CC BY
80
2. X i a o q i a n G., Y a r a n N., L i p i n g H. et al. Microstructure and tribological property of TiC - Mo coating prepared by vacuum plazma spraying // Journal of Termal Spray Technology. 2012. Vol. 21(5). P. 1083 -1089.
3. Р о м а н о в Д.А., Б у д о в с к и х Е.А., Г р о м о в В.Е. Электровзрывное напыление электроэрозионностойких покрытий: формирование структуры, фазового состава и свойств электроэрозионностойких покрытий методом электровзрывного напыления. - Saarbrucken: LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG, 2012. -170 с.
4. Ж м а к и н Ю.Д., Р о м а н о в Д.А., Б у -д о в с к и х Е.А. и др. Автоматизированная электровзрывная установка для повышения эксплуатационных характеристик материалов // Промышленная энергетика.
2011. № 6. С. 22 - 25.
5. Физические основы электровзрывного легирования металлов и сплавов / А.Я. Багаутдинов, Е.А. Будовских, Ю.Ф. Иванов,
В.Е. Громов. - Новокузнецк: изд. СибГИУ, 2007. - 301 с.
© 2013 г. Д.А. Романов, О. В. Олесюк Поступила 13 мая 2013 г.
УДК 538.913
М.М. Морозов1, Т.Н. Маркова1, А.А. Клопотов2
1Сибирский государственный индустриальный университет 2Томский государственный архитектурно-строительный университет
ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРНО-ФАЗОВЫХ СОСТОЯНИЙ В ТРОЙНЫХ СПЛАВАХ НА ОСНОВЕ БИНАРНОЙ СИСТЕМЫ Си - Ра
Многокомпонентные сплавы на основе Ag -Pd - Аи - Си [1] находят практическое применение как дентальные материалы благодаря их хорошим механическим свойствам и хорошей биологической совместимости. Литейные
сплавы белого золота, широко используемые в стоматологии, бывают двух типов: твердые и особо твердые. Химический состав этих сплавов [1] приведен в таблице.
Особенности структурно-фазовых состояний сплавов определяют их механические свойства, именно поэтому необходим анализ структурно-фазовых состояний многокомпонентных сплавов.
Для предсказания структурно-фазовых состояний в сплавах Ag - Pd - Аи - Си необходим анализ фазовых диаграмм от бинарных до
многокомпонентных систем. Для выявления факторов, влияющих на структурно-фазовые состояния в многокомпонентных сплавах, необходимо провести систематизацию и анализ строения тройных диаграмм состояния сплавов Си - - Аи, Си - Pd - Ag и Си - Pd - Р!
Этому и посвящена настоящая работа.
Важным при исследовании фазовых равновесий и кристаллических структур в системах Си - Аи, Си - Pd, Си - Р^ Pd - Р^ Си - Pd - Аи и Си - Pd - Pt является определение особенностей образования геометрически плотно-упакованных структур на основе ГЦК решетки с одномерными и двухмерными длиннопериодическими структурами Ь12(М) и Ь12(ММ) и на основе ГЦК решетки со структурой Ь10.
Химический состав сплавав
Тип сплава Содержание, %, элемента
Au Ag Си Pd Pt
Твердый 65 - 70 7 - 12 6 - 10 10 - 12 4 (макс.)
Особо твердый * 60 - 65 10 - 15 9 - 12 6 - 10 4 - 8
Особо твердый ** 28 - 30 25 - 30 20 - 25 15 - 20 3 - 7
П р и м е ч а н и е.* и ** - сплав обладает желтоватым и белым цветом.
Система Си - Ра - Р1
Двойные системы Си - Pd, Си - Р1 и Pd - Р1;, ограничивающие тройную систему Си - Pd -Pt, обладают широким спектром сверхструктур Ь10, Ь1ь Ь12, ЬЬ(М), ЬЬ(ММ), Ы3 и В2 (рис.
1), которые образуются в результате совмещенного фазового перехода порядок - беспорядок и структурно-фазовых превращений [2 - 4].
В системе Си - Pd при кристаллизации во всем концентрационном интервале образуется непрерывный ряд твердых растворов на основе ГЦК решетки со структурой А1 (Си, Pd) (рис.
2) [7, 8]. При понижении температуры в твердом состоянии в результате фазовых переходов в области стехиометрических составов образуются упорядоченные соединения Cu3Pd при температуре 508 °С с образованием сверхструктур Ь12, Ь12(М), Ь12(ММ) (рис. 1). В работах [7, 8] обнаружено два перитектоидных равновесия (вставка на рис. 2 [5]) с образованием одномерных и двухмерных длиннопериодических сверхструктурных фаз Ь12(М) и Ь12(ММ) [8].
