Development of iron-based binder composition for macroheterogeneous composites
Keywords:
macroheterogeneous composite material, furnace infiltration, wetting and dissolution, interface structure formation, statistical analysis, phase entropy.Abstract
Application of composite coatings allows solving the problem of prolongation of service life of quicklyworn equipment parts. The development of iron-based binder composition for composites reinforced with tungsten carbides is imperative to enhance wear resistance of the coatings. Methodology. The macroheterogeneous composites reinforced with tungsten carbides were produced by infiltration at 1453 К during 30 minutes without applying pressure. The Fe–3%C–1,8%B–1%P and Fe–3%C–1,8%B–1%P–0,5%Мо alloys were used as metal binders. The structure of the composites was investigated by metallographic, Xray, and energy dispersive X-ray analyses. To control structural and phase composition of contact interaction zones appearing
between the filler and the binder during infiltration an original method of statistical structural analysis was applied. Findings. Alloying the Fe–C–B–P binder with molybdenum is established to allow decreasing the intensity of contact interaction processes between the filler and the molten binder during infiltration. As the result, the undesirable brittle Fe3W3C and austenite phases do not appear in the structure of contact interaction zones. It is shown that the accuracy of quantitative characteristics determination can be essentially improved thanks to application of the suggested statistical analysis of microphotographies. Total entropies of the contact interaction zones phases are calculated using probability density curves showing the hitting of the certain interval by the intensities of the microscope light reflected from the polished section. Originality. The regularities of the structure formation of the contact interaction zones appearing between the W–C filler and the solidified Fe–C–B–P or Fe–C–B–P–Мо binders were investigated. To identify and determine relative phase content the original method of statistical structural analysis was applied. Total entropies of the contact interaction zones phases were calculated which allowed explaining the decrease in dissolution rate of the filler in the molten Fe–C–B–P–Мо binder during infiltration. Practical value. The iron-based binder composition is developed to infiltrate macroheterogeneous composites reinforced with tungsten carbides. The application of the suggested binder allows increasing the wear resistance of the composites due to contact interaction zones being free from the brittle phases. The developed binder can be recommended to obtain composite coatings to protect quickly-worn parts of metallurgical and machine-building equipment working in abrasive and gas-abrasive media.
References
Spiridonova I.M., Panasyuk A.D., Sukhovaya E.V., Umanskiy A.P. Stabiljnostj kompozitsionnykh materialov [Composites Stability]. Dnepropetrovsk, Svidler Publ., 2011. 244 p.
Samsonov G. V., Vytryanyuk V. K., Chaplygin F. I. Karbidy voljframa [Tungsten Carbides]. K.: Naukova dumka, 1974. 175 p.
Sukhova O. V. Microstructure and properties of Fe–B–C/W–C interfaces in metal matrix composites. Visnyk DU. Fizyka. Radioelektronika – Bulletin of DU. Physics. Radioelectronics, 2002, no. 9, pp. 15–18.
Sukhovaya E. V. Strukturnyi podkhod k sozdaniyu iznosostoykikh kompozitsionnykh materialov [Structural approach to development of wear-resistant composites]. Sverkhtverdye materially – Superhard Materials, 2013, no. 5, pp. 29–38.
Sukhova O. V. High performance composites. Visnyk DU. Fizyka. Radioelektronika – Bulletin of DU. Physics. Radioelectronics, 2012, no. 19, pp. 78–81.
Sukhova О. V. Vplyv mekhanizmiv strukturoutvorennya granutsj podily v kompozytsiynykh materialakh na yikh vlastyvosti [Influence of structure formation mechanisms of composites interfaces on their properties]. Metallofizika i noveyshiye tekhnologii – Physics of Metals and Advanced Technologies, 2009, vol. 31, no. 7, pp. 1001–1012.
Spyrydonova I. M., Sukhova O. V., Bezrukavaya O. G. Fazovi peretvorennya v kompozytsiynykh materialakh iz zaliznymy zv’yazkamy, shcho mistyatj bor ta vugletsj [Phase transformations of composites with iron binders containing boron and carbon]. Dopovidi NAN Ukrayiny – Reports of National Academy of Science of Ukraine, 2002, no. 10, pp. 93–97.
Sukhovaya E. V., Syrovatko Yu. V., Syrovatko V. A. Protsessy kontaktnogo vzaimodeyctviya v kompozitsionnykh materialakh z mikrokristallichnym napolnitelem [Contact interaction processes of composites reinforced with microcrystal filler]. Fizicheskaya inzheneriya poverkhnosti – Physical surface engineering, 2011, vol. 9, no. 3, pp. 269–273.
Golyandyna N. E. Metod “Gysenitsa”-SSA: analiz vremennykh ryadov [“Gysenitsa”-SSA Method: Time Series Analysis]. Sankt-Peterburg: SPbGU, 2004. 76 p.
Sukhovaya E. V., Syrovatko Yu. V. Zakonomirnosti strukturoobrazovaniya mezhfaznykh granits razdela v kompozitsionnykhmaterialakh [Regularities in structure formation of composites interfaces]. Visnyk Skhidnoukrainsjkogo natsionaljnogo universitetu im. V.Dalya – Bulletin of The V. Dalj East Ukrainian National University, 2011, no. 8(62), p. 2, pp. 86-93.
Bashev V.F., Sukhovaya E.V., Syrovatko Yu.V. Statisticheskiy analiz mikrostruktury kompozitsionnykh materialov // Building, materials sciences, mechanic engineering: Collection of scientific papers Issue № 64 – Dnipropetrovs’k, PSАES, 2012. – p. 53–57.
Sukhovaya E. V., Syrovatko Yu. V. Osobennosti strukturoobrazovaniya kompozitsionnykh materialov rastvorno-diffuzionnogotipa [Peculiarities in structure formation of the composites of diffusion-dissolution type]. Metallofizika i noveyshiye tekhnologii – Physics of Metals and Advanced Technologies, 2012, vol. 33, pp. 371-378.
Sukhovaya E. V., Syrovatko Yu. V. Statystychyy analiz napruzhenj u strukturi prosochennykh kompozitsiynykh materialiv [Statistic analysis of stresses of the infiltrated composites structure]. Visnyk DU. Raketno-kosmichna tekhnika – Bulletin of Du. Rocket-cosmos engineering, 2012, vol. 20(4), no. 16(2), pp. 258–263.
Sukhovaya E. V., Syrovatko Yu. V. Upravlenie strukturoy I svoystvami iznosostoykikh kompozitsionnykh materialov [Control over structure and properties of wear-resistant composites]. Adgeziya rasplavov I payka materialov – Melts Adhesion and Materials Soldering, 2012, no. 45, pp. 86–93.
Landau L.D. Statisticheskaya fizika [Statistical Physics]. Moscow, Science Publ., 1976. 583 p.
Downloads
Published
Issue
Section
License
Редакція Видання категорично засуджує прояви плагіату в статтях та вживає всіх можливих заходів для його недопущення. Плагіат розглядається як форма порушення авторських прав і наукової етики.
При виявлені у статті більш ніж 25% запозиченого тексту без відповідних посилань та використання лапок, стаття кваліфікується як така, що містить плагіат. У цьому випадку стаття більше не розглядається редакцією, а автор отримує перше попередження.
Автори, в статтях яких повторно виявлено плагіат, не зможуть публікуватися в усіх журналах Видавництва ДВНЗ «Придніпровська державна академія будівництва та архітектури».
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
