Оценка влияния качества подготовки поверхности образцов вольфрамовых сплавов на остаточные напряжения, определяемые методом рентгеновской дифракции

Применение современных методов скоростного спекания при производстве вольфрамовых сплавов приводит к появлению остаточных напряжений в материале. Цель работы — рентгенодифракционное исследование внутренних напряжений в образцах вольфрамовых сплавов с различными параметрами микроструктуры. При исследовании основное внимание уделяли роли качества поверхности образцов и влиянию пробоподготовки на получаемые результаты. Установлено, что достоверность рентгенодифракционных данных для сильно поглощающих образцов вольфрамовых сплавов существенно зависит от качества поверхности. Оценены различия дифрактограмм при применении схемы Брэгга – Брентано и симметричной съемки с параллельным первичным пучком. Показано, что воспроизводимость процедуры определения параметра элементарной ячейки позволяет комбинировать обе оптические схемы в рамках одного исследования. Выявлено, что механическая полировка поверхности образцов вольфрамовых сплавов до шероховатости 1 мкм не обеспечивает сопоставимого качества для рентгенодифракционных исследований, как электрохимическая полировка. Величина нормальной к поверхности образца компоненты остаточных напряжений практически не зависит от качества пробоподготовки. Полученные результаты могут быть использованы при совершенствовании технологий изготовления изделий на основе вольфрамовых сплавов с прогнозируемыми физико-механическими свойствами.

1. Savitsky E. M., Povarova K. B., Makarov P. V. Metallurgy of tungsten. — Moscow: Metallurgiya, 1978. — 224 p. [in Russian].

2. Sahin Y. Recent progress in processing of tungsten heavy alloys / J. Powder Technol. 2014. Vols. 3 – 4. P. 1 – 22. DOI: 10.1155/2014/764306

3. German R. Sintered tungsten heavy alloys: review of microstructure, strength, densification, and distortion / Int. J. Refr. Met. Hard Mater. 2022. Vol. 108. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2022.105940

4. Lantsev E. A., Malekhonova N. V., Nokhrin A. V., et al. Electric pulse (spark) plasma sintering of tungsten and W + 5 % Ni nanopowders obtained by high-energy activation methods / Zh. Tekhn. Fiz. 2023. Vol. 93. No. 11. P. 1550 – 1560 [in Russian]. DOI: 10.61011/jtf.2023.11.56486.143-23

5. Nokhrin A., Malekhonova N., Chuvildeev V., et al. Effect of high-energy ball milling time on the density and mechanical properties of W – 7 % Ni – 3 % Fe alloy / Metals. 2023. Vol. 13. No. 8. P. 1432. DOI: 10.3390/met13081432

6. Chuvildeev V., Nokhrin A., Boldin M., et al. Impact of mechanical activation on sintering kinetics and mechanical properties of ultrafine-grained 95W – Ni – Fe tungsten heavy alloys / J. Alloys Compounds. 2019. Vol. 773. P. 666 – 688. DOI: 10.1016/j.jallcom.2018.09.176

7. Zelikman A. N., Nikitina L. S. Tungsten. — Moscow: Metallurgiya, 1978. — 273 p. [in Russian].

8. Ravi Kiran, Sambasiva Rao, Sankaranarayana M., et al. Swaging and heat treatment studies on sintered 90W – 6Ni – 2Fe – 2Co tungsten heavy alloy / Int. J. Refr. Met. Hard Mater. 2012. Vol. 33. P. 113 – 121. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2012.03.003

9. Krasovskii P., Samokhin A., Fadeev A., et al. Alloying effects and composition inhomogeneity of plasma-created multimetallic nanopowders: a case study of the W – Ni – Fe ternary system / J. Alloys Compounds. 2018. Vol. 750. P. 265 – 275. DOI: 10.1016/j.jallcom.2018.03.367

10. Gryaznov M., Samokhin A., Chuvildeev V., et al. Method of W – Ni – Fe composite spherical powder production and the possibility of its application in selective laser melting technology / Metals. 2022. Vol. 12. No. 10. P. 1715. DOI: 10.3390/met12101715

11. Capello E. Residual stresses in turning. Part I. Influence of process parameters / J. Mater. Proc. Technol. 2005. Vol. 160. P. 221 – 228. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2004.06.012

12. Taylor A. X-ray metallography. — Moscow: Metallurgiya, 1965. — 666 p. [in Russian].

13. Hauk V. Structural and residual stress analysis by nondestructive methods. — Elsevier Science, 1997. — 640 p.

14. Fitzpatrick M., Fry A., Holdway P., et al. Determination of residual stresses by X-ray diffraction. — Teddington, Middlesex, UK: National Physical Laboratory, 2005. — 77 p.

15. Upadhyaya A., Tiwari S., Mishra P. Microwave sintering of W – Ni – Fe alloy / Scripta Mater. 2007. Vol. 56. No. 1. P. 5 – 8. DOI: 10.1016/j.scriptamat.2006.09.010

16. Andreev P. V., Smetanina K. E., Lantsev E. A. X-ray study of the phase composition of fine-grained ceramic materials based on tungsten carbide / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2019. Vol. 85. No. 8. P. 37 – 42 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2019-85-8-37-42

17. Gorelik S. S., Rastorguev L. N., Skakov Yu. A. X-ray and electron-optical analysis. — Moscow: Metallurgiya, 1970. — 370 p. [in Russian].

18. Birkholz M. Thin film analysis by X-ray scattering. — Wiley-VCH Verlag GMBH & Co. KGaA, 2006. — 381 p.

19. Shen Y., Mai Y., Zhang Q., et al. Residual stress, microstructure, and structure of tungsten thin films deposited by magnetron sputtering / J. Appl. Phys. 2000. Vol. 87. P. 177 – 187. DOI: 10.1063/1.371841

20. Malekhonova N. V., Smetanina K. E., Komkov M. A., et al. X-ray diffraction study of W + (Ni, Fe, Co) powder compositions / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2024. Vol. 90. No. 6. P. 51 – 58 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2024-90-6-51-58

21. Pitschke W., Hermann H., Mattern N. The influence of surface roughness on diffracted X-ray intensities in Bragg – Brentano geometry and its effect on the structure determination by means of Rietveld analysis / Powder Diffraction. 1993. Vol. 8. No. 2. P. 74 – 83. DOI: 10.1017/S0885715600017875

22. Kunčická L., Macháčková A., Lavery N., et al. Effect of thermomechanical processing via rotary swaging on properties and residual stress within tungsten heavy alloy / Int. J. Refr. Met. Hard Mater. 2020. Vol. 87. P. 105 – 120. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2019.105120

23. Kunčická L., Kocich R., Hervoches C., et al. Study of structure and residual stresses in cold rotary swaged tungsten heavy alloy / Mater. Sci. Eng. 2017. Vol. 704. P. 25 – 31. DOI: 10.1016/j.msea.2017.07.096