WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


2

Работа выполнена в Юргинском технологическом институте (филиал) Государственного образовательного учреждения высшего профессиональ

На правах рукописи

ного образования «Томский политехнический университет»

Официальные оппоненты: доктор технических наук

, профессор Овчаренко Владимир Ефимович доктор технических наук, профессор Околович Геннадий Андреевич БУРКОВ Пётр Владимирович доктор технических наук, доцент Токарев Александр Олегович

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Московский государственный СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ, ФАЗОВЫЙ СОСТАВ И СВОЙСТВА индустриальный университет» ТВЕРДОСПЛАВНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ КАРБИДА ТИТАНА

Защита состоится “ 12 “ ноября 2009 г. в 10 ч. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.004.07 ГОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова» по адресу: 656038. г. Барнаул, пр. Ленина, Специальность 05.02.01 – «Материаловедение в машиностроении» Тефефон-факс: 8(3852) 36-84-E-mail: berd50@mail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Алтайский

Автореферат государственный технический университет им. И. И. Ползунова».

диссертации на соискание ученой степени Автореферат разослан “ “ 2009 г.

доктора технических наук

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент А. А. Бердыченко.

Барнаул – 203

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Программа КП НТП СЭВ, раздел 4.3.1 МНТК «Порошковая металлургия»;

Региональная научно-техническая программа «Сибирь», раздел 03.03 (По



Актуальность работы. Современный научно-технический прогресс становление ГКНТ СССР и АН СССР №385/96 от 13.07.84 г.); Программа требует создания новых материалов, обладающих заданными физикоРАН «Научные основы конструирования новых материалов и создание номеханическими свойствами и обеспечивающих стойкость различных конствых технологий». Работа также выполнялась в соответствии с тематическим рукций, оборудования и узлов к постоянно возрастающим нагрузкам и агпланом Государственного образовательного учреждения высшего професрессивным воздействиям рабочих и окружающих сред. Для режущих инстсионального образования «Томский политехнический университет» и межрументов с композиционной режущей частью актуальна задача экономичвузовской научно-технической программой «Поисковые прикладные исслености при одновременном обеспечении высокой прочности и износостойдования высшей школы в приоритетных направлениях науки и техники».

кости. Чем меньшую стоимость будет иметь армированная режущая часть, Целью работы является исследование основных закономерностей тем эффективнее её применение. С другой стороны, необходимо отметить, формирования состава, структуры и свойств твердосплавного материала на что при высокой стоимости содержащих вольфрам материалов режущий основе карбида титана в зависимости от различных технологических факматериал в применяемых инструментах используется нерационально. Эфторов изготовления и разработка эффективных процессов получения тверфективное решение этой задачи возможно путём разработки безвольфрамодосплавного материала для ответственных и высоконагруженных деталей.

вых твёрдых сплавов, для которого характерны высокий уровень прочностДля достижения поставленной цели были сформулированы следуюных свойств, относительно низкая плотность, высокая коррозионная стойщие задачи:

кость, жаростойкость, износостойкость, а также низкая стоимость карбида 1. Изучить влияние технологических процессов порошковой металтитана. Диссертационная работа посвящена решению проблемы разработки лургии на структуру, фазовый состав и свойства твердосплавного материала составов и технологии изготовления твердосплавного материала на основе на основе карбида титана.

карбида титана с никелидом титана при содержании связующей матрицы в 2. Изучить влияние титана и нестехиометрического карбида титана на пределах 5–30 % масс.

спекание, структуру, фазовый состав и свойства твердосплавного материала Проблема определения связи между структурой и свойствами матена основе карбида титана в широком интервале концентраций и температур.

риалов строится на выборе тех или иных характеристик, соответствующих 3. Разработать эффективный процесс спекания твердосплавного матеизучаемым свойствам. Естественно, наибольший интерес представляют риала системы «TiC–NiTi» прямым пропусканием тока.

структурночувствительные характеристики – прочность, твердость, микро4. Изучить влияние частичной замены титана молибденом в карбиде твердость и пористость, уровень значений которых определяется различтитана на формирование структуры, фазовый состав композиционных матеными элементами структуры. В первую очередь, необходимо изучение прориалов и их механические свойства.

цессов фазообразования и структурообразования исходного сырья, процес5. Изучить влияние связующей фазы никелида титана на триботехнисов преобразования структуры и фазового состава на всех стадиях технолоческие свойства твердосплавного материала системы «TiC–NiTi».

гического процесса.

6. Провести испытания разработанных материалов для производства Для решения отмеченной проблемы предложена методология исслережущих пластин инструментов в тяжелонагруженных эксплуатационных дования и последовательность этапов разработки технологии получения условиях.

твердых сплавов с заданными физико-механическими и служебными свойствами, которая основывается на контроле регулируемой величины в про- Научная новизна.

цессе изготовления. Исследования структуры и свойств твердого сплава це- 1. На основе структурных и механических характеристик установлено лесообразно проводить с учетом структурночувствительных характеристик, влияние температуры, давления и времени спекания на фазовый состав, коа оценку эксплуатационных качеств образцов и деталей при различных ви- торый обеспечивает высокий уровень физико-механических свойств при дах нагружения осуществлять с использованием критериев конструктивной спекании твердосплавного материала системы «TiC–NiTi» Наиболее высопрочности. кий уровень механических свойств обеспечивается применением карбида Диссертационная работа выполнялась в соответствии с планами госу- титана нестехиометрического состава с отношением углерода к титану равдарственных и отраслевых научных программ: № 535, утвержденной ГКНТ ным значению 0,65 (твёрдость и прочность на изгиб соответственно состав31.12.85 г. и постановлением АН СССР № 642 от 21.05.86 г. по разделам ляет 88 HRA и 1000 МПа).

