Synthesis and Properties of Composites Based on Zirconium and Chromium Borides

Abstract

Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова РАН (ИСМАН), г. Черноголовка Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», г. Москва Статья поступила в редакцию 02.03.17 г., доработана 24.05.17 г., подписана в печать 27.05.17 г. Представлены экспериментальные данные по получению методом СВС-компактирования композитов на основе системы ZrB 2-CrB. С использованием термодинамических данных рассчитаны адиабатические температуры горения системы Zr-Cr-B, составы равновесных продуктов синтеза и определены оптимальные условия получения СВС-композитов. Показано, что равновесными продуктами синтеза являются тугоплавкие соединения ZrB 2 и CrB, обеспечивающие высокую термодинамическую стабильность СВС-композитов, которые применяются в качестве дисперсной фазы (ZrB 2) и керамической связки (CrB). С ростом содержания связки от 25 до 64 мас.% адиабатическая температура горения уменьшается от 3320 до 2350 K. В этих условиях формируется твердая дисперсная фаза (ZrB 2) и расплавленная связка (СrВ). Выявлено, что образование расплавленной связки обеспечивает получение СВС-композитов с остаточной пористостью менее 1 %. Изучено влияние состава реакционной смеси на фазовый состав, микроструктуру и физико-механические характеристики СВС-композитов. Установлено, что при содержании CrB в пределах 30-50 мас.% остаточная пористость СВС-композитов составляет <1 %. При этом твердость по Виккерсу изменяется в интервале 31,3-42,6 ГПа, а предел прочности при изгибе-в диапазоне 480-610 МПа. Показано, что физико-механические характеристики зависят от остаточной пористости СВС-композитов. Из полученного СВС-композита ZrB 2-30CrB изготовлены режущие пластины и проведены тестовые испытания при обработке высокотвердых закаленных сталей. Результаты свидетельствуют, что керамические резцы из композита ZrB 2-30CrB обладают высокой износостойкостью при обработке подшипниковой стали ШХ15 твердостью 61-65 HRC.