КРИТЕРИИ ВЫБОРА ЛЕГИРУЮЩИХ КОМПОНЕНТОВ И БАЗОВЫХ КОМПОЗИЦИЙ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА МЕХАНИЧЕСКИ ЛЕГИРОВАННЫХ ДИСПЕРСНО-УПРОЧНЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ МЕТАЛЛОВ

The paper presents results of the investigations pertaining to creation of scientifically substantiated criteria for selection of alloying components and base compositions for manufacturing of mechanically alloyed dispersion-strengthened metallic materials. An analysis of dispersion strengthening mechanisms and regularities in mechanically activated phase and structural transformations serve as a reliable basis for solution of the assigned mission. Foer efficient strengthening at low and high temperatures as well materials must have fragmented and polygonized structure with maximum developed surface of grain and sub-grain boundaries which are stabilized by nano-sized inclusions of strengthening phases. Experimental investigations have shown that an optimum complex of mechanical properties is obtained in the case when nano-sized strengthening phase is equal to 3–5 % (volume). The phases applied for dispersion strengthening must have high value of shear modulus that determines their hardness and strength. Critical compressive stress should not cause deformation and destruction of disperse particles. Furthermore, they must have high stability in contact with a matrix. The substances applied as alloying components for realization of the developed technology on obtaining dispersion-strengthening materials must firstly meet the following requirements: they must be cheap, accessible and ecologically safety; they must interact with the basis or inter se at temperatures which are lower of material melting temperature; one of the phases which is formed in the process of the technology realization must have rather high thermodynamic stability and high value of the shear modulus; other formed phases must improve or, at the least, not reduce physical and mechanical properties of the materials. Представлены результаты исследования, направленные на создание научно обоснованных критериев выбора легирующих компонентов и базовых композиций для производства механически легированных дисперсно-упрочненных металлических материалов. Надежной основой для решения поставленной задачи служат анализ механизмов дисперсного упрочнения, а также закономерности протекания механически активируемых фазовых и структурных превращений. Для эффективного упрочнения, как при низких, так и при высоких температурах, материалы должны иметь фрагментированную и полигонизированную структуры с максимально развитой поверхностью границ зерен и субзерен, стабилизированные наноразмерными включениями упрочняющих фаз. Экспериментальные исследования показали, что оптимальный комплекс механических свойств достигается при содержании наноразмерной упрочняющей фазы в количестве 3–5 % (объем). Фазы, применяемые для дисперсного упрочнения, должны обладать высоким значением модуля сдвига, определяющим их твердость и прочность. Критическое напряжение не должно вызывать деформации и разрушения дисперсных частиц. Кроме того, они должны иметь высокую стабильность в контакте с матрицей. Вещества, применяемые в качестве легирующих компонентов при реализации разрабатываемой технологии получения дисперсно-упрочненных материалов, должны отвечать, прежде всего, следующим требованиям: быть дешевыми, доступными и экологически безопасными; взаимодействовать с основой или между собой при температурах, ниже температуры плавления материалов; хотя бы одна из фаз, образующихся в процессе реализации технологии, должна обладать большой термодинамической стабильностью и иметь высокое значение модуля сдвига; другие образующиеся фазы должны улучшать или, по меньшей мере, не снижать физико-механические свойства материалов

ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ МЕХАНИЧЕСКИ ЛЕГИРОВАННЫХ ДИСПЕРСНО-УПРОЧНЕННЫХ НИХРОМОВЫХ КОМПОЗИЦИЙ В ПОЛУФАБРИКАТЫ

The paper investigates an influence of main technological factors pertaining to processing operations (annealing and hot-tempered  compaction) of nano-structural mechanically alloyed granulated nickel-chromium compositions on the properties of highly strong compact semi-products with inter-metallide and oxide hardening. Optimization of the process, phase composition and structure of semi-products have been executed and investigated in the paper.Изучено влияние основных технологических факторов операций (отжиг и горячее компактирование) переработки наноструктурных механически легированных гранулированных нихромовых композиций на свойства высокопрочных компактных полуфабрикатов с интерметаллидным и оксидным упрочнением; проведена оптимизация процесса; изучены фазовый состав и структура полуфабрикатов

