Статьи автора

Подбор оптимального состава покрытия AlTiZrVNB при помощи CALPHAD подходов

Номер выпуска 2 от 16.09.2025

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.

5 0