07.04.2025
Механические свойства дисперсионно-упрочненного композита W+WC(Ni) на основе железа, полученного комбинированным проволочным электронно-лучевым производством с добавлением порошка
Исследователи из ИФПМ СО РАН получили значительные результаты в области материаловедения при разработке композиционных материалов со стальной матрицей, армированной частицами вольфрама (W) и смесью карбида вольфрама и никеля (WC(Ni)). Исследование находится на высоком уровне благодаря применению современного метода аддитивного производства и соответствующих методов исследования, и представляет собой важный шаг в разработке композитных материалов.
В работе исследовались микроструктура и механические свойства композита со стальной матрицей, армированного частицами вольфрама (W) и смесью карбида вольфрама и никеля (WC(Ni)), полученного гибридным методом аддитивного производства с использованием проволочно-электронно-лучевого аддитивного производства с добавлением порошка. Выявлено, что композит обладает уникальной структурой, включающей три зоны: матрицу из высоколегированной стали 401S45, переходный слой с низкой концентрацией W/WC(Ni) и поверхностный слой, обогащенный частицами упрочняющих фаз. Методами РЭМ, ПЭМ и рентгенографии была выявлена гетерогенная микроструктура, состоящая из α-Fe (80 об.%), γ-Fe (10 об.%) и карбидной фаз, а также подавление образования хрупких интерметаллидов Me3C за счет контролируемой диффузии W, C и легирующих элементов. Микротвердость композита увеличивается с 350 HV (матрица) до 650 HV (армированный слой) за счет дисперсионного отверждения и образования карбидного слоя. Испытания на сжатие показали рекордную прочность армированного слоя (1720 ± 60 МПа) благодаря эффективному распределению нагрузки по частицам W/WC(Ni), но хрупкое разрушение наблюдается при интенсивных испытаниях из-за концентрации напряжений на границах раздела. Таким образом, полученные в работе материалы имеют уровень свойств, позволяющий применять данные материалы при изготовлении высоконагруженных деталей и узлов в области машиностроения.
Работа выполнена в рамках государственного задания ИФПМ СО РАН тема FWRW-2024-0001. Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Composites Science (Q2, Impact factor 3.3).
Андрей Воронцов, Анна Зыкова, Денис Гурьянов, Николай Шамарин, Александр Панфилов, Андрей Чумаевский, Кирилл Калашников, Евгений Колубаев, Николай Савченко. Механические свойства дисперсионно-упрочненного композита W+WC(Ni) на основе железа, полученного комбинированным проволочным электронно-лучевым производством с добавлением порошка // Journal of Composites Science