Ti-rich carboborides in the multi-component high-boron alloy: morphology and elemental distribution

Ю.Г. Чабак; М.А. Голинський; В.Г. Єфременко; Х. Халфа; В.І. Зурнаджи; Б.В. Єфременко; О.В. Цветкова; А.В. Джеренова

doi:10.15330/pcss.24.4.707-713

Автор(и)

Ю.Г. Чабак Приазовський державний технічний університет, Маріуполь, Україна; Інститут матеріалознавства Словацької Академії наук, Кошице, Словаччина
М.А. Голинський Приазовський державний технічний університет, Маріуполь, Україна
В.Г. Єфременко Приазовський державний технічний університет, Маріуполь, Україна; Інститут матеріалознавства Словацької Академії наук, Кошице, Словаччина
Х. Халфа Центральний інститут металургійних досліджень і розробок, Элтеббін, Хелван, Каїр, Єгипет
В.І. Зурнаджи Приазовський державний технічний університет, Маріуполь, Україна; Інститут матеріалознавства Словацької Академії наук, Кошице, Словаччина
Б.В. Єфременко Приазовський державний технічний університет, Маріуполь, Україна
О.В. Цветкова Приазовський державний технічний університет, Маріуполь, Україна
А.В. Джеренова Приазовський державний технічний університет, Маріуполь, Україна

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.24.4.707-713

Ключові слова:

мультикомпонентний чавун, мікроструктура, енергодисперсійний аналіз, карбоборид титану, дуплексні включення

Анотація

У статті наведено результати дослідження морфології, хімічного складу і розподілу хімічних елементів у збагаченому на титан карбобориді M(C,B), присутньому в мультикомпонентному сплаві (мас.%) Fe-0,72C-2,75B-5,05W-5,57Mo-10,35Cr-2,60Ti. Дослідження виконано із застосовуванням методів оптичної та скануючої/трансмісійної електронної мікроскопії, а також енергодисперсійної рентгенівської спектроскопії. Встановлено, що карбоборид M(C,B) знаходиться у структурі у вигляді дисперсних полігональних часток середнім розміром 0,5-7,3 мкм із різною морфологією: «дуплексною» та «однорідною». Дуплексні включення мають збагачене на титан (75 мас. %) «ядро» (Ti(C,B)) та збіднену на титан (47 мас. %) «оболонку» ((Ti,W,Mo),V)(C,B)). Однорідні включення характеризуються рівномірним розподілом елементів; за хімічним складом вони близькі до «оболонки» дуплексних часток. Співвідношення B:C (ат.%) для «ядра», «оболонки» та однорідного включення становить 1:2,5, 1:3,3 і 1:3,2, відповідно. Представлено хімічні формули дуплексних та однорідних М(С,В) включень та запропоновано механізм їх утворення.

Посилання

A. E. Karantzalis, Z. Arni, K. Tsirka, A. Evangelou, A. Lekatou, V. Dracopoulos, Fabrication of TiC-Reinforced Composites by Vacuum Arc Melting: TiC Mode of Reprecipitation in Different Molten Metals and Alloys, Journal of Materials Engineering and Performance, 25(8), 12 (2016); https://doi.org/10.1007/s11665-016-2195-0.

Y. Wei, Y. Chen, S. Liang, L. Zhu, Y. Li, L. Jia, Microstructure and Mechanical Properties of TiC Reinforced TZM Composites Prepared by Spark Plasma Sintering, International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 116, 13, 2023; https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2023.106345.

S. G. Karnaukh, O. E. Markov, L. I. Aliieva, V. V. Kukhar, Designing and Researching of the Equipment for Cutting by Breaking of Rolled Stock, International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 109(9-12), 8 (2020); https://doi:10.1007/s00170-020-05824-7.

H.O. Pierson, Handbook of Refractory Carbides and Nitrides: Properties, Characteristics, Processing, and Applications. (Noyes Publications, Park Ridge, New York, 1996).

R. N. Jia, T. Q. Tu, K. H. Zheng, Z. B. Jiao, Z. C. Luo, Abrasive Wear Behavior of TiC-Strengthened Eutectic High Chromium Cast Iron Composites, Materials Today Communications, 29, 9, (2021); https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2021.102906.

F. V. Guerra-López, A. Bedolla-Jacuinde, C. A. León-Patiño, M. Vázquez-Ramos, The Effect of Small Additions of Nb and Ti on the Sliding Wear Behavior of a Co–30Cr–5Mo Alloy, Wear, 522, 18 (2023); https://doi.org/10.1016/j.wear.2023.204846.

Y. Zhou, Y. L. Yang, Da Li, J. Yang, Y. W. Jiang, X. Ren, Q.-X. Yang, Effect of Titanium Content on Microstructure and Wear Resistance of Fe-Cr-C Hardfacing Layers, Welding Journal, 91(8), 8 (2012).

T. V. Loskutova, I. S. Pogrebova, V. G. Khyzhnyak, M. M. Bobina, N. S. Nikitina, Protective Properties of a New Type Coatings Involving Titanium, Chromium, Aluminum, Materials Today: Proceedings, 6, 10 (2019); https://doi.org/10.1016/j.matpr.2018.10.095.

Y. Chabak, V. Efremenko, V. Zurnadzhy, V. Puchý, I. Petryshynets, B. Efremenko, V. Fedun, K. Shimizu, I. Bogomol, V. Kulyk, D. Jakubéczyová, Structural and Tribological Studies of “(TiC+WC)/Hardened Steel” PMMC Coating Deposited by Air Pulsed Plasma, Metals, 12 (2), 24 (2022); https://doi.org/10.3390/met12020218.