1.3.2.5 (номер гос. регистрации 01.0.097959), 1.3.2.3 (номер гос. регистра- 2. Разработан способ спекания твердосплавного материала системы ции 01.0.097957), 1.3.2.1 (номер гос. регистрации 011.0.097958); Программа «TiC–NiTi» прямым пропусканием тока, позволяющий сохранить мелкоАН СССР «Повышение надежности системы «машина – человек – среда»; зернистую структуру исходного порошка, и получить спечённый материал с 5 более совершенной кристаллической структурой. Это обеспечивает повы- «TiC–NiTi» использована в Институте физики прочности и материаловедешение твердости до 91 HRA и прочности на изгиб до 1100 МПа. Наилучшее ния СО РАН, ФГУП ПО «Новосибирский приборный завод», ОАО «Магниуплотнение (пористость менее 0,02 %) получено при затрачиваемой элек- тогорском штамповочном заводе», ОАО «Байкальский целлюлознотрической мощности 2,25 кВт под давлением 23–43 МПа с быстрым нагре- бумажный комбинат», ОАО «Балтика» (г. Санкт-Петербург), ООО «Томсквом до 1773 К и общей длительностью производственного цикла спекания водопроект», ОАО «Сибэнергосетьстрой» (г. Новосибирск), ОАО «Юргин10 мин. ский машзавод». Результаты проведенных исследований успешно исполь3. Металлографическими и рентгеноструктурными исследованиями зуются в Томском политехническом университете при обучении студентов установлено, что способ контроля связи между изменением микрострукту- машиностроительных специальностей в течение нескольких лет.

ры, в том числе тонкой, а также между структурой и физикоДостоверность полученных результатов обеспечивается применемеханическими свойствами твердосплавного материала на основе карбида нием современных методов исследований, оборудования и стандартных метитана, заключается в контроле интегральной ширины рентгеновских линий тодик определения структуры и свойств материалов, сопоставлением полуна всех стадиях технологического процесса. Для осуществления эффективченных теоретических результатов с экспериментальными данными, в том ного процесса изготовления твердосплавного материала на основе карбида числе с результатами других авторов, а также статистической обработкой титана необходимо и достаточно, чтобы отношение ширины рентгеновских результатов исследований и успешной реализацией разработанной технололиний исходных порошков TiC после размола с NiTi более чем в 5 раз прегии в производстве.

вышало ширину рентгеновских линий исходных порошков карбида титана.

Основные положения, выносимые на защиту:

4. Экспериментально установлена роль легирования карбида титана 1. Исследование влияния химического, фазового состава и технологимолибденом. Методами структурного анализа показано, что при этом карческих параметров изготовления на свойства сплава системы «TiC–NiTi» бидные зёрна имеют более округлую форму, а твердость твердосплавного при частичной замене титана молибденом в карбиде титана в области конматериала увеличивается до 93 HRA.

центраций, обеспечивающих однофазное состояние никелида титана после Значение полученных результатов для теории и практики.

спекания.

1. В результате проведённых исследований структуры и физико2. Способ получения инструментального твердосплавного материала механических свойств твердосплавного материала на основе карбида титасистемы «TiC–NiTi» с мелкозернистой структурой, оптимальными механина с никелидом титана установлено, что использование карбида титана неческими и эксплуатационными свойствами.

стехиометрического состава с оптимальным соотношением углерода к ти3. Комплекс экспериментальных данных о процессах получения твертану позволяет получить твёрдость до 88 HRA и прочность до 1000 МПа досплавного материала на основе карбида титана при жидкофазном спека2. Разработанный способ изготовления твердосплавного материала нии, горячем прессовании и спекании пропусканием тока, основанном на системы «TiC–NiTi» пропусканием тока позволил:

контроле интегральной ширины рентгеновских линий на всех стадиях тех– обеспечить снижение пористости до 0,02%;

нологического процесса изготовления.

– увеличить твердость до 91 HRA с сохранением высоких прочностных 4. Эффективные процессы и решения по получению «TiC–NiTi», подсвойств на уровне 1100 МПа;

твержденные результатами промышленных испытаний и специальными – создать новый твердосплавный материал на основе карбида титана, тестами для инструментального материала.

обладающий хорошим комплексом эксплуатационных свойств. ИзносоАпробация работы. Основные результаты проведенных исследовастойкость которого при резании металлов, в том числе при циклических наний докладывались и обсуждались на следующих международных и всегрузках, сопротивляемость к термоциклическим нагрузкам, адгезионному российских конференциях, совещаниях, симпозиумах и семинарах: Всесоизносу выше в 3 раза, чем у ТН или КНТ. Это позволяет рекомендовать исюзной конференции «Практика разработки и внедрения новых прогрессивпользование твердосплавного материала системы «TiC–NiTi» в сложных ных методов порошковой металлургии» (Челябинск 1986 г.), Всесоюзной условиях эксплуатации в качестве режущего инструмента.

конференции «Интенсификация процессов механической обработки» (Ле3. Результаты исследований показали, что управление процессами изнинград, 1986 г.), Всесоюзной конференции «Материалы на основе карбименения структуры и физико-механическими свойствами твердосплавного дов» (Херсон, 1987 г.), Республиканском семинаре «Проектирование и эксматериала на всех стадиях технологического процесса обеспечивается конплуатация режущих инструментов в ГАП» (Свердловск, 1987 г.), Республитролем ширины рентгеновских линий.

канская конференция «Интенсификация машиностроительного производст4. Разработанная на основании проведённых исследований технолова на основе применения прогрессивной технологии» (Ленинград, 1989 г.), гия изготовления композиционного инструментального материала системы Всесоюзной конференции «Материалы с эффектом памяти формы и их 7 применение» (Новгород, 1989 г.), Всесоюзной конференции «Современные В первой главе «Формирование структуры, принципы получения и проблемы физического материаловедения» (Киев, 1990 г.), III Всесоюзном методы регулирования свойств безвольфрамовых твердых сплавов» на оссимпозиуме по механике разрушения (Житомир, 1990 г.), Всесоюзной кон- нове анализа литературных данных показано, что основной тенденцией ференции «Порошковая металлургия и композиционные материалы» (Ле- формирования структуры является измельчение зерна твердых сплавов.

