Search

Интерметаллические соединения TiAl являются наиболее перспективными материалами для двигателей благодаря своей низкой плотности (3,3-4,2 г/см3), стойкости к высокотемпературному окислению, высокой прочности и высокому модулю упругости. В данной работе используется метод двойной подачи проволоки для получения интерметаллических соединений TiAl с определенным соотношением состава путем управления различными скоростями подачи проволоки и улучшения микроструктуры интерметаллических соединений TiAl методом направленного затвердевания для улучшения свойств материала. TiAl intermetallic compounds with low density (3.3-4.2g/cm3), high temperature oxidation resistance, high strength and high modulus of elasticity are the most promising materials for engines in order to reduce energy consumption and increase service temperature. In this paper, a dual filament feeding method is used to study the improvement of the TiAl intermetallic compound by controlling different filament feeding speeds to obtain a specific composition ratio, and improving the microstructure of the TiAl intermetallic compound to improve the material properties through the directional solidification technique.

Актуальность исследования обусловлена тем, что процессы переработки нефтяных остатков, тяжелых нефтей и природных битумов, основанные на термической деструкции высокомолекулярных компонентов сырья, приводят не только к новообразованию дистиллятных фракций. Они всегда сопровождаются образованием нерастворимых в нефтяной среде продуктов карбонизации, обычно называемых коксом. Основными источниками для образования кокса являются смолы и асфальтены исходного сырья. Термическая деструкция смол и асфальтенов широко используются для изучения их молекулярного строения. Информация о составе и свойствах нерастворимых продуктов, полученных при термическом воздействии на смолисто-асфальтеновые вещества, позволит получить информацию о путях их образования. Особенности макроструктуры нерастворимых коксообразных продуктов, полученных в процессе термолиза смол и асфальтенов усинской нефти при различных температурах, не были установлены. Цель: установление параметров макроструктуры нерастворимых продуктов, полученных при разных температурах автоклавного термолиза смол и асфальтенов усинской нефти в инертной атмосфере. Объекты: нерастворимые в хлороформе продукты автоклавного термолиза в атмосфере аргона при 250, 450 и 650 °С смол и асфальтенов тяжелой, высокосернистой, высокосмолистой нефти Усинского месторождения. Методы: спектроскопия комбинационного рассеяния, рентгенодифракционный фазовый анализ. Результаты. С использованием спектроскопии комбинационного рассеяния и рентгенодифракционного фазового анализа охарактеризованы нерастворимые продукты автоклавного термолиза при 250, 450 и 650 °С смол и асфальтенов усинской нефти. Установлено, что продукты, полученные при температурах 450 и 650 °С, по своим характеристикам соответствуют продуктам сравнительно высокой степени карбонизации. Их спектры комбинационного рассеяния содержат полосы в области 1350 и 1580 см-1 (D- и G-полоса) и их обертоны в области 2700 и 3400 см-1, характерные для углеродных материалов с невысокой степенью упорядоченности. Параметры их макроструктуры, определенные методом рентгенофазового анализа, особенности дифрактограмм также соответствуют карбено-карбоидам и коксу. В то же время нерастворимые продукты, полученные из смол при 250 °С, проявляют флуоресценцию в условиях регистрации КР-спектра, очень близки к исходным асфальтенам по параметрам макроструктуры, рассчитанным из результатов рентгенофазового анализа. Это дает основание отнести их к асфальтеноподобным веществам, что подтверждает выводы, сформулированные нами ранее на основе их элементного состава, ИК-спектров, результатов пиролитического анализа в режиме Rock Eval и «on line» флэш-пиролиза. The relevance of the research is caused by the fact that the processing of oil residues, heavy oils and natural bitumens based on thermal destruction of high-molecular components of hydrocarbon feedstock result not only in formation of new distillate fractions but they are always accompanied by the formation of oil-insoluble carbonation products, commonly known as coke. The main sources for coke formation are the resins and asphaltenes of the feedstock. Thermal destruction of resins and asphaltenes is widely used to study their molecular structure. Information on the composition and properties of insoluble products obtained by thermal treatment of resin-asphaltene substances will provide information on the pathways of their formation. The features of the macrostructure of insoluble coke-like products obtained in the course of thermolysis of resins and asphaltenes of Usinsk oil at various temperatures have not been established. The main aim of the research is to measure the parameters of the macrostructure of insoluble products obtained at different temperatures of autoclave thermolysis of resins and asphaltenes of Usinsk oil in an inert atmosphere. Objects: chloroform-insoluble products of resins and asphaltenes of the heavy, high-sulfur and highly resinous oil from the Usinsk oil field subjected to autoclave thermolysis in an argon atmosphere at 250, 450 and 650 °С. Methods: Raman spectroscopy, X-ray difraction. Results. Using Raman spectroscopy and X-ray diffraction phase analysis, the insoluble products of autoclave thermolysis of resins and asphaltenes of Usinsk oil have been characterized. It was found out that the products obtained during autoclave thermolysis at temperatures of 450 and 650 °C correspond in their characteristics to products of a relatively high degree of carbonation. Their Raman spectra contain bands in the region of 1350 and 1580 cm-1 (D- and G-bands) and their overtones lying in the region of 2700 and 3400 cm-1 are characteristic of carbon materials with a low degree of order. The parameters of their macrostructure, determined by the method of X-ray phase analysis and the features of the diffraction patterns also correspond to carbene-carbides and coke. At the same time, insoluble products obtained from resins at 250 °C exhibit fluorescence under registration of Raman spectra. Hence they are very close to the initial asphaltenes in terms of the macrostructure parameters calculated from the results of X-ray phase analysis. This gives grounds to classify them as asphaltene-like substances which confirms our conclusions drawn earlier on the basis of data of their elemental composition, IR-spectra, pyrolytic analysis in the Rock Eval mode and «on line» flash pyrolysis.

