Исследование свойств экспериментальных железоалюминиевых сплавов

Интерметаллидные железоалюминиевые сплавы применяют преимущественно в качестве стойких к износу и коррозии покрытий, предназначенных для эксплуатации в химически агрессивных средах или при повышенных температурах. Вместе с тем сплавы характеризуются хрупкостью при нормальных температурах, неравномерностью структуры и свойств зоны контакта интерметаллидного материала с основой. В работе представлены результаты исследования свойств экспериментальных железоалюминиевых сплавов. Анализировали влияние исходного состава термитных шихт на параметры процесса алюмотермического переплава, свойства литых образцов и их напряженно-деформированное состояние при одноосном нагружении. Определены способы травления микрошлифов сплавов в зависимости от содержания в них алюминия, составляющего 7,35 – 58,5 % масс. Установлено, что образцы, полученные из термитных шихт с содержанием активного алюминия до 45 % масс., обладают высоким сопротивлением сжимающим нагрузкам. Полученные результаты могут быть использованы при решении задач переработки техногенных образований (окалин, стружки цветных металлов и др.) и формирования из них функциональных поверхностей и литых изделий с сохранением эксплуатационных характеристик в нормальных условиях.

1. Lei X., Wang R., Ding W., et al. Ultrasonic cutting of aerospace difficult-to-cut alloys: current status and prospects / J. Manufact. Proc. 2025. Vol. 142. P. 191 – 221. DOI: 10.1016/j.jmapro.2025.03.103

2. Ragunath S., Radhika N., Saleh B. Advancements and future prospects of additive manufacturing in high-entropy alloy applications / J. Alloys Compounds. 2024. Vol. 997. 174859. DOI: 10.1016/j.jallcom.2024.174859

3. Ikeuba A. I., Njoku C. N., Ekerenam O. O., et al. A review of the electrochemical and galvanic corrosion behavior of important intermetallic compounds in the context of aluminum alloys / RSC Adv. 2024. Vol. 14. No. 43. P. 31921 – 31953. DOI: 10.1039/d4ra06070a

4. Коростелев В. Ф., Денисов М. С., Большаков А. Е., Чан В. Х. Разработка процесса производства заготовок из высокопрочных сплавов на основе алюминия / Металлы. 2017. № 5. С. 14 – 19.

5. Алымов М. И., Столин А. М., Бажин П. М. Исследование структуры и свойств защитных покрытий, полученных методом электроискрового легирования СВС-электродами (обзор) / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2022. Т. 88. № 2. С. 40 – 48. DOI: 10.26896/1028-6861-2022-88-2-40-48

6. Шорстов С. Ю., Мараховский П. С., Пахомкин С. И., Размахов М. Г. Исследование теплофизических свойств жаропрочного интерметаллидного титанового γ-сплава, полученного методами фасонного литья и аддитивных технологий / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2022. Т. 88. № 9. С. 28 – 34. DOI: 10.26896/1028-6861-2022-88-9-28-34

7. Шешуков О. Ю. К вопросу повышения жаростойкости материала / Известия Самарского научного центра РАН. 2012. Т. 14. № 1(2). С. 593 – 596.

8. Lu H., Xin D., Wang C., et al. In-situ synthesis of Fe-Al intermetallic via arc additive manufacturing with cable-type wire / Mater. Lett. 2024. Vol. 357. 135693. DOI: 10.1016/j.matlet.2023.135693

9. Жилин С. Г., Предеин В. В., Худякова В. А., Богданова Н. А. Практические аспекты промышленного использования высокопрочных интерметаллидных соединений на основе алюминидов железа и перспективные направления их получения / Металлург. 2024. № 12. С. 99 – 106.

10. Zhang Y., Pint B., Garner G., et al. Effect of cycle length on the oxidation performance of iron aluminide coatings / Surf. Coat. Technol. 2004. Vol. 188 – 189. P. 35 – 40. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2004.07.090

11. Бурков А. А. Триботехническая и коррозионная характеристика электроискровых Fe – Al алюминидных покрытий на нержавеющей стали AISI 304 / Трение и износ. 2022. Т. 43. № 4. С. 361 – 369. DOI: 10.32864/0202-4977-2022-43-4-361-369

12. Liu Y., Wang M., Cao Y., et al. Revealing the effect of iron content on the microstructure evolution, mechanical properties and corrosion resistance of the A356-T6 aluminum alloys / J. Mater. Res. Technol. 2024. Vol. 33. P. 2263 – 2274. DOI: 10.1016/j.jmrt.2024.09.233

13. Treutler K., Lorenz S., Wesling V. Iron-aluminide alloy derivates — Cladding, microstructure and wear resistance potential for three body abrasion / Wear. 2025. 205981. DOI: 10.1016/j.wear.2025.205981

14. Walker L., Zhang W. An investigation of the effect of steel alloying elements on iron-aluminum intermetallic characteristics for dissimilar resistance spot welding / Mater. Design. 2024. Vol. 248. 113514. DOI: 10.1016/j.matdes.2024.113514

15. Adler L., Fu Z., Koerner C. Electron beam based additive manufacturing of Fe3Al based iron aluminides. Processing window, microstructure and properties / Mater. Sci. Eng.: A. 2020. Vol. 785. 139369. DOI: 10.1016/j.msea.2020.139369

16. Дресвянников А. Ф., Колпаков М. Е., Лапина О. А. Получение железоалюминиевых порошков из водных растворов и их физико-химические свойства / Журнал прикладной химии. 2007. Т. 80. № 1. С. 9 – 15.