нинград, 1990 г.), Московская международная конференция по композитам Рассмотрены существующие сведения о влиянии процессов порошко(Москва, 1990 г.), II и V Российско-китайском симпозиуме «Новые мате- вой металлургии на структуру и свойства твердого сплава, которые не пориалы и технологии» (Сиань, 1994 г., Байкальск, 1999 г.), XIII Междуна- зволяют говорить о надежно установленных закономерностях их формирородной конференции по моделям механики сплошной среды (Санкт- вания и связи физико-механических характеристик и эксплуатационных каПетербург, 1995 г.), Международной конференции BEAMS’96 (Прага, 1996 честв со структурой. Для этого необходимы более широкие исследования г.), Международном симпозиуме «Славянтрибо – 4» и «Славянтрибо – 5» структуры и свойств твердых сплавов. Хотя важность комплексного изуче(Санкт-Петербург, 1997 г., 1999 г.), Международной конференции «CA- ния структуры твердых сплавов вполне осознается Р. Киффером, М. С. КоDAMT’97», Международной конференции «Новейшие процессы и материа- вальченко, Г. П. Швейкиным, Н. Н. Середой, Г. С. Кремером и другими, но лы в порошковой металлургии» (Киев, 1997 г.), V Международном семина- ограничиваются применением только методов металлографии и рентгеноре «Современные проблемы прочности» (Великий Новгород, 2001 г.), Вто- структурного анализа уже готовых твердых сплавов. Значительно реже исрой Международной конференции «Экспериментальные методы в физике пользуется такой мощный исследовательский инструмент, как электронная структурно-неоднородных конденсированных сред» (Барнаул, 2001 г.), XV микроскопия, особенно в сочетании с оценкой физико-механических Международной конференции «Физика прочности и пластичности материа- свойств.

лов» (Тольятти, 2003 г.), 5 – 7 Всероссийских научно-практических конфе- Отмечено, что изучение поведения твердого сплава в условиях внешренциях с международным участием «Инновационные технологии и эконо- них воздействий, особенно в условиях близких к реальным, предполагает мика в машиностроении» (Юрга, 2007-2009 гг.), XII Международной науч- применение характеристик, описывающих свойства твердого сплава, и соно-практической конференции «Природные и интеллектуальные ресурсы ответствующих методов их определения. Понятие конструктивной прочноСибири» (Кемерово, 2008 г.), Международном научно-практическом фору- сти и основные ее критерии – надежность (прочность, твердость, трещиноме «Минерально-сырьевая база Сибири: история становления и перспекти- стойкость) и долговечность (износостойкость, адгезионная стойкость, дифвы», (Томск, 2008 г.), Научном симпозиуме «Неделя горняка-2009», (Моск- фузионная стойкость, коррозионная стойкость) – вполне применимы как к ва, 2009 г.), Международном Форуме «Проблемы недропользования», самим твердым сплавам, так и к инструменту и другим рабочим органам (Санкт-Петербург, 2009 г.), машин с использованием твердого сплава. При этом характерная в первом и втором случае в целом структурная чувствительность свойств представляПубликации. Основное содержание диссертации отражено в 52 пеется очень важной, так как она позволяет сопоставлять их эксплуатациончатных работах, из них 9 в рецензируемых научных журналах и изданиях, ные характеристики.

определенных Высшей аттестационной комиссией, 2 в центральном научПроанализирована роль тех или иных факторов, влияющих на прочном журнале, 2 монографии, 2 авторских свидетельства, 10 в рецензируеность, пластичность и стойкость конструктивных элементов с твердыми мых научных журналах, определенных Высшей аттестационной комиссией сплавами, которая установлена на основе оценок теории прочности и механе относящихся к отрасли наук «машиностроение», 27 в сборниках и трудах ники разрушения. В то же время механизмы развития деформационных конференций.

процессов, приводящих к разрушению композиции, остаются невыясненОбъем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит ными до сих пор. Рассмотрены результаты по износостойкости твердых из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения. Сосплавов, которые показывают, что для видов изнашивания, имеющих место держание изложено на 348 страницах основного текста, включая 156 рисунв условиях эксплуатации режущего инструмента, материаловедческий подков, 29 таблиц и 333 наименований библиографических ссылок.





ход в исследованиях используется явно недостаточно.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

На основании рассмотренного материала сделано заключение о том, что проблема получения или конструирования твердых сплавов с заданныВо введении обоснована актуальность темы, дана характеристика обми свойствами, отвечающими условиям эксплуатации изделий и разработки ласти, объекта и методов исследований, сформулирована цель работы, петехнологических процессов их оптимального получения, может быть эфречислены новые результаты, раскрыта их научная и практическая значифективна решена только при комплексном рассмотрении следующих вомость, представлены положения, выносимые на защиту, описана структура просов: материаловедения твердых сплавов, физических процессов преобдиссертационной работы.

разования структуры на всех стадиях технологического процесса изготов9 ления твердых сплавов и анализа технологических возможностей высоко- титана ПН55Т45 (ТУ 14-127-104-78), и порошки карбида титана (ТУ 48-19энергетических воздействий для получения твердых сплавов. 383-84) (фракцией 2–3 мкм). Влияние различных способов изготовления Проблема управления процессами формоизменения, кристаллизации порошков карбида титана на их структуру и свойства изучали, получая кари охлаждения при производстве твердых сплавов с целью получения опти- бид титана по двум методам: карботермический, реакционноспеченный.

мальных структур является актуальной. Основы управления могут быть по- Структурные характеристики от методов получения TiC: параметр кристалстроены на: лической решетки (а), содержание связанного (Ссвяз) и свободного (Ссвоб) – установлении соответствия между теоретическими расчетами науглерода, кислорода О и азота N, удельная поверхность карбидов (Sуд) пряженно-деформированного состояния и экспериментально определенныприведены в таблице 1.

