CC BY
1
Краткие сообщения Brief reports
Краткое сообщение УДК 621.791
DOI: 10.14529/met240208
ПОЛУЧЕНИЕ ИНТЕРМЕТАЛЛИДНОГО СОЕДИНЕНИЯ FeзAl МЕТОДОМ ПОСЛОЙНОГО ЭЛЕКТРОДУГОВОГО ВЫРАЩИВАНИЯ
Э.А. Хасанова, [email protected], https://orcid.org/0009-0001-7661-8988 И.А. Щербаков, [email protected], https://orcid.org/0000-0003-2317-7805 И.И. Сулейманова, [email protected], https://orcid.org/0000-0003-3821-6782 Южно-Уральский государственный университет, Челябинск, Россия
Аннотация. В настоящее время находят применение аддитивные технологии послойного электродугового выращивания. Основной вектор развития данного направления связан с использованием алюминиевых сплавов. В данной работе опробована экспериментальная методика получения интерметаллидного соединения Fe3Al методом послойного электродугового выращивания с одновременной подачей в зону горения электрической дуги двух разнородных сварочных проволок сплошного сечения диаметрами 1,2 мм. Проанализированы способы получения интерметаллических соединений и их недостатки. Определены режимы электродугового выращивания. Результатом эксперимента стало получение сплава на основе железа с содержанием алюминия 13-16 %. Проведена термическая обработка выращенных образцов, после которой получен интерметаллид Fe3Al.
Ключевые слова: электродуговое выращивание, интерметаллид
Для цитирования: Хасанова Э.А., Щербаков И.А., Сулейманова И.И. Получение интерметаллидного соединения Fe3Al методом послойного электродугового выращивания // Вестник ЮУрГУ. Серия «Металлургия». 2024. Т. 24, № 2. С. 70-72. DOI: 10.14529^240208
Brief report
DOI: 10.14529/met240208
PRODUCTION OF INTERMETALLIDE COMPOUND Fe3Al BY LAYER-BY-LAYER ELECTRIC ARC GROWTH METHOD
E.A. Khasanova, [email protected], https://orcid.org/0009-0001-7661-8988 I.A. Shcherbakov, [email protected], https://orcid.org/0000-0003-2317-7805 I.I. Suleymanova, [email protected], https://orcid.org/0000-0003-3821-6782 South Ural State University, Chelyabinsk, Russia
Abstract. Currently, additive technologies for layer-by-layer electric arc growth are being used. The main vector of development in this area is associated with the use of aluminum alloys. In this work, an experimental technique was tested for producing the Fe3Al intermetallic compound by layer-by-layer electric arc growth with the simultaneous supply of two dissimilar solid-section welding wires with diameters of 1.2 mm into the electric arc combustion zone. Methods for producing intermetallic compounds and their disadvantages are analyzed. Electric arc growing modes have been determined. The result of the experiment was the production of an iron-based alloy with an aluminum content of 13-16 %. The grown samples were subjected to heat treatment, after which the Fe3Al intermetallic compound was obtained.
Keywords: electric arc growing, intermetallic compound
For citation: Khasanova E.A., Shcherbakov I.A., Suleymanova I.I. Production of intermetallide compound Fe3Al by layer-by-layer electric arc growth method. Bulletin of the South Ural State University. Ser. Metallurgy. 2024;24(2):70-72. (In Russ.) DOI: 10.14529/met240208
© Хасанова Э.А., Щербаков И.А., Сулейманова И.И., 2024
Bulletin of the South Ural State University. Ser. Metallurgy.
2024, vol. 24, no. 2, pp. 70-72
Получение интерметаллидного соединения Fe3Al методом послойного электродугового выращивания
Хасанова Э.А., Щербаков И.А., Сулейманова И.И.