During high-speed cutting, a white layer is often produced on the machined surfaces after mechanical machining, seriously affecting the mechanical properties. These properties are related to the material structure and the defects induced by cutting. However, there is a lack of research on the atomic-scale defects of the white layer. This paper studied the influence of cutting parameters, namely the feed rate, cutting speed and cutting depth, on atomic-scale defects induced by high-speed cutting in GCr15 steel. Positron annihilation studies showed typical plastically deformed or tempered carbon steel defects with additional vacancy cluster components. The quantity of these clusters changed with cutting parameters. Furthermore, significant changes were observed in the subsurface region up to 1 µm, occurring as a result of simultaneous phase transformations, deformation and thermal impacts. The predominant accumulation of only one type of atomic-scale defect was not observed.

Изучена кинетика макроскопической локализации пластической деформации в биметалле, полученном методом электронно-лучевой наплавки проволоки из низкоуглеродистой стали 09Г2С на подложку из Ст. 3. Механические испытания по схеме одноосного растяжения плоских образцов проводили с постоянной скоростью при комнатной температуре. Проведено сравнение механических свойств и стадийности пластического течения биметалла по сравнению с исходными материалами. Методом цифровой спекл-фотографии исследована кинетика зон локализации пластической деформации в слоях биметалла.

The microstructure and phase composition of titanium alloy VT14 parts produced by rolling and wire-feed electron beam additive manufacturing are compared using optical, scanning and transmission electron microscopy, backscattered electron diffraction, and X-ray diffraction analysis. The content of alloying elements in the α and β phases of titanium alloys was studied by EDX analysis. The results showed that samples of 3D-printed titanium alloy VT14 are characterized by larger prior β grains, smaller sizes of α phase plates, a lower volume fraction of residual β phase, and higher microhardness.

Present work describes the fabrication of a low modulus β-Ti alloy, Ti-35Nb-7Zr-5Ta (TNZT), by electron beam melting (EBM) with optimized laser parameters. The physical and mechanical performance of the as-printed TNZT has been examined and is correlated to the microstructure (phase and elemental composition). The results indicate the titanium alloy exhibited a microstructure consisting of bcc beta phases. The elemental composition corresponds to the mass content of the Ti-35Nb-7Zr-5Ta alloy.

In the present study, the surface layer of bronze slab was modified by friction stir processing. After the processing metallography and microhardness of the processed slab sample were examined. Bronze is a material with excellent electrical and thermal conductivity and corrosion resistance, but its mechanical properties are very low. As a result, it was determined that friction stir processing is significantly improves the mechanical properties of bronze.

