавленное покрытие, наблюдается активное взаимодействие компонентов покрытия с основным металлом (железом), вследствие чего образуется модифицированный верхний слой, содержащий в себе новые фазы с железом в составе. В связи с этим, при помощи математического моделирования, методом Шейла определены скорости кристаллизации и фазы, образующиеся при охлаждении в сплавах находящихся в части верхнего строения пути после процесса оплавления: Al_31.17Ti_18.55Zr_1.56V_27.53Nb_21.19, Al_29.61Ti_17.62Zr_1.48V_26.15Nb_20.13Fe_5.00, Al_28.05Ti_16.70Zr_1.40V_24.78Nb_19.07Fe_10.00, Al_26.49Ti_15.77Zr_1.33V_23.40Nb_18.01Fe_15.00, Al_24.94Ti_14.84Zr_1.25V_22.02Nb_16.95Fe_20.00, Al_23.38Ti_13.91Zr_1.17V_20.65Nb_15.89Fe_25.00, Al_21.82Ti_12.99Zr_1.09V_19.27Nb_14.83Fe_30.00, Al_20.26Ti_12.06Zr_1.01V_17.89Nb_13.77Fe_35.00, Al_24.94Ti_14.84Zr_1.25V_22.02Nb_16.95Fe_40.00, Al_15.59Ti_9.28Zr_0.78V_13.77Nb_10.60Fe_50.00, Al_15.59Ti_9.28Zr_0.78V_13.77Nb_10.60Fe_60.00. С помощью расчетных методов описан процесс кристаллизации полученных составов от 1600 до 500 °С. При исследовании процесса затвердевания, для всех составов определено, что благоприятным для формирования покрытия хорошего качества является содержание железа в покрытии порядка 10–25 ат.%, так как при этих концентрациях материал находится в однофазной области.

8 0

Наплавление многокомпонентных сплавов, содержащих тугоплавкие металлы

Номер выпуска 1 от 17.09.2025

В работе рассматривается возможность нанесения покрытия Al–Zr–V–Nb в виде порошка с фракцией 0.063 мм и влажностью 0.33%, измеренной с использованием прибора AND MX-50, на подложку из стали 08Х18Н10. Наплавление проводилось при использовании лазерного комплекса в составе источника лазерного излучения ЛС-5 и робота KUKA KR-60 hа в защитной атмосфере аргона. Продувку газом осуществляли перед процессом наплавления 0.3 с и после 1 с. Для надежного скрепления порошка-покрытия (Al–Zr–V–Nb) с поверхностью материала-основы (сталь 08Х18Н10) перед наплавлением на сталь была нанесена смесь порошка с поливиниловым спиртом. Согласно данным, полученным на сканирующем электронном микроскопе Carl Zeiss EVO 40, оптимальный режим наплавления порошка Al–Zr–V–Nb на материал основы соответствует мощности в 250 Вт при скорости обработки 0.5 м/с и толщине покрытия 0.6 мм. При более низкой мощности 230 Вт покрытие не может качественно расплавиться, и в связи с этим, происходит недостаточное проплавление металла основы металлом покрытия (адгезия), вследствие чего наблюдается частичное отслоение. Если же увеличить мощность до в 270 Вт, то металл основы и подложки так же отлично взаимодействуют друг с другом и создают прочный монослой покрытия, как и при оптимальном режиме, но при охлаждении, из-за значительной разницы в скоростях охлаждения (пластинка стали 08Х18Н10 не успевает охлаждаться со скоростью материала покрытия), происходит растрескивание и появление микротрещин. Таким образом, возникает необходимость дальнейшего увеличения числа проходов или же дополнительного оплавления для создания надежного покрытия с отсутствием несплошностей и островков. При этом замеры микротвердости по Виккерсу (HV) при наплавке покрытия Al–Zr–V–Nb показали повышение значений более чем в два раза по сравнению с материалом-основой, что является достаточным основанием для использования порошка Al–Zr–V–Nb в качестве упрочняющего покрытия для стали 08Х18Н10.

14 0

Оценка энтальпии смешения расплавов системы Sn-Ag-Cu при 1423 К по данным о свойствах бинарных подсистем с использованием геометрических моделей растворов

Номер выпуска 5 от 17.09.2025

В статье рассматривается оценка энтальпии смешения ΔН_mix расплавов тройной системы Sn-Ag-Cu при температуре 1423 К по полученным нами ранее калориметрическим данным о тепловых эффектах смешения бинарных подсистем Ag-Cu, Ag-Sn и Cu-Sn. Для выполнения оценки ΔН_mix были привлечены геометрические модели Toop’а, Kohler’а и Muggianu, в каждой из которых бинарные данные совместно обрабатываются по определенной математической процедуре. Результаты расчетов по указанным моделям представлены концентрационными зависимостями ΔН_mix тройной системы в форме 3D поверхностей, проекций этих поверхностей на плоскость концентрационного треугольника, а также изотерм, построенных для отдельных квазибинарных сечений. Обнаружено, что моделирование по Kohler’у и Muggianu дает незначительно различающиеся результаты, тогда как в модели Toop’а величины теплоты смешения тройных составов заметно сдвинуты в отрицательную (экзотермическую) область. Из научной литературы известно, что правильный выбор геометрической модели зависит от принадлежности изучаемой тройной системы к «симметричному» или «асимметричному» типу. Форма имеющихся изотерм ΔН_mix бинарных подсистем указывает на то, что система Sn-Ag-Cu является «асимметричной». Результаты, полученные с помощью модели Toop’а, признаны наиболее корректными, как как именно эта модель рекомендуется в литературе для описания «асимметричных» систем. Отмечены общая ограниченность всех геометрических моделей, учитывающих только двойные межчастичные взаимодействия, и целесообразность дополнительных экспериментальных исследований образования трехкомпонентных расплавов для выявления возможного вклада тройных взаимодействий в энтальпию смешения.

14 0