ВЕСТНИК СИБИРСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ИНДУСТРИАЛЬНОГО УНИВЕРСИТЕТА

Перспективы использования высокоэнтропийного сплава Cantor CoCrFeNiMn в различных наукоемких отраслях промышленности связаны с хорошим сочетанием прочностных и пластических свойств. Начиная с 2004 года, когда был впервые создан и исследован сплав Cantor, в ведущих научных центрах мира выполнен большой объем исследований по влиянию термической обработки и других методов на его механические свойства. В научной школе СибГИУ в течение последних пяти лет решается проблема формирования высоких функциональных свойств высокоэнтропийных сплавов путем создания нанокристаллического состояния поверхности и ее упрочнения электронно-пучковой обработкой. В работе отмечена актуальность традиционного пути изменения свойств сплавов путем легирования. Выполнен краткий обзор работ за последние годы зарубежных исследователей по модифицированию (улучшению) механических свойств сплава Cantor путем легирования разными элементами. Особое внимание уделено легированию алюминием, ниобием, цирконием, широко используемыми при легировании традиционных сплавов. При анализе работ по легированию алюминием отмечено, что замена марганца на алюминий обеспечивает микроструктурную стабильность и высокие функциональные свойства в широком диапазоне температур. Обращено внимание на перспективную стратегию получения сплава Cantor с алюминием из отходов металлургического и машиностроительного производств. Это расширяет диапазон областей практического применения сплава Cantor. Отмечены преимущества легирования цирконием: быстрота индукционной плавки, хорошая химическая однородность, низкая температура плавления из-за образования эвтектики циркония со всеми компонентами сплава Cantor. Увеличение мольной доли ниобия значительно повышает прочностные свойства сплава и его твердость. Это во многом связано с образованием фазы Лавеса. Хорошее сочетание прочности и пластичности при микролегировании ниобием углеродсодержащего сплава Cantor связано с формированием мелкозернистой структуры. Рассмотрены и обсуждены различные механизмы упрочнения.

Исследованы особенности взаимодействия титанового сплава ВТ6св, подложки из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т и инструмента из никелевого жаропрочного сплава ЖС6У при фрикционной перемешивающей обработке. Показано, что механизм взаимодействия инструмента и материала при фрикционной перемешивающей обработке может претерпевать значительные изменения за счет внедрения в зону контакта второго материала. Последовательность процесса изнашивания инструмента в виде постепенного формирования трибологического слоя из механической смеси интерметаллидных фаз и карбидов сохраняется, но интенсивность износа увеличивается. Обнаружено, что даже небольшое избыточное внедрение пина инструмента в подложку приводит к замешиванию ее фрагментов в материал заготовки, что изменяет процесс течения и переноса металла по контуру инструмента. Исследования с применением методики быстрой остановки процесса обработки с вырезкой участка с внедренным в заготовку инструментом позволили определить, каким образом в материал заготовки внедряются фрагменты инструмента и подложки. Обнаружено, что это происходит за счет образования узких потоков по контуру инструмента с ярко выраженной вертикальной направленностью. Внедрение фрагментов инструмента в материал зоны перемешивания происходит непрерывно в процессе обработки, показывая реализацию как ламинарных, так и вихревых потоков металла. Взаимодействие потоков металла титанового сплава и потоков от подложки имеет сложный и неоднородный характер. Это связано с давлением, оказываемым инструментом на заготовку за счет силы прижима и усилия сопротивления продольному перемещению инструмента.

Исследованы особенности структурообразования в композиционных материалах с металлической матрицей на основе титанового сплава ВТ1-0 при фрикционной перемешивающей обработке с введением порошковых частиц меди, никеля и алюминия. Полученные результаты свидетельствуют о сложном и неоднороднном характере пластического течения металла по контуру инструмента при обработке с введением порошков различных металлов и их смеси. При обработке образуется достаточно неоднородная структура с неравномерным распределением порошков в объеме зоны перемешивания. Порошковые частицы за счет реакции с титановой матрицей образуют ряд интерметаллидных фаз различного состава. При этом однородного перемешивания смесей порошковых материалов с достижением образования сложных по составу интерметаллидов не было достигнуто. В зоне перемешивания в областях, обогащенных смесью вводимого порошка, наблюдается образование неоднородного материала из исходных порошков и интерметаллидов на их основе без реакции между ними и титановой матрицей. Наиболее обогащенными упрочняющими частицами на основе вводимых порошков являются подплечевая область зоны перемешивания, ее нижняя часть и наступающая сторона. Отступающая сторона зоны перемешивания является обедненной упрочяющими фазами. При использованных параметрах процесса обработки четырех проходов инструментом было недостаточно для обеспечения однородного распределения интерметаллидных фаз в зоне перемешивания. Механические свойства образцов из-за формируемых неоднородностей находятся на невысоком уровне. Пластичность полученных композитов не превышает 1,0 - 1,5 %. Наибольшие пределы прочности (680 МПа) и текучести (620 МПа) характерны для наиболее однородных по структуре образцов, модифицированных при обработке порошковыми частицами меди, никеля и алюминия в соотношении 1 : 1 : 1.