The microstructure and mechanical properties of Ti-Al-Ta-N coatings obtained by DC and pulsed magnetron sputtering are investigated. It is shown that the coatings deposited in the pulsed regimes are characterized by denser mixed microstructure with columnar and equiaxed grains compared with the columnar DC coating. The changes in the microstructure are found to provide increased mechanical properties of the coatings obtained in the pulsed regimes.

Исследована возможность получения тройных боридов с наноламинатной структурой (типа МАХ-фаз) в системе Ti – Al – B методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Использовали разные методы введения бора и титана: в виде порошков элементного бора и титана или соединений TiH2, AlMgB14 («гидридная технология»). Гидрид титана получали отжигом порошка при 450 oC в непрерывном потоке водорода. Полученное смешивали с порошком алюминия и прессовали под давлением 6,63·106 Па. На выходе формировали заготовки диаметром 2 см, толщиной 0,2 см, которые отжигали в программируемом температурном режиме при 620 oC (ниже температуры плавления алюминия). Второй вид заготовок получали, добавляя к гидриду титана порошок алюминия и B/AlMgB14, затем смесь прессовали под давлением 6,63·106 Па. На выходе формировали заготовки (диаметр 2 см, толщиной 0,2 см), которые отжигали при 1000 oC. Высокобористое соединение AlMgB14 получали методом СВС. Использование гидридной технологии приводит к образованию новых фаз: боридов и алюминидов титана. Тройные бориды Ti2AlB не обнаружены. На основании исследований микроструктуры образцов, рентгеновского энергодисперсионного анализа и карт распределения элементов показана возможность получения тройных слоистых соединений (типа МАХ-фаз) в системе Ti – Al – B методом СВС с использованием элементных порошков. Продукты СВС не являются однородной тройной фазой. Тройные слоистые бориды располагаются в матрице интерметаллида Ti3Al. Все использованные в работе методы синтеза приводят к образованию многофазных продуктов.

The microstructure, mechanical properties, and deformation behavior of wrought and electron beam additive manufactured (EBAM) Ti-6Al-4V samples under scratching were studied. As-received wrought Ti-6Al-4V was subjected to thermal treatment to obtain the samples with microstructure and mechanical characteristics similar to those of the EBAM samples. As a result, both alloys consisted of colonies of α phase laths within prior β phase grains and were characterized by close values of hardness. At the same time, the Young’s modulus of the EBAM samples determined by nanoindentation was lower compared with the wrought samples. It was found that despite the same hardness, the scratch depth of the EBAM samples under loading was substantially smaller than that of the wrought alloy. A mechanism was proposed, which associated the smaller scratch depth of EBAM Ti-6Al-4V with α′→α″ phase transformations that occurred in the contact area during scratching. Ab initio calculations of the atomic structure of V-doped Ti crystallites containing α or α″ phases of titanium were carried out to support the proposed mechanism.

This paper presents the results of microstructural analysis of novel preceramic paper-derived SiCf/SiC composites fabricated by spark plasma sintering. The sintering temperature and pressure were 2100/2200 °C and 60/100 MPa, respectively. The content of fibers in the composites was approx. 10 wt %. The SiCf/SiC composites were analyzed by positron annihilation methods, X-ray diffraction technology, scanning electron microscopy, and Raman spectroscopy. Longer sintering time causes the proportion of the 6H-SiC composition to increase to ~80%. The increase in sintering temperature from 2100 °C to 2200 °C leads to partial transition of 4H-SiC to 6H-SiC during the sintering process, and the long-life component of positrons indicates the formation of Si vacancies. The Raman characteristic peaks of turbostratic graphite appear in the Raman spectrum of SiC fibers, this is caused by the diffusion of carbon from the surface of the SiC fiber and the preceramic paper during the high-temperature sintering process.

