Влияние фазы Mo10Ni3C3B на твердость и ударную вязкость Mo-Ni-C-B кермета: экспериментальное и теоретическое исследование

А.О. Боев ORCID logo , Д.О. Полетаев, А.И. Картамышев ORCID logo , М.В. Боева, Т.Н. Вершинина ORCID logo показать трудоустройства и электронную почту
Получена 19 мая 2020; Принята 07 июля 2020;
Эта работа написана на английском языке
Цитирование: А.О. Боев, Д.О. Полетаев, А.И. Картамышев, М.В. Боева, Т.Н. Вершинина. Влияние фазы Mo10Ni3C3B на твердость и ударную вязкость Mo-Ni-C-B кермета: экспериментальное и теоретическое исследование. Письма о материалах. 2020. Т.10. №4. С.387-391
BibTex   https://doi.org/10.22226/2410-3535-2020-4-387-391

Аннотация

We obtain a decreasing of hardness with increasing the fracture toughness of Mo2NiB2 - Ni cermets because of the formation of Mo10Ni3C3B phase. A comparative analysis of electronic structure showed relatively low hardness as well as higher plasticity of Mo10Ni3C3B compared to Mo2NiB2 boride due to more isotropic character of interatomic bonding.Производительность режущих материалов определяется их свойствами, которые зависят от структуры фазового состава. Контроль этих параметров в рамках одного элементного состава позволяет создавать материалы с разными физико-механическими свойствами. Керметы — это материалы, в которых сочетаются высокотемпературные характеристики и твердость керамики, а также пластические свойства металлов. Керметы на основе системы Mo-Ni-B применяются в производстве режущего инструмента. В нашей недавней работе было обнаружено в системе Mo-Ni-B, легированной углеродом, выделение новой κ-фазы Mo10Ni3C3B, которая имеет гексагональную кристаллическую структуру с группой симметрии P63 / mmc. В настоящей работе было экспериментально установлено, что выделение фазы Mo10Ni3C3B приводит к снижению твердости кермета Mo2NiB2‑Ni при сохранении трещиностойкости на прежнем уровне. Для установления влияния новой фазы Mo10Ni3C3B на механические свойства кермета нами было проведено комплексное теоретическое исследование упругих, электронных и термодинамических свойств данной фазы. Механические и упругие свойства были оценены на основе упругих характеристик фазы, рассчитанных в рамках теории функционала плотности. Кроме этого, для лучшего понимания характера межатомных взаимодействий, был проведен анализ функции локализованных электронов (ФЛЭ), которая также была рассчитана в рамках теории функционала электронной плотности. Мы обнаружили, что фаза Mo10Ni3C3B имеет на 42 % более низкую твердость и повышенную пластичность в сравнении с боридом Mo2NiB2. Это выражается в величине отношения модуля всестороннего сжатия к модулю сдвига выше значения хрупко-вязкого перехода. Как следует из результатов анализа ФЛЭ, возможной причиной этого является более изотропный характер межатомных связей, что говорит об их более высокой степени металличности.

Ссылки (29)

1. L. Laperriere, G. Reinhart. CIRP encyclopedia of production engineering. Springer, Berlin, Heidelberg (2014). Crossref
2. M. B. Ivanov, T. N. Vershinina, V. V. Ivanisenko. Materials Science and Engineering: A. 763, 138117 (2019). Crossref
3. K. Takagi. Journal of Solid State Chemistry. 179, 2809 (2006). Crossref
4. T. N. Vershinina, A. O. Boev, M. B. Ivanov. Vacuum. 172, 109034 (2020). Crossref
5. F. Benesovsky. Modern Developments in Powder Metallurgy. Springer, Boston, MA (1966) pp. 175 - 189. Crossref
6. M. Komai, Y. Yamasaki, K. Takagi. Solid State Phenomena. 25, 531 (1992). Crossref
7. D. Kotzott, H. Hillebrecht. Journal of alloys and compounds. 494, 88 (2010). Crossref
8. L. Lutterotti, S. Matthies, H. Wenk. Newsletter of the CPD. 21, 14 (1999).
9. S. Sheikh, R. M’Saoubi, P. Flasar, M. Schwind, T. Persson, J. Yang, L. Llanes. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 49, 153 (2015). Crossref
10. W. Kohn, L. Sham. Physical Review. 140 A, 1133 (1965). Crossref
11. G. Kresse, J. Furthmüller. Computational Materials Science. 6, 15 (1996). Crossref
12. D. Aksyonov, S. Fedotov, K. Stevenson, A. Zhugayevych. Computational Materials Science. 154, 449 (2018). Crossref
13. J. Perdew, K. Burke, M. Ernzerhof. Physical review letters. 77 (18), 3865 (1996). Crossref
14. L. Chaput, A. Togo, I. Tanaka, G. Hug. Physical Review B. 84 (9), 094302 (2011). Crossref
15. Y. Pan, W. Guan. Inorganic chemistry. 57, 6617 (2018). Crossref
16. J. Nye.Physical properties of crystals: their representation by tensors and matrices. Oxford university press (1985).
17. Y. Jian, Z. Huang, X. Liu, J. Xing. Results in Physics. 15, 102698 (2019). Crossref
18. Y. Luo, H. Guo, J. Guo, W. Yang. Materials. 11 (12), 2577 (2018). Crossref
19. X. Chen, H. Niu, D. Li, Y. Li. Intermetallics. 19, 1275 (2011). Crossref
20. S. Pugh. The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science. 45, 823 (1954). Crossref
21. D. Pettifor. Materials science and technology. 8, 345 (1992). Crossref
22. R. Mitra, Y. Mahajan. Bulletin of Materials Science. 18, 405 (1995). Crossref
23. G. Fuchs. Metal & Ceramic Matrix Composites: Processing, Modeling & Mechanical Behavior. Warrendale, Pa. (1990) pp. 391 - 400 (1990).
24. D. Sholl, J. Steckel. Density functional theory: a practical introduction. Wiley (2011).
25. G. Sin’ko. Physical Review B. 77 (10), 104118 (2008). Crossref
26. D. Chung, W. Buessem. Journal of Applied Physics. 38, 2535 (1967). Crossref
27. S. Ranganathan , M. Ostoja-Starzewski. Physical Review Letters. 101 (5), 055504 (2008). Crossref
28. W. Voigt. Lehrbuch der kristallphysik. (1928) 962 p.
29. A. Reuss, Z. Angew. Math. Mech. 9, 49 (1929).

Другие статьи на эту тему