ми структурой, фазовым составом и физико-механическими свойствами;

Таблица 1 – Структурные характеристики образцов карбида титана, – регулировании неравновесности процессов спекания и кристаллизаполученных карботермическим методом и реакционным спеканием ции путем высокоэнергетических воздействий на разных стадиях технолоХимический состав карбида титана Метод получения гического процесса изготовления твердых сплавов;

а, Ссвяз Ссвоб О TiC, – получении оптимального сочетания типов структур, их морфологии, нм ТИ 48-4208-3-1-мас. % и расположения при получении твердых сплавов.

18,36 0,87 0,06 - карботермический 0,43Соответственно, реализация перечисленных принципов управления в 18,5 0,46 - - » 0,43конкретных технологических процессах заключается в:

15,6 0,3 - - » 0,43– оптимизации условий протекания технологических процессов полу18,9 0,2 0,5 0,3 » 0,43чения твердых сплавов;

19,6 0,34 0,05 реакционноспеченный 0,43– выборе высокоэнергетических воздействий, обеспечивающих про18,2 - 0,6 - » 0,43текание физико-химических процессов в формировании твердых сплавов 17,0 - 0,58 0,05 » 0,43вдали от термодинамического равновесия;

16,8 - 0,5 - » 0,43– возможности регулирования и управления режимами технологичеИсходные порошки и промежуточные материалы, участвующие в ских процессов получения твердых сплавов.

производстве сплавов по двум технологиям, отличаются шириной рентгеАнализ и классификация методов высокоэнергетических воздействий новских линий (рисунок. 1). Порошки, полученные реакционноспеченным позволили установить, что спекание прямым пропусканием тока является, методом, имеют значительно более узкие линии, чем соответствующие попрактически, единственным методом позволяющим воздействовать непорошки, полученные карботермическим методом. Применение высоких темсредственно на процесс формирования твердого сплава. Благодаря специператур карбидизации способствует получению порошков с более соверфическим особенностям воздействия спекания прямым пропусканием тока шенной кристаллической структурой. Карботермические порошки характена жидкие прослойки и твердые частицы, оно является эффективным средризуются большей степенью разориентации блоков мозаики.

ством усиления неравновесности процессов затвердевания, деформироваПри карбидизации порошков, полученных первым методом, размеры ния частиц и уплотнения твердых сплавов. Для технологического процесса блоков мозаики сохраняются практически без изменения, структура карбиполучения твердых сплавов с реализацией скоростей нагрева и охлаждения да титана характеризуется наличием значительных микроискажений. При при затвердевании на уровне 33 К/с наиболее перспективным является спекарбидизации порошков, полученных вторым методом, происходит интенкание прямым пропусканием тока.

сивный рост блоков, микроискажения в кристаллической решетки TiC В заключение главы сформулированы конкретные задачи диссертапрактически отсутствуют. Реакционноспеченные порошки более крупноционной работы.

зернистые. Размол существенно изменяет дисперсность и структурные хаВо второй главе «Влияние технологических процессов порошковой рактеристики порошков карбида титана. Ширина рентгеновских линий резметаллургии на структуру, фазовый состав и свойства твердосплавного мако возрастает особенно у порошков второй серии. При гармоническом анатериала на основе карбида титана» показано, что свойства спеченных тверлизе порошков TiC после размола установлено сильное измельчение блоков дых сплавов в значительной степени определяются характеристиками исмозаики и возрастание микроискажений решетки. Измельчение блоков моходного сырья и промежуточных продуктов твердосплавного производства, заики и деформация кристаллической решетки протекает более интенсивно которые изменяются в зависимости от различных технологических парав реакционноспеченных порошках, в результате чего порошки TiC, полуметров. Материалом для исследований служили промышленные порошки ченные по второй технологии, после размола приобретают более дефектчистого титана (ТУ 48-10-22-73) (фракцией 1–2 мкм), порошки никелида ную структуру: при одинаковом размере блоков искажения в решетке 11 больше, чем в первой партии. каркас. Карбидные зерна распределены неравномерно (рисунок 2б). Отмечаются скопления, как карбидов, так и связки. В местах контакта зерен без прослойки связующей фазы видны поры. После жидкофазного спекания в вакуумной печи твердосплавный материал системы «TiC–NiTi» имеет равномерное распределение карбидных зерен (рисунок 2в), наблюдаются поры.

Рисунок 2 – Микроструктура сплавов 80 % TiC – 20 % NiTi, при использовании карботермического порошка карбида титана: а) горячее прессование с прямым пропусканием тока; б) горячее прессование с индукционным нагревом; в) жидкофазное спекание Результаты металлографических исследований образцов 80 % масс.

Рисунок 1 – Изменение ширины рентгеновской линии (420) порошков TiC (В) на TiC реакционноспеченного – 20 % масс. NiTi показали, что при горячем разных стадиях технологического процесса получения композиционного материала, где прессовании с использованием прямого пропускания тока формировалась 1 – карботермический TiC; 2 – реакционноспеченный TiC. TiC: а) исходный карботерструктура с однородным распределением карбидов по размерам, которые мический; б) исходный реакционноспеченный; в) после размола с NiTi до просева; г) – равномерно распределены в матрице (рисунок 3а). Практически все карбиTiC после размола c NiTi и просева; д) – TiC-фаза в спрессованных образцах; е) – TiCды окружены связующей фазой. В случае, когда при горячем прессовании фаза в образцах после предварительного спекания; ж) – то же, после предварительного использовали индукционный нагрев, образуется карбидный каркас (рисунок спекания (в графитовой пресс-форме); з) – TiC-фаза после окончательного спекания;

3б). Карбидные зерна распределены неравномерно. Отмечаются скопления, и) – то же (в керамической пресс-форме) При спекании сплавов ширина линии (420) TiC-фазы уменьшается, как карбидов, так и связки. После жидкофазного спекания в вакууме струкпричем значительное сужение заметно уже при предварительном низкотем- тура твердосплавного материала имеет равномерное распределение карпературном спекании. Наиболее интенсивно этот процесс протекает в высо- бидной фазы в матрице, наблюдаются поры (рисунок 3в).