НАНОСТРУКТУРНЫЕ МЕХАНИЧЕСКИ ЛЕГИРОВАННЫЕ ДИСПЕРСНО- УПРОЧНЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ МЕТАЛЛОВ

Development of modern industries requires creation of new materials, which have, along with special properties, high strength and heat resistance. The most difficult is the provision of the latter. To increase it, it is necessary to reduce the amount of free movement of dislocations to a maximum permissible value, localize movement of defects of the crystal structure within the grain (subgrain), minimize the runoff of defects of the crystal structure at grain boundaries, exclude intergranular sliding, which can be successfully realized in dispersion-hardened materials. To obtain them, a promising technology is based on the reaction mechanical alloying. The article presents the results of the author’s work, which made it possible to establish the regularities in the formation of phase composition, structure and properties at all stages of obtaining mechanically alloyed dispersed-hardened materials based on metals, which are the basis for the production of basic structural alloys-aluminum, copper, iron and nickel. These alloys are used for products operating under severe temperature-strength conditions – at temperatures reaching 0.85Tml of the substrate. They have tensile strength 1.2–1.5 times higher than that of analogues, and on their basis a new area of materials science of structural materials was created – nanostructured mechanically alloyed dispersed-hardened materials based on metals. The most promising areas of application of technologies based on reaction mechanical alloying in the field of materials science are: 1) high-strength materials for machine parts, tooling and products of various functional purposes operating under severe temperature and force conditions; 2) powders for gas-thermal spraying and coating of them; 3) nanocrystalline modifying ligatures and modifiers. The results of industrial introduction are given – two small-scale enterprises for the production of import-substituting science-intensive products were created. Развитие современных отраслей промышленности требует создания новых материалов, обладающих наряду со специальными свойствами высокой прочностью и жаропрочностью. Наиболее сложным является обеспечение последней. Для ее повышения необходимо уменьшить до предельно допустимого значения величину свободного перемещения дислокаций, локализовать передвижение дефектов кристаллического строения в пределах зерна (субзерна), минимизировать сток дефектов кристаллического строения на границы зерен, исключить межзеренное скольжение, что может быть успешно реализовано в дисперсно-упрочненных материалах. Для их получения перспективной является технология, основанная на реакционном механическом легировании. В статье представлены результаты работы автора, позволившие установить закономерности формирования фазового состава, структуры и свойств на всех этапах получения механически легированных дисперсно-упрочненных материалов на основе металлов, являющихся базисом для производства основных конструкционных сплавов из алюминия, меди, железа и никеля. Эти сплавы используются при производстве изделий, работающих в жестких температурно-силовых условиях – при температурах, достигающих 0,85Тпл основы, с пределом прочности при растяжении в 1,2–1,5 раза выше, чем у аналогов. На базе их создана новая область материаловедения конструкционных материалов – наноструктурные механически легированные дисперсно-упрочненные материалы на основе металлов. Наиболее перспективными направлениями применения технологий, основанных на реакционном механическом легировании, в области материаловедения являются: 1) высокопрочные материалы для деталей машин, инструментальной оснастки и изделий различного функционального назначения, работающих в жестких температурно-силовых условиях; 2) порошки для газотермического напыления и покрытия из них; 3) нанокристаллические модифицирующие лигатуры и модификаторы. Приведены результаты промышленного внедрения

PRODUCTION, COMPOSITION, STRUCTURE AND CHARACTERISTICS OF MECHANICALLY ALLOYED THERMOREACTIVE NICKEL POWDERS FOR FLAME COATINGS

Prospects of application of a reactionary mechanical alloying for production of composite nanostructural dispersion strengthened thermoreacting nickel powders for gas-flame coverings is proved; the results of optimization of charge structures and technological process of mechanical alloying are given; regularities of formation of phase composition, structure and properties of powders and coverings from them are established

REGULARITIES AND MECHANISM OF FORMATION OF STRUCTURE OF THE MECHANICALLY ALLOYED COMPOSITIONS GROUND ON THE BASIS OF METAL SYSTEMS

Experimentally determined regularities and mechanism of formation of structure of the mechanically alloyed compositions foundations on the basis of the widely applied in mechanical engineering metals – iron, nickel, aluminum, copper are given