The processes of melt formation were studied by methods of optical and electron scanning microscopy. These processes occur during induction brazing of a hard alloy to a steel holder and contact interaction of low-melting (copper-zinc system alloy) and refractory (iron-nickel) components of the solders. It is shown that the effect of a thermal and magnetic-dynamic high-frequency electromagnetic field on the components of the composite solder is how a high-strength solder joint is formed. The structure is forming by disperse hardening mechanism. The research of the contact interaction process for low-melting and high-melting components of solders during the soldering process of the tool showed that the formation of solder in brazed seams occurs through a number of stages and this does not lead to the formation of microstructures that are characteristic of alloys based on copper-iron-phosphorus, copper-zinc-nickel and copper-zinc-iron. Thus, the use of composite solders can reduce the soldering temperature by 40-50 K and increase the concentration of alloying species in the solder and change its structure. These advantages of composite solders reduce the thermal impact on contact materials, increase the strength of the weld and allow you to control the thickness of the brazed weld, and this is important when soldering hard alloys of WC-TiC (TaC) systems. High initial dissolution rates of nickel particles in the copper-zinc melt and the solubility of copper, zinc in nickel lead to the formation in the melt of quasi-liquid particles of the nickel alloy. When the melt is cooled, particles other than the surrounding alloy composition are formed. They are morphologically related to the grain structure of the solder. The formed alloy (solder) has the structure of a composite material in which the metal particles are enriched in nickel, and have the role of a reinforcing element., Методами оптической и электронной сканирующей микроскопии изучены процессы образования расплавов при контактном взаимодействии легкоплавкого (сплав системы Cu-Zn) и тугоплавкого (Fe-Ni) компонентов припоев в процессе индукционной пайки твердого сплава к стальному держателю. Показано, что в результате термического и магнитно-динамического воздействия высокочастотного электромагнитного поля на компоненты композиционного припоя формируется паяный шов повышенной прочности, структура которого обеспечивается механизмом дисперсного упрочнения. Исследование процессов контактного взаимодействия легкоплавких и тугоплавких компонентов припоев в процессе пайки инструмента показало, что формирование припоя в паяных швах протекает через ряд стадий и не приводит к формированию микроструктур, которые характерны для сплавов на основе систем медь-железо-фосфор, медь–цинк–никель, медь–цинк–железо. Таким образом, применение композиционных припоев позволяет снизить температуру пайки на 40–50К, увеличить концентрацию легирующих элементов в припои и изменить его структуру. Указанные преимущества композиционных припоев обеспечивают снижение термического воздействия на контактные материалы, повышают прочности шва и позволяют контролировать толщину паяного шва, а это важно при пайке твердых сплавов систем WC-TiC (TaC). Высокие начальные скорости растворения частиц никеля в медно-цинковых расплавах и растворимость меди, цинка в никеле приводят к образованию в расплаве квазижидких частиц никелевого сплава. При охлаждении расплава формируются частицы другого, чем окружающий сплав состава. Они морфологически связаны с зерновой структурой припоя. Образованный сплав (припой) имеет структуру композиционного материала, в котором частицы металла, обогащенные никелем, и играют роль армирующего элемента., Методами оптичної та електронної скануючої мікроскопії вивчені процеси утворення розплавів при контактній взаємодії легкоплавкого (сплав системи Cu-Zn) і тугоплавкого (Fe-Ni) компонентів припоїв у процесі індукційної пайки твердого слава до сталевого тримача. Показано, що у результаті термічного і магнітно-динамічного впливу високочастотного електромагнітного поля на компоненти композиційного припою формується паяний шов підвищеної міцності, структура якого забезпечується за механізмом дисперсного зміцнення. Дослідження процесів контактної взаємодії легкоплавких і тугоплавких компонентів припоїв під час процесу паяння інструменту показало, що формування припою в паяних швах протікає через ряд стадій і не призводить до формування мікроструктур, що характерні для сплавів на основі систем мідь-залізо-фосфор, мідь-цинк-нікель, мідь-цинк-залізо. Таким чином, застосування композиційних припоїв дозволяє знизити температуру пайки на 40-50 К, збільшити концентрацію легуючих елементів у припої та змінити його структуру. Зазначені переваги композиційних припоїв забезпечують зниження термічного впливу на контактні матеріали, підвищують міцності шва і дозволяють контролювати товщину паяного шва, а це важливо при паянні твердих сплавів систем WC-TiC (TaC). Високі початкові швидкості розчинення частинок нікелю в мідно-цинкових розплаву і розчинність міді, цинку в нікелі призводять до утворення в розплаві квазірідких частинок нікелевого сплаву. При охолодженні розплаву формуються частинки іншого, ніж навколишній сплав складу. Вони морфологічно пов’язані із зерновою структурою припою. Утворений сплав (припій) має структуру композиційного матеріалу, в якому частки металу, збагачені нікелем, і відіграють роль армуючого елемента.