котемпературных сплавах, в результате чего резкое различие в дефектности структуры порошков TiC, наблюдаемое после размола, значительно уменьшается. Однако, если на стадии предварительного спекания различие в структуре TiC-фазы в сплавах, изготовленных по разным вариантам, еще сохраняется, то в результате окончательного спекания оно практически нивелируется. При этом ширина линий TiC-фазы в первой партии становится близкой к ширине линий порошка TiC до размола. По данным гармонического анализа, размеры блоков и микродеформации решетки в первой пар20 мкм 10 мкм 10 мкм тии порошков TiC и в TiC-фазе в сплаве, изготовленном по первой технолов а б гии, имеют близкие значения.

Рисунок 3 – Микроструктура сплавов 80 % TiC – 20 % NiTi, при использовании Результаты металлографических исследований образцов 80 % масс.

реакционноспеченного порошка карбида титана, где а) горячее прессование с прямым TiC карботермического – 20 % масс. NiTi показали, что при горячем преспропусканием тока; б) горячее прессование с индукционным нагревом; в) жидкофазное совании с использованием прямого пропускания тока, формировалась разспекание нозернистая структура карбидов титана. Практически все карбиды окруже- По металлографическим данным проведен расчет среднего размера ны связующей фазой (рисунок 2а). В случае, использования при горячем карбидного зерна (d) и построены распределения карбидных зерен по разпрессовании индукционного нагрева образуется характерный карбидный 13 мерам спеченных сплавов 80 % масс. TiC – 20 % масс. NiTi, с использованием карботермических порошков TiC (рисунок 4А). Видно, что горячее прессование прямым пропусканием тока позволяет получить материал с более мелким зерном. При этом средний размер карбида равен 8,0 ± 0,5 мкм в случае спекания прямым пропусканием тока, 9,2 ± 0,5 мкм – при индукционном нагреве пресс-формы, 9,1 ± 0,5 мкм – при спекании в вакуумной печи.

А Б Рисунок 5 – Распределения карбидной фазы спеченных сплавов 80 масс. % TiC – А Б 20 масс. % NiTi (А) и фрагменты рентгенограмм, снятых с этих же образцов (Б) при использовании реакционноспеченных порошков карбида титана: а) горячее прессование с прямым пропусканием тока; б) горячее прессование с индукционным нагревом; в) жид А Б кофазное спекание Рисунок 4 – Распределения карбидной фазы образцов спеченных сплавов 80 % Таким образом, применение рентгеноструктурного анализа к исследомасс. TiC – 20 % масс. NiTi (А), с использованием карботермических порошков TiC, и фрагменты рентгенограмм, снятых с этих сплавов (Б), где а) горячее прессование с пря- ванию материалов твердосплавного производства на различных стадиях мым пропусканием тока; б) горячее прессование с индукционным нагревом; в) жидкотехнологического процесса позволяет установить зависимость структуры фазное спекание порошков от технологических параметров и выбрать контролируемые реИз распределения карбидных зерен по размерам спеченных сплавов жимы их изготовления. Особенности структуры TiCх и NiTi, их склонность 80 % масс. TiC – 20 % масс. NiTi при использовании реакционноспеченных к образованию специальных дефектов и способность к пластической депорошков карбида титана (рисунок 5А) видно, что горячее прессование с формации – это те факторы, которые определяют их поведение в процессе прямым пропусканием тока позволяет получить материал с меньшим раз- изготовления и эксплуатации сплавов.

мером зерна. При этом средний размер карбида равен 2,2 ± 0,5 мкм в случае В третьей главе изучена структура, фазовый состав и свойства тверспекания прямым пропусканием тока, 8,1 ± 0,5 мкм – при индукционном досплавного материала системы «TiC–NiTi» в зависимости от содержания нагреве пресс-формы, 6,8 ± 0,5 мкм – при спекании в вакуумной печи.

углерода в карбиде титана. Порошки карбидов титана спекали при темпераИз рентгенограмм, снятых с образцов спеченных сплавов 80 % масс.

туре 2023 К в вакууме, гелии или аргоне. Состав синтезированного карбида TiC – 20 % масс. NiTi, с использованием карботермических порошков TiC контролировали с помощью химического анализа на азот, кислород, а пара(рисунок. 4Б) видно, что при прессовании с прямым пропусканием тока фаметр решетки карбида титана определяли рентгеноструктурным анализом зовый состав состоит из TiC + NiTi + Ni3Ti, в то время как в других прес(таблица 2).

совках NiTi отсутствует. Наблюдаются пики, принадлежащие фазе Ni3Тi. На Шихтовку твердосплавного материала рассчитывали исходя из соотрисунке 5Б представлены рентгенограммы, снятые с образцов спеченных ношения: 80 % масс. твердой фазы – 20 % масс. связующей фазы. Образцы сплавов 80 % масс. TiC – 20 % масс. NiTi при использовании реакционносдля исследований готовили тремя способами: жидкофазным спеканием, гопеченных порошков карбида титана, из которых видно, что фазовый состав рячим прессованием и спеканием прямым пропусканием тока.

состоит из TiC + NiTi.

