Особенности структурообразования в системе железо-медь при высоких динамических нагрузках Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 539.213.536.42

А. К. Абкарян, Л. И. Квеглис, Ф. М. Носков Сибирский федеральный университет, Россия, Красноярск

А. Д. Матросов

Институт гидродинамики Сибирского отделения Российской академии наук, Россия, Новосибирск

Е. В. Мазурова

Институт химии Сибирского отделения Российской академии наук, Россия, Красноярск

ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЯ В СИСТЕМЕ ЖЕЛЕЗО-МЕДЬ ПРИ ВЫСОКИХ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗКАХ

Исследована возможность образования метастабильных фаз на границе раздела двух металлов с ограниченной растворимостью (Cu-Fe). Показано, что такие фазы могут являться продуктами твердофазных реакций, проходящих при высоких давлениях.

Известно, что, в соответствии с диаграммой системы «железо-медь», образование твердых растворов или промежуточных фаз при температурах до 600 °С практически невозможно [1]. В работе обнаружены соединения железа с медью, полученные с помощью динамических нагрузок при температурах, не превышающих 600 °С.

Исследованы образцы железо-медь, полученные при различных условиях создания динамических нагрузок.

Стержень из стали 40 был подвергнут воздействию кумулятивной струи в результате взрыва медного кумулятивного снаряда по методике, описанной в [2]. Диск из стали 40 толщиной 10 мм был соединен с медным диском такой же толщины и подвергнут совместному ударному нагружению в паро-воздушном молоте. Деформация осадки составила 70 %.

Образцы исследовали методами сканирующей электронной микроскопии и микроанализа. Фазовый состав был определен методом дифракции рентгеновских лучей в дифрактометре «Вгикег».

Температура кумулятивной струи не превышала 600 °С, а давление составляло не менее 30 ГПа. При исследовании выяснилось, что образования новых фаз на границе железо-медь в данном случае не произошло. Дифрактограммы показали спектры, характерные для гранецентрированных кубических решеток железа и меди соответственно.

В случае твердофазного взаимодействия железа и меди обнаружены продукты механохимических реакций между медью и железом. На дифрактограммах появились рефлексы новых, не зафиксированных в Л8ТМ фаз.

Представляет интерес тот факт, что в случае взаимодействия твердого железа с жидкой струей меди, образование новых фаз не зафиксировано. Рабочей гипотезой была возможность образования новых фаз в экстремальных условиях кумулятивной струи

за счет большой диффузионной подвижности атомов меди и железа. Однако вероятно именно эта подвижность способствовала образованию фаз, соответствующих равновесной фазовой диаграмме.

В случае твердофазной механохимической реакции образование новых фаз происходило в результате переключения химических связей у атомов, расстояние между которыми оказывалось меньше критического [3] под действием динамических нагрузок. В таких условиях скорость переключения химических связей может совпадать со скоростью приложения механической нагрузки на туго зажатую систему атомов (без свободного объема). В таком случае энергия механического удара адиабатически переходит в энергию межатомных связей [4; 5].

Полученные результаты являются доказательством того, что переключение химических связей для образования новых фаз в системах, образованных нерастворимыми друг в друге компонентами, возможно при твердофазных превращениях.

Библиографические ссылки

1. Диаграммы состояния двойных металлических систем : в 2 т. Т. 2 / под ред. Н. П. Лякишева. М. : Машиностроение, 1997.

2. Токовая неустойчивость кумулятивных струй / Г. А. Швецов, А. Д. Матросов, А. В. Бабкин и др. // Современная баллистика и смежные вопросы : тр. всеросс. конф. (17-19 ноября 2009, г. Томск). Томск, 2009.

3. Falk M. L., Langer J. S. Shear transformation zone theory elasto-plastic transition in amorphous solids // Phys. Rev. 1998, V. E57, P. 7192-7204.

4. Зельдович Я. Б., Райзер Ю. П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. М. :Физматлит, 2008.

5. Родунер Э. Размерные эффекты в наноматериа-лах. М. : Техносфера, 2010.

Решетневскце чтения

A. K. Abkaryan, L. I. Kveglis, F. M. Noskov Siberian Federal University, Russia, Krasnoyarsk

A. D. Matrosov

Institute of Hydrodynamics, Russian Academy of Sciences, Siberian Branch, Russia, Novosibirsk

E. V. Mazurova

Institute of Chemistry, Russian Academy of Sciences, Siberian Branch,Russia, Krasnoyarsk

FEATURES OF STRUCTURE FORMATION IN THE IRON-COPPER SYSTEM AT HIGH DYNAMIC LOADING

The authors investigate a possibility of metastable phases formation at the interface of two metals with limited solubility (Cu-Fe) and reveal that such phases may be a product of solid state reactions and appear under high pressure.

© Абкарян А. К., Квеглис Л. И., Матросов А. Д., Носков Ф. М., Мазурова Е. В., 2011

УДК 621.7.043

В. В. Азингареев

ОАО «Красноярский машиностроительный завод», Россия, Красноярск

ИЗОТЕРМИЧЕСКАЯ ШТАМПОВКА ТИТАНОВЫХ ПОЛУСФЕР ДЛЯ КРИОГЕННЫХ ШАР-БАЛЛОНОВ

Рассмотрена технология изготовления полусфер для титановых шар-баллонов с помощью изотермической штамповки.

Деформация в изотермических условиях в наибольшей степени удовлетворяет требованиям ракетно-космической техники в получении качественных, экономичных и точных заготовок для высоконагру-женных деталей с длительным ресурсом эксплуатации таких, например, как шар-баллоны высокого давления. Поэтому внедрение этого технологического процесса является актуальной задачей.

На примере изотермической штамповки унифицированных заготовок полусфер из высокопрочного титанового сплава ВТ23 автором рассмотрено преимущества этого вида обработки металлов давлением перед традиционной горячей объемной штамповкой как ресурсосберегающей технологии.

По результатам математического моделирования за два перехода была разработана технология изотермической штамповки поковок полусфер. На первом переходе выполняли штамповку предварительной заготовки в виде вогнутой линзы с плоским основанием в штампе (рис. 1), состоящем из сферического пуансона 1 и плоского байка 0 400 *100 мм, устанавливаемого вместо матрицы 3 и выталкивателя 4. На втором переходе выполняли окончательную штамповку заготовок полусфер в штампе полной сборки. Использование во втором переходе заготовки в виде односторонней вогнутой линзы позволило существенно уменьшить высоту заготовки и тем самым обеспечить смыкание пуансона и матрицы по колонкам до начала деформирования, сцентрировать заготовку по пуансону; подготовить равномерное течение металла при формировании сферической поверхности поковок [1].

¿-л

Рис. 1. Штамповая оснастка для осуществления

второго перехода: 1 - пуансон; 2 - бандажное кольцо; 3 - матрица; 4 - выталкиватель, формирующий штуцерную и донную части поковок; 5 - толкатель; 6 - направляющие колонки

Качество поковок оценивали по результатам механических испытаний на растяжение и ударную вязкость, по анализу макро- и микроструктуры металла. Заготовки под образцы вырезали в тангенциальном направлении из цилиндрической части поковки. Структуру металла определяли на темплетах, вырезанных в меридиональном сечении поковки. В макро-