Алюминиды, а именно интерметаллиды Fe3Al, представляют большой интерес, так как сплавы на их основе обладают высокими прочностными и жаропрочными характеристиками при рабочих температурах, высоким сопротивлением окислению [1]. Алюминиды могут использоваться в технике в качестве защитных покрытий для изготовления деталей, работающих в условиях абразивного износа, при повышенных температурах, в агрессивных средах [2-4]. В работах [5, 6] были исследованы процессы аргонодуговой наплавки сплавов системы «железо - алюминий», подтверждено наличие интерметаллической фазы Fe3Al, исследовано влияние процентного содержания алюминия и режимов наплавки на свойства соединения. В настоящее время находят применение аддитивные технологии послойного электродугового выращивания [7]. Основной вектор развития данного направления связан с использованием алюминиевых сплавов.
Целью данной работы является получение интерметаллидного соединения методом послойного электродугового выращивания с подачей разнородных проволок на основе Fe и А1.
Для получения интерметаллидного соединения Fe3A1 использовались сварочные присадочные проволоки: Св-08а на основе железа и 4043 (АМг5) на основе алюминия, диаметром 1,2 мм каждая. Расчетным путем определено, что при равных диаметрах проволок необходимо одновременно подавать в сварочную электрическую дугу 2 проволоки на основе железа и одну проволоку на основе алюминия, при этом массовая доля алюминия, необходимая для образования интерметалли-да, составляет 14,63 %.
Для электродугового выращивания образцов применялась ТЮ-наплавка, защитный газ аргон. Три сварочные проволоки подавались пакетом одновременно через направляющую трубку, подведенную напрямую к электрической дуге, с целью предотвращения расхождения их от тепловой деформации. Наплавленные валики накладывались после остывания предыдущего слоя. В процессе элек-
тродугового выращивания при использовании постоянного тока наблюдалось разбрызгивание металла. При смене тока на переменный дуга становилась управляемой, а формирование валика выращенного образца - стабильным, без разбрызгивания.
Для оценки структуры металла полученных образцов и определения химического состава были проведены исследования на оптическом микроскопе и электронном сканирующем микроскопе JEOL JSM-6460 ЦУ. По результатам химического анализа трех выращенных образцов обнаружено, что процентное содержание А1 варьируется в пределах 13-16 масс. %, что соответствует диапазону образования интерметаллида. Получена однородная структура твердого раствора железа с алюминием без внутренних дефектов, пор и трещин. Анализ результатов электронной микроскопии не показал наличия интерметаллической фазы Fe3A1, что объясняется большой скоростью протекания металлургических процессов при электродуговом выращивании при отсутствии подогрева.
Для увеличения времени нахождения образцов в интервале температуры образования интерметаллида и уменьшения скорости охлаждения была проведена термическая обработка выращенных образцов на следующих режимах: 550 °С, выдержка 2 часа, охлаждение в печи. Анализ результатов электронной микроскопии после термической обработки показал наличие интерметаллидной фазы Fe3A1 по границам зерен.
Выводы
1. Метод послойного электродугового выращивания подходит для получения интерметаллического соединения совместно с термообработкой.
2. Перспективным направлением исследований является получение слоистых композитных материалов, состоящих из слоев сплава алюминия и интерметаллида. Необходимо будет также оценить влияние термической обработки на различные слои композитного материала.
Список литературы
1. Поварова К.Б., Банных О.А. Принципы создания конструкционных сплавов на основе ин-терметаллидов. Часть 1 // Материаловедение. 1999. № 2. С. 27-33.
2. Сплавы на основе алюминидов никеля / В.П. Бунтушкин, Е.Н. Каблов, О.А. Базылева, Г.И. Морозова // Металловедение и термическая обработка металлов. 1999. № 1. С. 32-34.
Вестник ЮУрГУ. Серия «Металлургия». 2024. Т. 24, № 2. С. 70-72
Краткие сообщения Brief reports
3. Верин. А.С. Интерметаллид Ni3Al как основа жаропрочного сплава // Металловедение и термическая обработка металлов. 1997. № 5. С. 26-28.