15 Таблица 2 – Состав карбида, определенный по параметру решетки ние состава твердой и связующей фаз. По результатам металлографическоСодержание углерода в карбиде титана (значения Х) го анализа (рисунок 7) видно, что в этих композиционных материалах образуется непрерывный карбидный каркас и агрегаты зерен. В сплаве, у котоTiCx, ТИ 48-4208-3-1-0,96 0,75 0,7 0,65 0,6 0,57 0,53 рого значение соотношения C/Ti = 0,65 карбидные зерна равномерно окружены связующей фазой. При снижении соотношения C/Ti в карбиде титана возрастает склонность к росту зерна, образованию агрегатов зерен и карПараметр решетки, 0,4326 0,4324 0,4319 0,4317 0,4314 0,4309 0,43нм бидного каркаса. При соотношении C/Ti = 0,53 наблюдается формирование Примечание: Содержание кислорода в наиболее дефектных препаратах не превыкарбидного каркаса. Этот факт ранее был обнаружен при спекании системы шало 0,2 мас. %, а свободного углерода 0,27 мас. % (TiC0,96) TiCx–Ni.

Спекание проводили по следующим режимам: жидкофазное спекание – нагрев до температуры спекания Т = 1573–1673 К со скоростью 0,18 К/с, выдержкой в течение 3600 с и охлаждение с печью; горячее прессование – нагрев до температуры спекания Т = 1623–1723 К со скоростью 1,3 К/с, с последующей выдержкой при температуре спекания в течение 600–4200 с при одновременном приложении давления прессования 15–55 МПа и охлаждение с печью; спекание прямым пропусканием тока – нагрев до темпера- а б в туры спекания Т=1573–1673 К со скоростью 33 К/с, с общей длительностью спекания до 10 мин и давлении прессования 15–55 МПа, охлаждение с печью.

В системе «ТiCx–NiTi» при полном растворении интерметаллида NiTi и в результате реакции с карбидом титана в расплаве NiТi происходит из г д менение состава материала связующей фазы с образованием интерметаллического соединения Ni3Ti. В зависимости от содержания углерода в ТiCx Рисунок 7 – Структура композиционных материалов «TiCx–NiTiy», где а) х=0,96;

можно выделить три интервала: при х > 0,7 связующая фаза представляет б) х=0,75; в) х=0,65; г) х=0,60; д) х=0,собой интерметаллическое соединение Ni3Ti, при х = 0,6–0,7 связующая фаВ первом интервале начинается процесс образования агрегатов зерен за представляет собой интерметаллическое соединение NiTi, при х 0,карбидной фазы, путем укрупнения зерен за счет слияния мелких. Во втосвязующая фаза представляет собой интерметаллическое соединение Ti2Ni ром интервале изменение структуры продолжается: вначале образуются (рисунок 6, 7). Во всех трех интервалах после спекания происходит изменекрупные карбидные зерна, затем происходит их коагуляция. В сплаве с соотношением C/Ti = 0,65 карбидное зерно является наименьшим в интервале и имеет округлую форму в отличие от сплавов с соотношением C/Ti = 0,7 и 0,6. В третьем интервале завершается процесс формирования карбидного каркаса. Влияние связующей фазы на разрушение твердосплавного материала в различных интервалах соотношений C/Ti показано на изломах сплавов (рисунок 8). В первом интервале (рисунок 8а) поверхность разрушения характеризуется наличием выступов и впадин от карбидных зерен, которые определяют хрупкость этого твердосплавного материала, причем поры, попавшие на пути распространения трещины, способствуют хрупкому разрушению, а излом можно классифицировать как интеркристаллитный. Во втором интервале (рисунок 8б) излом интеркристаллитный. Темные пятна неправильной формы являются следами карбидов, вырванных из связующей фазы. Гребешки частично напоминают сотовую структуру. В третьем интервале (рисунок 8в) излом транскристаллитный. На рисунке Рисунок 6 – Фрагменты дифрактограмм композиционного материала «TiCx– видны сростки крупных карбидных зерен, по которым и произошел скол.

NiTi» вблизи отражения (200) TiC: а) x=0,96; б) x=0,75; в) x=0,70; г) x=0,65; д) При этом и соседние карбидные зерна раскололись, также присутствуют x=0,60; е) x=0,57; ж) x=0,17 мелкие карбидные зерна. Препятствий распространению трещины связую- фазы, что обеспечивает повышение механических свойств твердосплавного щая фаза не оказывает. материала системы «TiCx–NiTiy», твердость и прочность на изгиб которых соответственно составляют 88 HRA и 1100 МПа.

Для уплотнения структуры проведены опыты по горячему прессованию смесей, обеспечивающих получение связующей фазы в виде интерметаллида никелид титана. Структура образцов может быть улучшена за счет формирования большой межфазной границы, но этого не достигли, так как нет мелких карбидных зерен, менее 1 мкм, и они не составляют большинство. Наоборот, формируются агрегаты зерен, но нет карбидного каркаса. С точки зрения пористости эти режимы удовлетворяют требованиям, предъ а б в являемым материалам для изготовления режущего инструмента, имеется в Рисунок 8 – Микроснимки изломов композиционных материалов «TiСx – NiTi», виду область режимов спекания: Рспек = 35–40 МПа, tспек = 1,2–1,8 кс, Тспек = где а) х =0,96; б) х =0,65; в) х =0,1648-1673 К.

С целью повышения качества изделий из порошков был использован На рисунке 9 представлены зависимости пределов прочности при метод спекания пропусканием электрического тока. Важное значение для сжатии и изгибе, а также твердости и пористости сплавов. Изменения в фапрактики имеет то обстоятельство, что в случае кратковременного спекания зовом составе связки от Ni3Ti до Ti2Ni и в формировании структуры привоне будет происходить заметного роста зерен. В прессовках из частиц с дят к образованию на кривых зависимостей максимумов в районе соотнообычной для порошковой металлургии дисперсностью при такой краткошения C/Ti = 0,6–0,7.

временной обработке не обеспечивается полная гомогенизация гетерогенных композиций даже при температурах, приближающихся к температуре образования жидкой фазы. Эксперименты по спеканию твердосплавного материала системы «TiC–NiTi» показывают, что в этих материалах температурные градиенты, возникающие при спекании, оказывают существенное влияние на структуру, так как температурный интервал спекания исследуемых материалов относительно узок и часть материала находится ниже 15К, что не обеспечивает получение плотного твердосплавного материала.

