Дослідження морфології багатошарових включень в сплавах системи Fe-C-Mn-Si-Ti-Al-N

Анотація

У цій роботі досліджували мікроструктуру сплаву Fe-C-Mn-Si-Ti-Al-N та структуру багатофазних включень. Для визначення структурного стану сплавів використовували мікроструктурний, мікрорентгеноспектральний та рентгенофазовий аналізи. Слід зазначити, що на дифрактограмі лінії фази Al₂O₃ зсунуті у бік великих кутів, що можна пояснити легуванням фази титаном.

Показано, що після лиття у структурі сплаву було виявлено окремі багатошарові включення, які мали розмір 1,5–2 мкм та перебували у твердому розчині a-заліза. У центрі багатофазного включення розташований оксид алюмінію Al₂O₃, легований титаном. Внутрішній шар включення утворюється при кристалізації сплаву – фаза AlTiO₃, навколо якої спостерігалася фаза, що утворилася за перитектичною реакцією L + (AlTi)₂O₃ → (Ti_0,3 Fe_0,2)(N_0,3 С_0,2). Багатошарове включення було оточене феритом, що містив до 1,0 % (ат.) мангану, 1,7 % (ат.) силіцію, 1,0 % (ат.) титану, 0,032 % (ат.) карбону.

Відомо, що термодинамічні функції фаз дозволяють прогнозувати фізичні та хімічні властивості сплавів при зовнішніх умовах, що змінюються, таких як температура, тиск тощо. Поки що відомі методи розрахунку термодинамічних функцій фаз, які можуть бути використані лише за рівноважних умов і не враховують флуктуаційні процеси. Тому в роботі вперше з урахуванням вкладу першого ступеня наближення високотемпературного розвитку термодинамічного потенціалу було отримано залежності енергії Гіббса від температури фаз Al₂O₃ та AlTiO₃. Порівняння енергій Гіббса фаз Al₂O₃ та AlTiO₃ показало, що більш енергетично вигідно утворення фази AlTiO₃, ніж Al₂O₃. Після подальшої обробки – нагрівання до (1533 ± 10) К протягом 1–2 годин і гарячої деформації зі ступенем деформації 50 % в мікроструктурі досліджуваного сплаву фаза AlTiO₃ не була виявлена, оскільки вона є метастабільна і зникає після подальшої обробки. У мікроструктурі металу спостерігали утворення нітридів титану TiN.