The influence of current beam on the microstructure and microhardness has been investigated in electron-beam welded Ti-6Al-4V alloy parts obtained by traditional manufacturing and additive manufacturing. Electron-beam welding produced few discriminative zones (FZ - the fusion zone, HAZ I and HAZ II - the heat affected zone, BM - the base metal) in the welded material obtained by both rolled and SLM processes. The results of the research show that SLM samples demonstrate higher penetration ability than rolled samples. The microhardness in the HAZ decreased towards the HAZ with distance from the weld center at all varied values of the beam current, except for the SLM sample at 25 mA.

В данной работе приводятся результаты исследований по влиянию второго темплата (технического углерода) на текстурные, кислотные и каталитические свойства Zn-алюмосиликатов структурного типа цеолита MFI в процессе превращения пропана в ароматические углеводороды. С помощью метода термопрограммированной десорбции аммиака установлено, что с ростом количества технического углерода, добавляемого в процессе синтеза цеолита, концентрация кислотных центров получаемого цеолита увеличивается. Показано, что добавление технического углерода в кристаллизационный гель в процессе синтеза цинкалюмосиликата приводит к повышению общего объема его пор в результате увеличения объема мезопор. Методом дифференциального термического анализа определено количество коксовых отложений, образующихся на поверхности цинкалюмосиликатов в ходе протекания реакции ароматизации пропана. Установлено, что оптимальное соотношение между числом активных центров катализатора и объемом образовавшихся мезопор достигается на цинкалюмосиликате, полученном на основе цеолита с добавкой на стадии его синтеза 1,0% технического углерода, что приводит к уменьшению скорости коксообразования и, соответственно, к повышению стабильности работы катализатора.

In this study, the influence of the impulse electron-beam (IEB) technology on the physical and mechanical properties of the TNZT titanium alloy samples obtained by the electron beam melting (EBM) is evaluated. The roughness, hardness and Young's modulus were measured, and the microstructure of the sample surface was investigated. The highest roughness was observed for an untreated titanium alloy. It was revealed that the Young's modulus value of the TNZT alloy treated with IEB (65 GPa) investigated using the nanoindentation method is higher than the modulus of human bone (10-30 GPa), but nevertheless, it is 2 times lower than that of the biomedical Ti6Al4V alloy.

This paper is devoted to the synthesis of composites based on Ti3SiC2/Zr-system using preceramic paper and Zr powder as feedstock. The composites of alternating layers of preceramic paper with Ti3SiC2 - powder filler and zirconium powder were sintered in spark plasma under pressure 50 MPa for 10-30 minutes at a temperature range from 1400 to 1600 °С. The influence of spark plasma sintering parameters on sintered materials` s microstructure and phase composition was analyzed.

This paper presents the results obtained when combining mechanical and surface-thermal operations, using the same process equipment. The paper also demonstrates the possibility of implementing high-energy heating with high-frequency currents, and proposes using an integral temperature–time characteristic as the main parameter to specify surface quenching modes. The numerical values of the integral temperature–time characteristic are to be related to the processing modes and the depth of hardening. The experiments confirmed that an increase in the capacity will be commensurate with an increase in power consumption when a volumetric heating scheme (with a hardening depth of 0.5 mm) is realized. However, during the realization of a volumetric heating scheme, when the 0.7 mm depth of the hardened layer is at the boundary of the “hot” depth of the current penetration into the metal (the beginning of the intermediate heating scheme), the increase in the processing capacity will be higher than that in power consumption.

The studies of correlation between magnetic properties and microstructure were conducted on samples of lithium-substituted ferrite, sintered in radiation and radiation-thermal conditions. Radiation-thermal sintering was performed for compacts irradiated with a pulsed electron beam with energy of (1.5-2.0) MeV, beam current per pulse of (0.5-0.9) A, irradiation pulse duration of 500 μs, pulse repetition rate of (5-50) Hz, and compact heating rate of 1000 °C/min. Sintering in thermal furnaces (T-sintering) was carried out in a preheated chamber electric furnace. The paper shows that magnetic induction does not depend on the ferrite grain size. In this case, the coercive force is inversely proportional to the grain size and depends on the intragranular porosity of ferrite samples. In contrast to thermal sintering, radiation-thermal sintering does not cause capturing of intergranular voids by growing grains and enhances coagulation of intragranular pores.