Установлено, что вклад контактного сопротивления между частицами больше при более продолжительном размоле «TiC–NiTi». Это объясняется тем, что с увеличением размеров частиц уменьшается число контактных участков, и увеличиваются их размеры. Доля тепловыделения, приходящаяся на межчастичные контакты и подверженная резкому изменению во времени, с увеличением размера частиц уменьшается, причем это тепловыделение становиться кратковременным. При традиционном изготовлении окончательное уплотнение этих сплавов завершается процессом растворения и вторичного выпадения карбидной фазы в связке. При электроспекании уплотнение происходит благодаря приложенному давлению. Наилучшее уплотнение получено при затрачиваемой электрической мощности 2,кВт под давлением 23–43 МПа с быстрым нагревом до 1773 К. Масса образцов составляла 15 г, диаметр – 22 мм, общая длительность спекания мин.

Рисунок 9 – Зависимость прочности, твердости и пористости композиционного При спекании пропусканием тока (рисунок 10) изменяется размер материала «TiCx–NiTiy» от соотношения C/Ti в карбиде титана зерна карбидной фазы и увеличивается твердость до 91 HRA. Металлографические исследования безвольфрамовых тведых сплавов, изготовленных Применяя карбид титана нестехиометрического состава можно полуиз двух партий карбида титана, показали, что композиционным материалам, чить в системе TiCx–NiTiy сплав с никелидом титана в качестве связующей полученным из карботермического карбида титана, характерна разнозерни19 Таблица 3 – Характеристика исходных материалов стость (рисунок 10а). Связующая фаза равномерно распределена в компоДисперсзиционных материалах обеих партий. В композитах, полученных из реакО2, Нормативный ность ционноспеченного карбида титана, формируется мелкозернистая матричная Наименование исходных материалов % документ sуд, dср, масс.

структура с равномерным распределением карбидных зерен и связующей м2/г мкм фазы (рисунок 10б). Из графиков распределения зерен карбидной фазы по Порошок молибдена плазменного СТП 19-4208-016-0,3 19,7 0,размерам видно, что свойства и подготовка порошка: карботермическим восстановления (рисунок 10а) и реакционноспеченным (рисунок 10б) способами, определя- Карбид титана Изм. № 4 к ТИ 480,05 0,7 1,4208-3-1-ют размер зерна карбидной фазы, и, следовательно, технологические свойства твердосплавного материала. Таким образом, использование пропускаРентгеноструктурные исследования проводили на дифрактометре ния тока для спекания твердосплавного материала системы «TiC–NiTi» поДРОН-2. По фрагментам рентгенограмм проводили качественный рентгезволило получить материал с размером зерна dср. = 2,2±0,5 мкм.

нофазовый анализ. Результаты рентгенофазового анализа показали, что при использовании в качестве исходных порошков карбида титана и молибдена получен твердый раствор молибдена в карбиде титана. На рисунке 11 приведены фрагменты рентгенограмм, снятых с образцов шихты при гомогенизации шихты TiC и Мо при температурах 1700 °С и 2000 °С.

а б Рисунок 10 – Распределение карбидных зерен по размерам и микроструктура твердосплавного материала 80 % TiC – 20 % NiTi, полученная с образцов из а б карботермического карбида титана (а), реакционноспеченного карбида титана (б) Рисунок 11 – Фрагменты рентгенограмм, полученных при гомогенизации шихты TiC и Мо при температурах 1700°С (а) и 2000°С (б) Влияние концентрации молибдена на период кристаллической решетЧетвертая глава посвящена исследованию особенностей формироваки карбида титана (а) и среднеквадратичные статические смещения атомов ния структуры, фазового состава и свойств композиционных материалов на основе карбида титана при частичной замене титана молибденом. в карбиде титана ( Uст ) определяли методами рентгеноструктурного аналиДля гомогенизации шихты, состоящей из порошков карбида титана и за. Выбор структурных характеристик (а) и Uст обусловлен тем, что они молибдена необходима длительная термообработка смеси при температуре являются концентрационно зависимыми величинами.

2000 °С. Характеристика исходных материалов приведена в таблице 3.

На рисунке 12 приведены К1,2-дублеты (311) от образцов (Ti, Мо)С с различным содержанием молибдена. Сверху для иллюстрации углового разрешения установки ДРОН-2 приведен рефлекс (111) для образца с со21 держанием молибдена 1 % по массе. При концентрациях Мо 1, 10 и 15 % сле спекания при температурах 1653–1673 К, происходит распад твердого раствора (Тi, Мо)С с появлением на рентгенограммах (рисунок 15) четко масс. угловое положение К1- рефлекса почти не изменяется, наблюдается определяемых фаз TiС и Mo2С. Связующая фаза этих образцов находится в лишь уменьшение её амплитудной интенсивности с одновременным увеливиде интерметаллического соединения Ni3Ti.

чением полуширины. Зависимости периода кристаллической решетки и ширины рентгеновских линий в карбиде титана от содержания молибдена приведены на рисунке 13. Как видно, с увеличением концентрации молибдена от 1 % масс. до 15 % масс.период решетки TiC возрастает. Увеличение массового содержания молибдена до 10 % масс. не приводит к снижению периода решетки TiC до первоначального значения, которое практически постоянно и при содержании Мо 15 % масс.