По данным работ [5, 6] путем геометрического построения многокомпонентных фазовых диаграмм получена пространственная диаграмма системы Си - Pd - Pt (рис. 3) [9, 10]. Эта пространственная диаграмма в высокотемпературной области наглядно показывает, как плавный ход линий ликвидуса и солидуса в двойных металлических системах проецируется в тройной системе. Гладкая поверхность ликвидуса и солидуса без складок, гребней и сингулярных линий в тройной системе отражает ситуацию, что в тройной металлической системе Си - Pd - Pt происходит образование непрерывных твердых состояний в процессе кристаллизации.
Рис. 1. Элементарные ячейки разупорядоченной структуры А1 (а) и упорядоченных сверхструктур Ь12 (б), В2 (в), Ь12(М) (г), Ь12(ММ) (д), Ь1! (е, ж): е - псевдокубическая; ж - ромбоэдрическая
Рис. 2. Бинарные диаграммы систем Си - Pd, Си - Pt, Pd - Pt [5] и изотермическое сечение тройной системы Си - Pd - Pt при 400 °С [6]
В температурных областях ниже 800 °С в тройной системе Си - Pd-Pt в результате сложных взаимоотношений компонентов в тройных металлических сплавах происходят структурно-фазовые переходы из разупорядо-ченной фазы со структурой А1 в упорядоченные длиннопериодические сверхструктуры, которые отражают поверхности превращений в твердом состоянии (рис. 3).
Сплавы в системе Си - Pt при кристаллизации образуют непрерывный ряд твердых растворов на основе ГЦК решетки со структурой А1. Начиная с температур порядка 800 °С в широком интервале концентраций в этой системе образуются упорядоченные структуры со стехиометрическими составами Си^, CuPt, CuPt3 и CuPt7 (рис. 2) [3 - 5].
Рис. 3. Схема пространственной диаграммы состояния системы Си - Pd - Pt
В системе Pd - Pt при кристаллизации образуется непрерывный ряд твердых растворов на основе ГЦК решетки со структурой А1 (рис. 2) [5]. В твердом состоянии никаких упорядоченных структур не обнаружено.
В бинарных системах Си - Pt и Си - Pd в области составов Си3№ и Cu3Pd образуются упорядоченные фазы Ь12, которые имеют области составов с длиннопериодическими структурами на основе Ь12 структур. В тройной системе Си - Pd - Pt обнаружена широкая область распространения тройного соединения переменного состава на основе стехиометрических сплавов Си3 ^^) с Ь12 сверхструктурой.
С учетом существования длиннопериодических структур, как показано в работах [3, 4], атомы третьего элемента начинают преимущественно располагаться на антифазных границах.
Система Си - Pd - Ag
В системах Аи - Ag и Аи - Pd образуется непрерывный ряд твердых растворов. Температура ликвидуса в системе Аи - Ag плавно понижается от точки плавления золота 1064 °С до точки плавления серебра 960 °С. Аналогичное явление наблюдается и в системе Аи - Pd [5].
Диаграмма состояния системы Си - Ag относится к системам эвтектического типа с ограниченной растворимостью компонентов друг в друге. Согласно фазовой диаграмме эвтектическая температура находится в области 778 °С [5].
В тройной системе Си - Pd - Ag упорядоченные фазы занимают ограниченные области. Область твердого раствора в основном расположена в палладиевом углу изотермического треугольника. Значительная часть на тройной
Си
диаграмме Си - Pd - Ag приходится на эвтектическую смесь (рис. 4, а) [11].
Система Си - Ра - Аи
В сплавах системы Аи - Си ниже температуры солидуса образуется непрерывный ряд твердых растворов (рис. 4, б) [5]. При медленном охлаждении в результате фазовых переходов порядок - беспорядок в зависимости от химического состава образуется ряд сверхструктур Ь12 и Ь10 (рис. 5). В сплаве АиСи при фазовых переходах порядок - беспорядок образуется фаза АиСи II (длиннопериодическая структура на основе Ь10, существующая при 380 - 410 °С [1, 5, 11]). При температуре ниже 380 °С образуется упорядоченная фаза АиСи I, имеющая тетрагональную решетку, сверхструктура Ь10 (отношение параметров решетки с/а = 0,92).
В бинарной системе Аи - Pd сплавы золота с палладием кристаллизуются с образованием непрерывного ряда твердых растворов во всем интервале концентраций [1, 5].
В тройной системе Си - Pd - Аи упорядоченные фазы имеют широкие области гомогенности в основном в области квазибинарно-го разреза АиСи - CuPd (рис. 4, б) [12].
