Исследование высокотемпературного формования композитных металлокерамических материалов на основе TiC с металлической матрицей

При получении готового изделия с минимальной пористостью с использованием методов компактирования необходимо оценить способность материала к формованию. Металлокерамические материалы, в особенности тугоплавкие, характеризуются очень узким температурно-временным интервалом, в котором они обладают способностью к пластическому деформированию. В работе представлены результаты исследования высокотемпературного формования композитных металлокерамических материалов на основе TiC с металлической матрицей. В качестве металлической матрицы использовали порошок высоколегированной стали ПХ18Н15М в количестве 10 – 70 % масс. При синтезе металлокерамического композита применяли порошковые материалы (титан и сажа), которые при прямом экзотермическом взаимодействии образуют карбид титана. Формуемость синтезированного материала определяли с применением метода свободного СВС-сжатия. Критерием выступала степень деформации — отношение разницы площадей деформированного образца и исходной заготовки к площади деформированного образца. Установлено, что при увеличении количества металлической связки с 10 до 60 % масс. температура и скорость горения снижаются в 1,6 и 23 раза соответственно, а при содержании металлической связки 70 % масс. синтез невозможен. Показано, что вне зависимости от содержания доли металлической матрицы в материале его структура и фазовый состав качественно не меняются. Полученные результаты могут быть использованы при совершенствовании методики синтеза компактных композиционных материалов на основе TiC с металлической матрицей из ПХ18Н15М для достижения минимальной пористости.

1. Левинский Ю. В. Металлические порошки и порошковые материалы. — М.: Экомет, 2005. — 520 с.

2. Столин А. М., Козлов В. В., Калугин А. В. Процессы формования продуктов горения методом свободного СВС-сжатия / ДАН. 1999. Т. 365. No 2. С. 225 – 227.

3. Столин А. М., Бажин П. М., Алымов М. И. Исследование деформирования продуктов СВС в условиях горения / Неорганические материалы. 2016. Т. 52. No 6. С. 672 – 678. DOI: 10.7868/s0002337x16060166

4. Крутский Ю. Л., Гудыма Т. С., Кучумова И. Д. и др. Карбиды некоторых переходных металлов. Свойства, области применения и методы получения. Ч. 1. Карбиды титана и ванадия (обзор) / Известия вузов. Черная металлургия. 2022. Т. 65. No 5. С. 305 – 322. DOI: 10.17073/0368-0797-2022-5-305-322

5. Ширяева Л. С., Гарбузова А. К., Галевский Г. В. Производство и применение карбида титана (оценка, тенденции, прогнозы) / Научно- технические ведомости СПГПУ. 2014. No 2(195). С. 100 – 108.

6. Чайка Т. В., Гавриш В. М., Павленко В. И., Черкашина Н. И. Влияние высокодисперсного порошка смеси WC и TiC на свойства композиционных материалов / Нанотехнологии в строительстве. 2023. Т. 15. No 1. С. 14 – 26. DOI: 10.15828/2075-8545-2023-15-1-14-26

7. Ковалёва С. А., Жорник В. И., Витязь П. А. и др. Структура и свойства порошковых материалов на основе механосинтезированных металломатричных композитов Ni-TiC / Механика машин, механизмов и материалов. 2024. 1 1(66). С. 71 – 79. DOI: 10.46864/1995-0470-2024-1- 66-71-79

8. Lvov V. A., Senatov F. S., Shinkaryov A. S., et al. Experimental 3D printed re-entrant auxetic and honeycomb spinal cages based on Ti-6Al- 4V: Computer-aided design concept and mechanical characterization / Compos. Struct. 2023. No. 310. P. 116766. DOI: 10.1016/j.compstruct.2023.116766

9. Прибытков Г. А., Фирсина И. А., Коржова В. В. и др. Синтез композиционных порошков «TiC-связка из сплава NiCrBSi» для наплавки и напыления износостойких покрытий / Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2018. 1 2. С. 43 – 53. DOI: 10.17073/1997-308x-2018-2-43-53

10. Asnaashari S., Ghambari M. Preparation and characterization of composite WC/Co through rapid omnidirectional compaction / J. Alloys Compd. 2020. Vol. 859. P. 157764. DOI: 10.1016/j.jallcom.2020.157764

11. Laptiev A. V. Some trends in improving WC–Co hardmetals. II. Functionally graded hardmetals / Powder Metall. Met. Ceram. 2019. Vol. 58. P. 170 – 183. DOI: 10.1007/s11106-019-00061-4

12. Бозоров А. Н., Каюмов Б. Б., Асадова М. А. Модифицирование твердого сплава ВК-6 и ВК-8 с целью повышения износостойкости путем легирования его рением / Юниверсум: технические науки. 2023. No 10(115). DOI: 10.32743/unitech.2023.115.10.16131

13. Ковалёва С. А., Жорник В. И., Веремей И. С. и др. Исследование жаростойкости материалов на основе дисперсно-упрочненных механокомпозитов Ni/TiC / Актуальные вопросы машиноведения. 2024. Т. 13. С. 282 – 287.

14. Walunj G., Bearden A., Patil A., et al. Mechanical and tribological behavior of mechanically alloyed Ni-TiC composites processed via spark plasma sintering / Materials. 2020. Vol. 13(22). P. 5306. DOI: 10.3390/ma13225306

15. Lepakova O. K., Shkoda O. A., Braverman B. Sh. Formation of a dense product of the Ti-B-Fe system by self-propagating high-temperature synthesis / Russ. J. Phys. Chem. A. 2025. Vol. 99. No. 2. P. 344 – 349. DOI: 10.1134/s0036024424703382

16. Самборук А. А., Кузнец Е. А., Макаренко А. Г., Самборук А. Р. Технология получения карбида титана из гранулированной шихты методом СВС / Вестник СГТУ. 2008. No 1(21). С. 124 – 129.

17. Пугачева Н. Б., Николин Ю. В., Быкова Т. М., Сенаева Е. И. Структура и свойства СВС-композита системы Cu-Ti-C-B / Физика металлов и металловедение. 2022. Т. 123. 1 1. С. 47 – 54. DOI: 10.31857/s0015323022010107

18. Bazhin P., Konstantinov A., Chizhikov A., et al. Compactability regularities observed during cold uniaxial pressing of layered powder green samples based on Ti-Al-Nb-Mo-B and Ti-B / Metals. 2023. Vol. 13. P. 1827. DOI: 10.3390/met13111827