1 Инститкут Физики взрыва РФЯЦ, г.Саров 2 Институт металлургии и материаловедения им. А.А.Байкова РАН, г.Москва 3 ЦНИИЧЕРМЕТ им. Бардина 4 Институт высоких температур РАН г.Москва Андреевских Л.А. 1, Дроздов А.А. 2, Михайлов А.Л.. 1, Самароков Ю.М. 1,Скачков О.А. 3, Дерибас А.А. 4

Марка Предел текучести 0,2, МПа Относительное удлинение, % Твердость НВ, МПа Фехраль Медь М

Согласно двойным диаграммам состояния Fe-Cu и Cr-Cu при комнатной температуре растворимость Fe и Cr в Cu не превышает 0,2 ат.%. С повышением температуры растворимость в Cu этих элементов растет и при 1050 С достигает значений 2,94 ат.% (Fe) и 0,73 ат.% (Cr). Растворимость Cu в Fe при 1370 С составляет 12 ат.% и при понижении температуры до 925 С уменьшается до 3,68 ат.%. Максимальная растворимость Cu в Fe согласно работе составляет 1,89 ат.% при 865 С и при уменьшении температуры до комнатной приближается практически к нулю. Растворимость Al в меди значительна и при температурах 900, 800, 700 и 500 С составляет (ат. %) 16,61; 17, 38, 18,54 и 19,7 соответственно. В жидком состоянии все эти металлы имеют неограниченную растворимость друг в друге. Сu-FeCu-CrCu-Al

Биметалл фехраль/медь Граница раздела материалов FeCrAl/Cu – волнообразная. Средняя длина волны 180 мкм и амплитуда 62 мкм.

Неравновесные твердые растворы на основе Cu Локальные зоны оплавления после кристаллизации представляют собой неравновесные твердые растворы на основе меди, в которых присутствуют Fe, Cr и Al. По данным МРСА концентрация этих элементов в них может достигать 28 ат.% Fe, 10 ат.% Cr и 2 ат.% Al. Эти зоны находятся в медной части, ниже границы раздела, и простираются на глубину не более 10 мкм. Линейные размеры не превышают 20 мкм.

Неравновесные твердые растворы на основе Cu В медной части, на глубине до 50 мкм встречаются кусочки FeCrAl линейным размером не более 40 мкм. Эти кусочки окружены пересыщенным твердым раствором на основе Cu. Произошло туннелирование (вбивание) кусочков февраля в медь с одновременным локальным расплавлением меди вокруг этих кусочков и последующим образованием при охлаждении пересыщенных твердых растворов на основе меди. При небольшом размере кусочков FeCrAl может произойти их полное или частичное растворение в расплаве Cu с образованием, после охлаждения, только зон неравновесных твердых растворов на основе Сu в подповерхностном слое.

Граница раздела FeCrAl/Cu. Исследование распределения элементов. Исследование распределения элементов по площади (так называемый «мэппинг»), показало что имеет место незначительная диффузия Fe и Сr в Cu и наоборот меди в фехраль. Содержание Al по обеим сторона границы раздела приблизительно одинаково, по крайней мере, на глубину 2 мкм в обе стороны.

Граница раздела FeCrAl/Cu. Медь вытравлена Установлено, что даже в условиях кратковременного воздействия высоких температур и давлений наблюдается взаимная диффузия компонентов биметаллического материала в приграничных областях, что, несмотря на отсутствие ярко выраженного диффузионного слоя, обеспечивает хорошее сцепление между обеими частями композиции (по типу сцепления на границе матрица//армирующая фаза в композиционных материалах). Дополнительное сцепление достигается за счет формирования при взрыве сильно развитой поверхности раздела с образованием выступов более твердого материала (FeCrAl), которые проникают вглубь медной пластины, в результате чего площадь контакта во много раз превосходит первоначальную и за счет образования на границе раздела неравновесных твердых растворов на основе меди.

Литература 1. Скачков О. А. Конструкционные высоко жаростойкие порошковые сплавы для работы при 1000 – 1600 С // Труды конференции «Теория и практика технологий производства изделий из композиционных материалов и новых металлических сплавов – 21 век». 30 января – 2 февраля 2001 г. МГУ. Москва – Россия, С А.А.Дерибас. Физика упрочнения и сварки металлов взрывом. Новосибирск Наука L.A.Andreevskich at al Explosive mixture for Explosive Welding of Thin Foils.Propellants, Explosives and Pyrotecnics March 2010.