V. V. Kulyk, Z. A. Duriagina, B. D. Vasyliv, Effects of Yttria Content and Sintering Temperature on the Microstructure and Tendency to Brittle Fracture of Yttria-Stabilized Zirconia. Archives of Materials Science and Engineering, 109(2), 15 (2021); https://doi.org/10.5604/01.3001.0015.2625.

Y. Zhang, R. Song, Y. Pei, E. Wen, Z. Zhao, The Formation of TiC–NbC Core-Shell Structure in Hypereutectic High Chromium Cast Iron Leads to Significant Refinement of Primary M7C3, Journal of Alloys and Compounds, 824, 10 (2020); https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.153806.

X. Wu, J. Xing, H. Fu, X. Zhi, Effect of Titanium on the Morphology of Primary M7C3 Carbides in Hypereutectic High Chromium White Iron, Materials Science and Engineering: A, 457, (1–2), 6 (2007); https://doi.org/10.1016/j.msea.2006.12.006.

M. O. Vasylyev, S. I. Sidorenko, S. M. Voloshko, T. Ishikawa, Effect of Low-Energy Inert-Gas Ion Bombardment of the Metal Surface on the Oxygen Adsorption and Oxidation, Uspehi Fiziki Metallov, 17 (3), 20 (2016); https://doi.org/10.15407/ufm.17.03.209.

A. Bedolla-Jacuinde, R. Correa, J. G. Quezada, C. Maldonado, Effect of Titanium on the As-Cast Microstructure of a 16% Chromium White Iron, Materials Science and Engineering: A, 398 (1–2), 12 (2005); https://doi.org/10.1016/j.msea.2005.03.072.

Y. Liu, B. Li, J. Li, L. He, S. Gao, T. G. Nieh, Effect of Titanium on the Ductilization of Fe–B Alloys with High Boron Content, Materials Letters, 64 (11), 3 (2010); https://doi.org/10.1016/j.matlet.2010.03.013.

X. Shi, Y. Jiang, R. Zhou, Effects of Rare Earth, Titanium, and Magnesium Additions on Microstructures and Properties of High-boron Medium-carbon Alloy, Journal of Iron and Steel Research International, 23, 8 (2016); https://doi.org/10.1016/S1006-706X(16)30180-7.

X. Ren, S. Tang, H. Fu, J. Xing, Effect of Titanium Modification on Microstructure and Impact Toughness of High-Boron Multi-Component Alloy, Metals, 11(2), 15 (2021); https://doi.org/10.3390/met11020193.

X. Yao, J. Ji, Y. Lin, Y. Sun, L. Wang, A. He, B. Wang, P. Lu, M. He, X. Zhang, TMB2C (TM = Ti, V): 2D Transition Metal Borocarbide Monolayer with Intriguing Electronic, Magnetic and Electrochemical Properties, Applied Surface Science, 605, 154692 (2022); https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2022.154692.

D. Liu, R. Liu, Y. Wei, Y. Ma, K. Zhu, Microstructure and Wear Properties of Fe–15Cr–2.5Ti–2C–xBwt.% Hardfacing Alloys, Applied Surface Science, 271, 7 (2013); https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2013.01.169.

Y. Zhang, K. Shimizu, X. Yaer, K. Kusumoto, V. G. Efremenko, Erosive Wear Performance of Heat Treated Multi-Component Cast Iron Containing Cr, V, Mn and Ni Eroded by Alumina Spheres at Elevated Temperatures, Wear, 390-391, 11 (2017); https://doi.org/10.1016/j.wear.2017.07.017.

Yu. G. Chabak, K. Shimizu, V. G. Efremenko, M. A. Golinskyi, K. Kusumoto, V. I. Zurnadzhy, A. V. Efremenko, Microstructure and Phase Elemental Distribution in High-Boron Multi-Component Cast Irons, International Journal of Minerals, Metallurgy, and Materials, 29 (1), 10 (2022); https://doi.org/10.1007/s12613-020-2135-8.

V. G. Efremenko, Yu. G. Chabak, K. Shimizu, M. A. Golinskyi, A. G. Lekatou, I. Petryshynets, B. V. Efremenko, H. Halfa, K. Kusumoto, V. I. Zurnadzhy, The Novel Hybrid Concept on Designing Advanced Multi-Component Cast Irons: Effect of Boron and Titanium (Thermodynamic Modelling, Microstructure and Mechanical Property Evaluation), Materials Characterization, 197, 112691, (2023); https://doi.org/10.1016/j.matchar.2023.112691.

Yu. G. Chabak, М. А. Golinskyi, V. G. Efremenko, К. Shimizu, H. Halfa, V. І. Zurnadzhy, B. V. Efremenko, Т.М. Kovbasiuk, Phase Constituents Modeling in Hybrid Multi-Component High-Boron Alloy, Physics and Chemistry of Solid State, 23(4), 6 (2022); https://doi.org/10.15330/pcss.23.4.714-719.

О. V. Sukhova, V. А. Polonskyy, Structure and Corrosion of Quasicrystalline Cast Al–Co–Ni and Al–Fe–Ni Alloys in Aqueous NaCl Solution, East European Journal of Physics, 3, 6 (2020); https://doi.org/10.26565/2312-4334-2020-3-01.

Yu. G. Chabak, V. G. Efremenko, Change of Secondary-Carbides’ Nanostate in 14.5% Cr Cast Iron at High-Temperature Heating, Metallofizika i Noveishie Tekhnologii, 34, 16 (2012).