Hard alloy production by SHS compaction in an open die

Abstract

Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова РАН (ИСМАН), г. Черноголовка Статья поступила в редакцию 03.05.19 г., доработана 11.09.19 г., подписана в печать 16.09.19 г.Исследовалась возможность проведения СВС для состава (мас.%) 81,5Ti + 18,5B на воздухе с последующим прессованием продуктов горения в открытой стальной матрице, стенки которой ограничивают их радиальное течение, в условиях жесткого теплоотвода без использования промежуточной сыпучей среды теплоизолятора. Проведена оптимизация режимов подготовки реакционных порошковых смесей к синтезу. Для исходных порошков и реакционных смесей определены такие технологические характеристики, как насыпная плотность, уплотняемость, упругое последействие, оценивалась прочность прессовок. Показано, что в условиях интенсивного газоотделения при горении существует взаимосвязь между прочностью шихтовых прессовок, скоростью горения и изменением их объема после сгорания на воздухе. Установлена оптимальная плотность шихтовых прессовок, равная 0,75, соответствующая максимальной скорости горения без выбросов шихты при минимальном изменении объема. В результате проведенной оптимизации показана возможность эффективного и безопасного проведения процесса синтеза без использования промежуточной сыпучей среды теплоизолятора. В условиях СВС-компактирования в открытой стальной матрице получены твердосплавные пластины диаметром 60 мм и толщиной 11 мм. Структура полученного твердого сплава является уникальной с пористостью менее 0,5 % и состоит из диборида титана (~ 60 мас.%) и связующей фазы на основе титана (~ 40 мас. %). Такую структуру, полученную вследствие ускоренного охлаждения, можно определить как неравновесную, поскольку в соответствии с диаграммой состояния Ti-B основной фазой для исследуемого состава должен быть моноборид титана (TiB). Микротвердость изготовленного твердого сплава составляет HV = 18000 МПа.