Казанский (Приволжский) федеральный университет (Набережночелнинский институт (филиал)), Набережные Челны, Россия

Н. Н. Сафронов, профессор кафедры машиностроения, докт. техн. наук, эл. почта: safronov-45@mail.ru
Г. Н. Горбунов, аспирант

Рассмотрено влияние легирования кремнием интерметаллидных сплавов системы Fe – Al в концентрационном диапазоне содержания алюминия 25–34 % (ат.) на фазовый состав и твердость. Предложен способ формирования литых образцов для исследования указанных параметров на основе процесса самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Исходными материалами служили железный сурик, алюминиевая пудра марки ПАП-1, сварочные проволоки из алюминия (СвА99) и алюминиевых сплавов (СвАК5, СвАК10). Из указанных материалов изготавливали прекурсоры в виде алюминиевых проволок с экзотермической обмазкой и затравкой (смесь бертолетовой соли и алюминиевой пудры) для инициирования процесса СВС, который осуществляли в графитовой оснастке. Каждый вариант синтеза литого интерметаллидного образца выполняли в составе пяти параллельных прекурсоров. Полученные экспериментальные данные подвергали статистической обработке в целях установления их репрезентативности и адекватности на основе использования критериев Смирнова – Граббса и Стьюдента. Установлено, что при использовании в прекурсоре сварочной проволоки СвА99 фазовый состав синтезированного интерметаллидного сплава представлен α-фазой и интерметаллидами FeAl и Fe₃Al. Доминирующая доля присутствующего в сплаве алюминия (70 %) идет на образование интерметаллида FeAl. Остальная доля распределяется в основном на формирование интерметаллида Fe3Al (28 %) и твердого раствора в α-Fe (2 %). Введение в состав прекурсора сварочных проволок СвАК5 и СвАК10 способствовало легированию фазовых составляющих интерметаллидного сплава кремнием и исчезновению твердого раствора α-Fe(Al). При этом соотношение оставшихся фаз (FeAl и Fe₃Al) менялось в сторону его уменьшения в следующей последовательности 2,46; 1,92; 1,51 при соответствующем изменении марок алюминиевой проволоки в прекурсорах СвА99, СвАК5 и СвАК10. При этом твердость образцов имеет значимую тенденцию к увеличению: 44, 52, 56,4 HRC.

