Жаңа материалдар жасаудың перспективалы бағыттарының бірі – жоғары энтропиялық қорытпаларды (ЖЭҚ) әзірлеу. Мұндай қорытпалар жоғары легирленген қорытпалармен салыстырғанда пайдалану және механикалық қасиеттері, атап айтқанда, тозуға төзімділігі жоғары болуымен ерекшеленеді. Жоғары энтропиялық қорытпалардың құны жоғары болғанына қарамастан, оларды өнеркәсіпте және тұрмыста қолдану перспективалары зор.

ЖЭҚ-тың негізгі мәселесі – олардың жоғары құны. Бұл қорытпа құрамына жоғары тазалықтағы металдарды пайдаланумен және балқыту технологиясының күрделілігімен байланысты.

Жұмыстың бірінші кезеңінде (2023 жыл) ЖЭҚ балқыту кезінде шихта құрамында ферроқорытпаларды пайдалану бойынша зерттеулер жүргізілді. Бұл қорытпалардың түпкілікті өзіндік құнын төмендетуге мүмкіндік берді. Алынған нәтижелер осы бағыттағы зерттеулердің перспективалы екенін көрсетті. Алынған қорытпалар қатаң эквиатомдық құрамға толық сәйкес келмегендіктен, олар квази жоғары энтропиялық қорытпалар (КЖЭҚ) деп аталды. Бұл атау әлемдік тәжірибеде қолданылатын терминологияға сәйкес келеді.

Жұмыстың екінші кезеңінде (2024 жыл) ферроқорытпаларды пайдалана отырып алынған FeCrNiCoMn жүйесі негізіндегі КЖЭҚ құрамына ниобий енгізу арқылы жетілдірілді. Зерттеулер көрсеткендей, FeCrNiCoMn жүйесі негізіндегі КЖЭҚ құрамына 14–16% мөлшерінде ниобий қосу қаттылықты, сығуға беріктікті және тозуға төзімділікті арттырады. Ал ниобий мөлшерінің 18%-дан жоғары болуы аталған көрсеткіштердің біршама төмендеуіне әкеледі. Бұл оның қорытпа құрылымында біркелкі таралмауымен түсіндіріледі.

Жұмыстың қорытынды кезеңінде (2025 жыл) FeCrNiCoMn жүйесі негізіндегі КЖЭҚ-ты одан әрі жетілдіру үшін қорытпа құрамына ниобий мен молибденді бірлесіп енгізу бойынша сынақтар жүргізілді. C-Fe-Cr-Ni-Co-Mn-Nb жүйесі негізіндегі КЖЭҚ құрамына массалық үлесі 5–15% молибден қосу қорытпаның қаттылығы мен беріктігін арттыруға мүмкіндік берді. Нәтижесінде бұл көрсеткіштер сәйкесінше 689 HV және 980 МПа-ға жетті. Ал молибден қоспасы жоқ үлгіде аталған көрсеткіштер 243 HV және 550 МПа болды. Бұл ретте бастапқы иілімділік сақталды.

Зерттелген үлгілердің құрылымында FCC типті (Mn,Fe,Co,Ni), ICC типті (Nb,Mo) қатты ерітінділер, морт әрі қатты σ-фазасы (Cr,Mo), Cr₃C₇, (Nb,Mo)C карбидтері және Лавес фазалары (Nb,Mo)(Fe,Ni,Mn)₂ анықталды.

Сонымен қатар Fe-Al-Si-Mn жүйесі негізіндегі қорытпалардағы фазалардың түзілуі мен құрылымына зерттеу жүргізілді. Бұл жүйедегі қорытпалардың қасиеттеріне марганец пен кремнийдің әсері зерттелді. Al-Fe-Si-Mn қорытпаларындағы темір мен кремний мөлшерінің фазалық құрамға және механикалық қасиеттерге әсерін талдау осы элементтердің оңтайлы арақатынасы беріктігі мен пайдалану сипаттамалары жақсартылған қорытпалар алуға мүмкіндік беретінін көрсетті. Меншікті электрлік кедергі, беріктік және ыстыққа төзімділік көрсеткіштерінің ең оңтайлы үйлесіміне термиялық өңдеу температурасы 500–550 °C аралығында болған кезде қол жеткізуге болатыны анықталды.

Зертханалық жағдайда бөлшектерді ЛВМ әдісімен өндірудің технологиялық параметрлерін таңдау бойынша зерттеулер жүргізілді. Құюдың оңтайлы температурасы анықталып, қалып қабығын алу үшін суспензияның құрамы мен технологиялық қасиеттері зерттелді, сондай-ақ ЛВМ әдісімен қалып қабығын алу режимі әзірленді.

«КМЗ им. Пархоменко» өндірістік алаңында әзірленген технология бойынша тәжірибелік КЖЭҚ-тан бөлшектерді ЛВМ әдісімен балқытып алу бойынша өнеркәсіптік сынақтар жүргізілді. Процестің технологиялық картасы келісіліп, өнеркәсіптік сынақтар актісі алынды.

Ғылыми жоба: BR21882240 Қазақстандық шикізатты және оның негізінде дәлме дәл бөлшектерді өндіру технологиясын пайдалана отырып квази жоғары энтропиялық қорытпаны жасау

Жетекшісі: техника ғылымдарының докторы, профессор А.З. Исагулов