Выводы. Анализ фазовых диаграмм тройных систем Си - Pd - Ме (Ме = Аи, Pt) показывает, что упорядочивающие отжиги в температурных областях ниже 800 °С должны приводить в стоматологических сплавах Ag - Pd -Аи - Си к изменению структурно-фазовых состояний с образованием упорядоченных фаз на основе Ь12 и Ь10 сверхструктур. Такое измене -ние структурно-фазовых состояний коррелирует с увеличением механических свойств в многокомпонентных сплавах.
Си
80 / А 20
0 20 40 60 80 100
—► р<1, % ра
б
а
Рис. 4. Изотермические сечения тройных систем: а - Си - Pd - Ag при 400 °С [11]; б - Си - Pd - Аи при 350 °С [12]
Рис. 5. Элементарные ячейки упорядоченных фаз в системе Си - Аи: а - СиАи3; б - СиАи I; в - СиАи; г - СиАи II [13]
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. М а л ы ш е в В.М., Р у м я н ц е в Д.В. Золото. - М.: Металлургия, 1979. - 288 с.
2. К л о п о т о в А.А., П о т е к а е в А.И.,
К о з л о в Э.В., К у л а г и н а В.В. // Изв.
вуз. Физика. 2011. № 9. С. 59 - 69.
3. К у л а г и н а В.В., Ч а п л ы г и н а А.А., П о п о в а Л.А. и др. // Изв. вуз. Физика.
2012. Т. 55. № 7. С. 78 - 87.
4. К у л а г и н а В.В., П о т е к а е в А.И.,
К л о п о т о в А.А., С т а р о с т е н к о в
М. Д. // Изв. вуз. Физика. 2012. Т. 55. № 4.
С. 11 - 18.
5. Диаграммы состояния двойных металлических систем. Т. 1 - 3. / Под ред. Н.П. Ля-кишева. - М.: Машиностроение, 1996 -2000.
6. G o l i k o v a N.N., L a p t e v s k i y A.S., G u s h c h i n G.M., S y u t k i n a V.I. // Phys. Met. Metallogr. 1991. Vol. 72(6). P. 136 - 140.
7. B a r t h l e i n S., W i n n i n g E., H a r t G.L., M u l l e r S. // Acta Materialia. 2009. Vol. 57. P. 1660 - 1665.
8. N a k a h i g a s h i K. L12-Type Ordered Phase in Cu-Pt-Pd Ternary Alloys // Jpn. J. Appl. Phys. 1986. Vol. 1. № 25(9). P. 1284 -1287.
9. П и н е с Б.Я. // Журнал неорганической химии. 1958. Т. 3. Вып. 3. C. 611 - 629.
10. П е р е л ь м а н Ф.М. // Журнал неорганической химии. 1958. Т. 3. Вып. 3. С. 630 -636.
11. R a u b E., W o r w a g G. Die Silber-Palladium-Kupfer-Legierungen // Z. Metallk-de. 1955. Bd. 46. P. 52 - 57.
12. V o l k o v A.Yu., S y u t k i n a V.I. // Fiz. Met. Metalloved. 1995. Vol. 79(6). P. 85 - 92.
13. S h i n o h a r a T., S a i t o h S., W a g a t u-m a F., Y a m a g u c h i S. // Philosophical magazine A. 1999. Vol. 79. № 2. Р. 437 -448.
14. П л а т н и к Л.С., Л а н д а у А.И. Фазовые равновесия в многокомпонентных системах. - Харьков: изд. ХГУ, 1961. - 392 с.
© 2013 г. М.М. Морозов, Т.Н. Маркова,
А.А. Клопотов Поступила 20 мая 2013 г.
УДК 669-151.8:622.791
О.Л. Базайкина, М.В. Темлянцев, С.А. Казимиров, Е.М. Запольская
Сибирский государственный индустриальный университет
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО ОКИСЛЕНИЯ И ОБЕЗУГЛЕРОЖИВАНИЯ ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ МАРОК 40ХН, 34ХН1М, 5ХНМ ПРИ НАГРЕВЕ ПОД ОБРАБОТКУ ДАВЛЕНИЕМ
Легированные стали марок 40ХН, 34ХН1М, 5 ХНМ получили широкое распространение для изготовления деталей и металлоизделий различного назначения. В частности, конструкционная легированная хромоникелевая сталь марки 40ХН применяется для изготовления ответственных нагруженных деталей (осей, валов, шатунов, зубчатых колес, муфт, шпинде-
лей, болтов, рычагов и др.), подвергающихся вибрационным и динамическим нагрузкам. К этим изделия предъявляют требования повышенной прочности и вязкости. Конструкционную легированную сталь марки 34ХН1М применяют для изготовления аналогичных, особо ответственных высоконагруженных деталей, работающих при температурах до 500 °С. Ин-