1. Leyens C., Peters M. Titanium and titanium alloys: fundamentals and applications. — Published by WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim. First Edition, 2003. — 532 p.
2. Ковтунов А. И., Мямин С. В. Интерметаллидные сплавы : электронное учебное пособие. — Тольятти : Изд-во ТГУ, 2018. — 77 с.
3. Shmorgun V. G. et al. Formation of intermetallic coating on 20880 steel in the liquid-phase inter-reaction with aluminum // Solid State Phenomena. 2020. Vol. 299. P. 914–919.
4. Tyagi A. K., Banerjee S. Materials under extreme conditions: recent trends and future prospects. — Elsevier Science, 2017. 870 р.
5. Pelleg J. Basic compounds for superalloys – Mechanical properties. — Elsevier Science, 2018. P. 85.
6. Pelleg J. Basic compounds for superalloys – Mechanical properties. — Elsevier Science, 2018. P. 553–567.
7. Deevi S. C. Advanced intermetallic iron aluminide coatings for high temperature application // Progressin Materials Science. 2021. Vol. 118. 100769.
8. Liu Feng-xiao. Present status and future prospects of FeAl alloy // Materials Science and Engineering of Powder Metallury. 2000 Vol. 5, Iss. 3. P. 193–200.
9. McKamey C. G., Horton J. A., Liu C. T. Effect of chromium on room temperature ductility and fracture mode in Fe₃Al // Scr. Metal. 1988. Vol. 22, Iss. 10. P. 1679–1681.
10. Valiev R. Z., Estrin Y., Horita Z. Producing bulk ultrafine-grained materials by severe plastic deformation // JOM. 2006. Vol. 58, Iss. 4. P. 33–39.
11. Некрасов И. В., Смирнова В. Г., Ермакова В. П., Мельчаков С. Ю. и др. Влияние модификаторов, содержащих Ti и Zr, на зеренную структуру литых Fe-12 % Al сплавов // Фундаментальные и прикладные задачи механики деформируемого твердого тела и прогрессивные технологии в машиностроении : материалы V Дальневосточной конференции с международным участием. — Комсомольск на Амуре : Эзапринт, ФГБОУ ВО «КнАГУ», 2018. С. 140–143.
12. Мельчаков С. Ю., Смирнова В. Г., Ермакова В. П., Катаев В. В. и др. Способ изменения структуры литых Fe – Al сплавов путем ввода титансодержащих модификаторов // Труды научно-практической конференции с международным участием и элементами школы молодых ученых «Перспективы развития металлургии и машиностроения с использованием завершенных фундаментальных исследований и НИОКР: «ФЕРРОСПЛАВЫ». — Екатеринбург : ООО «Альфа Принт», 2018. С. 297–303.
13. Шешуков О. Ю., Ермакова В. П., Смирнова В. Г., Катаев В. В. и др. Влияние содержания алюминия на структуру и механические свойства сплавов на основе системы Fe – Al: Рациональное природопользование и передовые технологии материалов // Ежегодное научно-практическое издание. Институт металлургии УрО РАН. ЦКП «Урал-М». — Екатеринбург, 2015. С. 83–85.
14. Ковтунов А. И. Аргонодуговая наплавка сплавами на основе системы железо-алюминий : монография. — Тольятти : Изд-во ТГУ, 2014. — 140 с.
15. Павлова Т. С. Неупругость сплавов на основе интерметаллида Fe₃Al : дис. … канд. тех. наук. — Тула, 2008. — 130 с.
16. Амосов А. П., Самборук А. Р., Яценко И. В., Яценко В. В. Применение процесса самораспространяющегося высокотемпературного синтеза для получения композиционных керамико-металлических порошков на основе карбида титана и железа // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. 2018. Т. 20. № 4. С. 5–14. DOI: 10.15593/2224 – 9877/2018.4.01
17. ГОСТ 7871–2019. Проволока сварочная из алюминия и алюминиевых сплавов. — Введ. 01.02.2020.
18. ГОСТ Р ИСО 22309–2015. Микроанализ электронно-зондовый. — Введ. 01.06.2016.
19. Яценко В. В., Самборук А. Р., Амосов А. П. Получение металла при сжигании гранулированной термитной смеси // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2010. Т. 12. № 4. С. 298–305.
20. Фонов В. В., Гречаник С. Н., Голуб Д. М. Технология и оборудование вертикально-стопочной формовки для изготовления отливок без литейных уклонов // Литье и металлургия. 2021. № 4. С. 33–37. DOI: 10.21122/1683-6065-2021-4-33-37
21. Kobyakov V. P. The thermite composite mixtures: the interconnection of the combustion and phase formation mechanisms; the new practical use prospects // IX International symposium on self-propagating high - temperature synthesis. Abstracts book. 2008. P. 102, 103.
22. Глазер А. М., Молотилов Б. В. Упорядочение и деформация сплавов железа. — М. : Металлургия, 1984. — 168 с.
23. Кацнельсон А. А., Полищук В. Е. Энергетические характеристики атомного упорядочения в сплавах железа с алюминием и кремнием // Физика металлов и металловедение. 1973. Т. 36. С. 321–325.
24. Ковтунов А. И. Физико-химическая кинетика взаимодействия алюминия со сталью при формировании металла шва с заданными свойствами: дис. … докт. техн. наук. — Ростов-на-Дону, 2011. — 358 с.
25. Толочина А. В., Мамонова А. А., Окунь И. Ю., Евич Я. И. Получение интерметаллида Fe₃Аl методами порошковой металлургии // Кераміка наука і життя. 2016. С. 28–38. DOI: 10.26909/csl.4.2016.3
26. Бурков А. А., Кулик М. А. Электроискровое осаждение металлокерамического Fe – Al/HfC покрытия на сталь 35 // Известия вузов. Черная металлургия. 2023. Т. 66(3). С. 302–310.