4. Алюминиевые сплавы. Металловедение алюминия и его сплавов: справочное руководство / А.И. Беляев [и др.]. М.: Металлургия, 1971. 352 с.
5. Ковтунов А.И., Мямин С.В. Интерметаллидные сплавы: электрон. учеб. пособие. Тольятти: Изд-во ТГУ, 2018. 1 электрон. опт. диск (CD-ROM).
6. Зайцев П.И. Аргонодуговая наплавка интерметаллида Fe3Al с подачей разнородных проволок на основе Fe и Al: выпуск. квалификац. работа бакалавра. СПб., 2020.
7. Wire-feed additive manufacturing of metal components: technologies, developments and future interests / D. Ding, Z. Pan, D. Cuiuri, H. Li // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2015. Vol. 81. Р. 465-481. DOI: 10.1007/S00170-015-7077-3
References
1. Povarova K.B., Bannykh O.A. [Principles of creating structural alloys based on intermetallic compounds. Part 1]. Materialovedenie. 1999;(2):27-33. (In Russ.)
2. Buntushkin V.P., Kablov E.N., Bazyleva O.A., Morozova G.I. [Alloys based on nickel aluminides]. Metallovedenie i termicheskaya obrabotka metallov = Metal science and heat treatment. 1999;(1):32-34. (In Russ.)
3. Verin. A.S. [Intermetallic Ni3Al as the basis of a heat-resistant alloy]. Metallovedenie i termicheskaya obrabotka metallov = Metal science and heat treatment. 1997;(5):26-28. (In Russ.)
4. Belyaev A.I. et al. Alyuminievye splavy. Metallovedenie alyuminiya i ego splavov: spravochnoe rukovodstvo [Aluminum alloys. Metallurgy of Aluminum and Its Alloys: A Reference Guide]. Moscow: Metallurgiya; 1971. 352 p. (In Russ.)
5. Kovtunov A.I., Myamin S.V. Intermetallidnye splavy: elektron. ucheb. posobie [Intermetallic alloys: electronic textbook]. Tolyatti: Tolyatti State University; 2018. SD-ROM. (In Russ.)
6. Zaytsev P.I. Argonodugovaya naplavka intermetallida FeAl s podachey raznorodnykh provolok na osnove Fe i Al: vypusknaya kvalifikatsionnaya rabota bakalavra [Argon-arc surfacing of Fe3Al intermetallic compound with feeding of dissimilar wires based on Fe and Al: bachelor's final qualifying thesis]. St. Petersburg; 2020. (In Russ.)
7. Ding D., Pan Z., Cuiuri D., Li H. Wire-feed additive manufacturing of metal components: technologies, developments and future interests. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2015;81:465-481. DOI: 10.1007/S00170-015-7077-3
Информация об авторах
Хасанова Эмилия Аузаровна, магистрант кафедры оборудования и технологии сварочного производства, Южно-Уральский государственный университет, Челябинск, Россия; khasanovaea@ susu.ru.
Щербаков Игорь Александрович, аспирант кафедры оборудования и технологии сварочного производства, Южно-Уральский государственный университет, Челябинск, Россия; shcherbakovia@ susu.ru.
Сулейманова Ильсия Ишмуратовна, аспирант кафедры оборудования и технологии сварочного производства, Южно-Уральский государственный университет, Челябинск, Россия; [email protected].
Information about the authors
Emiliya A. Khasanova, Master's student of the Department of Equipment and Welding Technology, South Ural State University, Chelyabinsk, Russia; [email protected].
Igor A. Shcherbakov, Postgraduate student of the Department of Equipment and Welding Technology, South Ural State University, Chelyabinsk, Russia; [email protected].
Ilsia I. Suleymanova, Postgraduate student of the Department of Equipment and Welding Technology, South Ural State University, Chelyabinsk, Russia; [email protected].
Статья поступила в редакцию 20.04.2024
The article was submitted20.04.2024
Bulletin of the South Ural State University. Ser. Metallurgy.
2024, vol. 24, no. 2, pp. 70-72
