THE INFLUENCE OF THERMODYNAMIC AGENT ON PHASE-STRUCTURED TRANSFORMATION PROCEEDING IN THE PROCESS OF MECHANICAL ALLOYING OF COMPOSITIONS OF SYSTEMS «PARENT METAL ALLOYING OXIDE ALLOYING METAL WITH HIGH OXYGEN AFFINITY»

The paper presents the results of the research in phase-structured transformation proceeding in the process of mechanical alloying of compositions of systems «parent metal – alloying oxide – alloying metal with high oxygen affinity, aimed at determining the place and function of the thermodynamic agent in this process

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ФАЗОВОГО СОСТАВА, СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ПРИ МЕХАНИЧЕСКОМ ЛЕГИРОВАНИИ ДВОЙНЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ КОМПОЗИЦИЙ

The paper presents investigation results pertaining to  ascertainment of formation regularities of phase composition and structure during mechanical alloying of binary aluminium composites/substances. The invetigations have been executed while applying a wide range of methods, devices and equipment used in modern material science. The obtained data complement each other. It has been established that presence of oxide and hydro-oxide films on aluminium powder  and introduction of surface-active substance in the composite have significant effect on mechanically and thermally activated phase transformations and properties of semi-finished products.  Higher fatty acids have been used as a surface active substance.The mechanism of mechanically activated solid solution formation has been identified. Its essence is  a formation of  specific quasi-solutions at the initial stage of processing. Mechanical and chemical interaction between components during formation of other phases has taken place along with dissolution  in aluminium while processing powder composites. Granule basis is formed according to the dynamic recrystallization mechanism and possess submicrocrystal structural type with the granule dimension basis less than 100 nm and the grains are divided in block size of not more than 20 nm with oxide inclusions of 10–20 nm size.All the compounds  with the addition of  surface-active substances including aluminium powder without alloying elements obtained by processing in mechanic reactor are disperse hardened. In some cases disperse hardening is accompanied by dispersive and solid solution hardnening process. Complex hardening predetermines a high temperature of recrystallization in mechanically alloyed compounds,  its value exceeds 400 °C.Представлены результаты исследования, направленные на установление закономерностей формирования фазового состава и структуры при механическом легировании двойных алюминиевых композиций. Исследования выполнены с широким применением методик, приборов и оборудования, используемых в современном материаловедении, данные по которым взаимно дополняют друг друга. Установлено, что на механически и термически активируемые фазовые превращения и свойства полуфабрикатов существенное влияние оказывает наличие оксидных и гидроксидных пленок на алюминиевом порошке, а также введение в композицию поверхностно-активного вещества, в качестве которого применялись высшие жирные кислоты. Установлен механизм механически активируемого формирования твердого раствора, заключающийся в формировании на начальном этапе обработки своеобразного квазираствора. Наряду с растворением в алюминии при обработке порошковых композиций происходит механохимическое взаимодействие между компонентами с образованием других фаз. Основа гранул формируется по механизму динамической рекристаллизации и имеет субмикрокристаллический тип структуры с размером зерен основы менее 100 нм, разделенных на блоки величиной не более 20 нм с включениями оксидов размером менее 10–20 нм. Все композиции с добавкой ПАВ, включая алюминиевый порошок без легирующих компонентов, полученных обработкой в механореакторе, являются дисперсно-упрочненными. Дисперсному упрочнению, в ряде из них, сопутствуют дисперсионное и твердорастворное упрочнения. Комплексное упрочнение определяет высокую температуру рекристаллизации

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

MECHANISMS OF FORMING OF STRUCTURE, PHASE COMPOSITION AND CHARACTERISTICS OF MECHANICALLY ALLOYED COPPER COMPOSITIONS

Mechanisms of formation of structure of phase composition and characteristics of dispersion strengthened granulated compositions on the basis of copper produced by method of reactionary mechanical alloying are determined

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 OF FORMATION OF GRANULOMETRIC COMPOSITION AND STRUCTURE OF MECHANICALLY ALLOYED COMPOSITE POWDERS FOR GASOMETRIC COVERINGS

The regularities of formation of granulometric composition and structure of the mechanically alloyed composite powders on the basis of iron, nickel and aluminum oxide for the gas-thermal coverings of various functional purpose are given

Production, structure and properties of mecanically alloyed dispersionally strengthened copper based materials for contact welding electrodes

Are investigated production, structure and properties of mecanically alloyed dispersionally strengthened copper based materials for contact welding electrodes