In this work, the regularities of changes in the microstructure and hardness of samples of the Ti-6Al-4V alloy manufacturing by electron beam melting were established, depending on the surface modifica-tion. For this study, samples were made in the form of cylinders with a diameter of 8 mm and a height of 2 mm from a titanium alloy Ti -6Al -4V. The average particle size of the powder varied from 50 to 150 µm.

Методами рентгеноструктурного анализа, сканирующей электронной микроскопии и электронно-зондового элементного анализа исследованы продукты синтеза в волновом режиме горения реакционных порошковых смесей титана, углерода (сажи) и алюминия. Установлено влияние соотношения углерода и алюминия в реакционных смесях на температуру горения, фазовый состав и структуру продуктов синтеза. Основной фазой в продуктах синтеза является карбид титана, размер частиц которого в структуре композита монотонно уменьшается по мере уменьшения соотношения углерода и алюминия в реакционных смесях, что является следствием снижения температуры горения. На основе результатов структурных исследований синтезированных композитов обсуждены перспективы их практического применения в качестве фидстоков для напыления и наплавки покрытий, а также в виде объемных материалов после компактирования методами горячего прессования и искрового плазменного спекания.

This paper is devoted to synthesis of Ti[3]SiC[2]-based composites using a preceramic paper as a feedstock. The preceramic paper with Ti[3]SiC[2]-powder filler and different organic binder (cellulose) content was obtained by spark plasma sintering (SPS) method at 50 MPa pressure for 10 min holding time. The temperature of sintering was 1473 K. The influence of organic content on microstructure and phase composition of the sintered materials was analyzed.

The aim of the present work was to investigate the effect of the applied pressure, sintering temperature and ultrasonic treatment during the pressing process on the density and microstructure of translucent ceramics based on yttrium-aluminum garnet doped with cerium ions (Ce: YAG) obtained by conventional sintering of pressed compacts. The optimization of manufacturing conditions of the ceramics was carried out. It was shown that the ultrasonic treatment of initial powder in optimal sintering conditions leads to an increase in the relative density and grain size and decrease in the pore size of the sintered ceramics.

В работе приведены результаты экспериментальных исследований микроструктуры выращенных слоев электродуговым послойным выращиванием плавящимся электродом в среде углекислого газа.

In the present paper, were studied samples of a titanium alloy Ti-6Al-4V fabricated by electron beam melting (EBM) using scanning electron microscopy and microhardness measurement. For this study, samples were prepared in the form of Ti-6Al-4V titanium alloy paddles. Mean powder particle sizes range ∼ 53 [mu]m. In addition, the thickness of the [alpha]-phase plates was estimated a nd the average microhardness of the sample was established.

In given work, we studied the phase and elemental compositions of the surface layers in stable austenitic stainless steel treated by ion-plasma hardening in a mixture of gases N[2]+C[2]H[2]+Ar. The effect of a deformation-induced microstructure, which was formed before ion-plasma treatment, on the characteristics of the hardened layers in the steel specimens was experimentally studied.

Сварка в защитных газах является одним из наиболее распространенных способов сварки плавлением, применяемых в промышленности. Управление свойствами и геометрией шва играют важнейшую роль в оценке эффективности процесса сварки, так как определяют работоспособность металлоконструкции. В данной работе произведен обзор современных методик повышения качества сварки в защитных газах. В результате проведенных исследований установлено, что динамическое воздействие струи защитного газа оказывает существенное влияние на формирование сварного шва. Shielded gas welding is one of the most common fusion welding methods used in industry. The management of the properties and geometry of the weld play a crucial role in assessing the effectiveness of the welding process, as they determine the performance of the metal structure. In this paper, we review modern methods for improving the quality of welding in shielding gases. As a result of the studies, it was found that the dynamic effect of the protective gas jet has a significant effect on the formation of the weld.