17. Комаров О. Н., Жилин С. Г., Предеин В. В., Попов А. В. Механизмы формирования железосодержащих интерметаллидов, получаемых алюмотермией, и влияние на их свойства методов специальной обработки / Металлург. 2020. № 8. С. 65 – 76.

18. Durairaj A., Kathiresan A., Ananthapadmanaban D. SEM and EDAX Evaluation of Al-Fe Alloy / Int. J. Eng. Adv. Technol. (IJEAT). 2019. Vol. 9. No. 1. 2651. DOI: 10.35940/ijeat.A9881.109119

19. Ширяева М. Ю., Силяков С. Л., Беликова А. Ф. и др. Синтез литых алюминидов железа из смеси Fe2O3 + Al в режиме горения / Неорганические материалы. 2024. Т. 60. № 3. С. 316 – 321.

20. Барсукова Н. В., Комаров О. Н., Жилин С. Г. и др. Управление свойствами железоуглеродистых сплавов, полученных алюмотермией, варьированием технологическими факторами / Металлург. 2023. № 8. С. 94 – 107. DOI: 10.52351/00260827_2023_08_94

21. Худякова В. А., Жилин С. Г., Предеин В. В., Комаров О. Н. Повышение износостойкости графитового реактора, предназначенного для расплавления термитной шихты / Металлург. 2024. № 9. С. 70 – 77. DOI: 10.52351/00260827_2024_9_70

22. Branzei M., Cojocaru M., Coman T., Vascan O. A model of optimization and control the thermite kit for aluminothermic welding / Solid State Phenomena. 2016. Vol. 254. P. 83 – 90. DOI: 10.4028/www.scientific.net/ssp.254.83

23. Герасимова Л. П., Гук Ю. П. Практическая металлография: справочник. — Москва, Вологда: Инфра-Инженерия, 2022. — 320 с.

24. Атлас микроструктур черных и цветных металлов: учеб. пособие. — Минск: БГАТУ, 2012. — 100 с.

25. Zhu D., Pan K., Wu H.-H., et al. Identifying intrinsic factors for ductile-to-brittle transition temperatures in Fe – Al intermetallics via machine learning / J. Mater. Res. Technol. 2023. Vol. 26. P. 8836 – 8845. DOI: 10.1016/j.jmrt.2023.09.135

26. Kupka M., Marut J., Aniołek K., Barylski A. The effect of oxide scale roughness on the plasticity of iron aluminide alloy / Vacuum. 2016. Vol. 132. P. 111 – 118. DOI: 10.1016/j.vacuum.2016.07.034

27. Field K., Gussev M., Yamamoto Y., Snead L. Deformation behavior of laser welds in high temperature oxidation resistant Fe – Cr – Al alloys for fuel cladding applications / J. Nucl. Mater. 2014. Vol. 454. Nos. 1 – 3. P. 352 – 358. DOI: 10.1016/j.jnucmat.2014.08.013

28. Popov A. V., Komarov O. N., Predein V. V., Zhilin S. G. Structure formation on constructional aluminothermic cast elements under conditions of changing process parameters / Proc. of the 13th Int. Conf. on Mechanics, Resource and Diagnostics of Materials and Structures. — AIP Conf. Proc. 2019. Vol. 2176. No. 1. 020006. DOI: 10.1063/1.5135118

29. Чиркин В. С. Теплофизические свойства материалов ядерной техники: справочник. — М.: Атомиздат, 1968. — 484 с.

30. Диаграммы состояния двойных металлических систем: справочник. — М.: Машиностроение, 1996. — 992 с.

31. Дресвянников А. Ф., Колпаков М. Е. Синтез интерметаллида Fe3Al / Вестник Казанского технологического университета. 2010. № 5. С. 7 – 10.

32. Yang S., Qing X., Zhang J., et al. Role of β(FeAl) nanoparticles in abnormal grain growth in the annealing of cast Cu – Al – Mn – Fe shape memory alloys / Progr. Nat. Sci.: Mater. Int. 2020. Vol. 30. No. 4. P. 510 – 516. DOI: 10.1016/j.pnsc.2020.08.005

33. Whitney M., Jin H., Wells M., Benoit M. Thermal analysis and characterization of cast 6061 aluminum alloy microstructures with elevated iron content / Thermochim. Acta. 2025. Vol. 746. 179951. DOI: 10.1016/j.tca.2025.179951

34. Cubero-Sesin J., Horita Z. Age Hardening in ultrafine-grained Al-2 Pct Fe alloy processed by high-pressure torsion / Metallurg. Mater. Trans. A: Phys. Metallurgy Mater. Sci. 2015. Vol. 46. P. 2614 – 2624. DOI: 10.1007/s11661-015-2876-6

35. Liu D., Lei J., Yan Z., et al. Study on the mechanism of aluminum melt corrosion of Fe-SG series metals / J. Mater. Res. Technol. 2024. Vol. 33. P. 6350 – 6362. DOI: 10.1016/j.jmrt.2024.11.033