а б Рисунок 14 – Микроструктура композиционного материала, полученного на основе сложного (Ti, Mo)C карбида с содержанием 1 % Мо (а) и распределение зерен карбидной фазы TiC по фракциям, в зависимости от содержания молибдена в сплаве (б) а б 1 – 15%, 2 – 10%, 3 – 6%, 4 – 1% (по массе) Мо Рисунок 12 – K1,2 - дублеты Рисунок 13 – Зависимость ширины (311) от образцов (Ti, Mo)C. В правом ны рефлекса (420) и периода кристалливерхнем углу приведен рефлекс (111) ческой решетки (Ti, Mo)C от концентра(2=35,94°) для образца, содержащего ции молибдена 1% Мо Значения Uст имеют резко немонотонный характер и составляют при концентрациях молибдена 6 % масс., 10 % масс. и 15 % масс. соответственно 0,0118 нм; 0,0088 нм и 0,0143 нм, причем величина 0,0088 нм при содержании Мо 10 масс. % близка к значению для чистого молибдена при комнатной температуре Uст = 0,0082 нм. Система (Тi, Мо)С при всех исследованных концентрациях молибдена однофазна.

При добавлении в твердосплавный материал на основе карбида титана молибдена металлографическими исследованиями обнаружено, что осРисунок 15 – Фрагменты рентгенограмм композиционного материала 80 % (Ti, новная масса (30–40 %) карбидных зерен имеет размеры 5–6 мкм (рисунок Mo)C–20 % NiTi, содержание молибдена 1 % (а), 15 % (б) 14). На рентгенограммах сплавов с содержанием молибдена более 5 % масс.

В таблице 4 приведены результаты химического анализа и физикоотмечается присутствие фазы Мо2С (рисунок 15). Распределение цементимеханические свойства полученного твердосплавного материала. Из данрующей фазы между зернами однородное. Проведенные исследования спеных таблицы 4 следует, что предел прочности при изгибе в партиях твердоченных образцов подтвердили предположение о том, что в партиях твердосплавного материала с содержанием молибдена в пределах до 5 % масс.

сплавного материала, показавших при испытаниях высокую хрупкость поимеет максимальные значения, т. е. эти значения находятся в диапазоне 23 необходимо определить зону 900-1100 МПа при твердости 92,0–92,3 HRA. Увеличение содержания монаростообразования.

либдена до 20 % масс. приводит к снижению предела прочности при изгибе Отклонения у сплавов до значений 400-600 МПа. Следует отметить, что при увеличении содержаТН-20, Т15К6, КНТ-16 в знания молибдена в смеси более 5 % масс. происходит снижение твердости чениях длины контакта нетвердосплавного материала при сохраняющейся его мелкозернистой струкзначительны, но длина контуре. Показано, что использование молибдена в сложном карбиде позволяет такта стружки с резцом у получить композиционные материалы на основе карбида титана с мелкоэтих сплавов значительно зернистой однородной структурой. Установлено, что легирование молибдепревышает длину контакта ном в количестве до 5 % масс. приводит к возрастанию твердости и составтвердосплавного материала ляет 92,0–92,3 HRA.

системы «TiC–NiTi» в диапаТаблица 4 – Физико-механические свойства твердосплавного материала (Ti, Mo)C-NiTi зоне скоростей от 0,25–1,Содержание Мо, HRA dср, , изг, м/с и подач от 0,07 до 0,% масс. мкм кг/м3 МПа мм/об (рисунок 17). Величи Рисунок 16 – Результаты адгезионного теста 1,0 5060 92,3 ± 0,1 960,0 ± 38 2,2 ± 0,на длины контакта у твердодля твердых сплавов 6,0 5150 92,1 ± 0,1 843,0 ± 36 1,9 ± 0,сплавного материала систе10,0 5350 91,1 ± 0,1 784,0 ± 40 1,8 ± 0,мы «TiC–NiTi» на 30–40 % ниже, чем у сплавов ТН-20, Т15К6, КНТ-16. Зо15,0 5480 91,2 ± 0,1 686,0 ± 39 1,7 ± 0,на схватывания у сплавов ТН-20, Т15К6, КНТ-16 составляет 0,25–1,66 м/с, у В пятой главе приведены результаты испытаний и оценки работотвердосплавного материала системы «TiC–NiTi» ограничена 1,16 м/с. Длиспособности ответственных и высоконагруженных деталей из твердосплавна контакта стружки с резцом уменьшается при использовании в качестве ного материала на основе карбида титана. Износостойкость не является иссвязующей фазы в композиционном материале никелида титана.

ключительным свойством инструментального материала, а характеризует Диффузионные процессы, сложное взаимодействие инструмента и материала заготовки, зависящее в происходящие на контактзначительной степени от режимов резания. Вопрос качества инструмента не ных поверхностях, очень может быть простым, однако поведение основных групп инструментальных сложны. Оценку склонноматериалов в зависимости от структуры, свойств и состава исследуются с сти к диффузионному изцелью дать рекомендации по выбору инструментальных материалов и их носу инструмента из твердальнейшему совершенствованию. Полученный инструментальный материдосплавного материала ал можно охарактеризовать и оценить его готовность к применению в качесистемы «TiC–NiTi» при стве режущего инструмента после проведения специальных испытаний по точении стали в сравнении адгезии, диффузии, термостойкости, износостойкости при резании металсо сплавом ТН-20 проволов.

дили по диффузионному Экспериментально установлено что, температура начала адгезионнотесту, результаты которого го схватывания для сплавов КНТ-16 и T15К6 – 1023 К, для TH-20 – 1073 К, показывают что, в передля «TiC–NiTi» – 1123 К. При 1273 К трудно однозначно сказать об адгеходной зоне сталь – TH-зии, так как имеют место интенсивные диффузионные процессы. Из резульувеличивается содержание татов по оценке адгезии сплавов, представленных на рисунке 16 видно, что никеля, о чем свидетельстразрушающее напряжение адгезионного спая (твердый сплав–сталь 35) вует четкий пик характенаибольшее у сплава T15К6, а наименьшее у твердосплавного материала ристического спектра нисистемы «TiC–NiTi». Сплавы TH-20 и КНТ-16 занимают промежуточное Рисунок 17 – Зависимость длины контакта келя, но на глубине 3,стружки с резцом С от скорости V и подачи S при глуположение. Результаты показывают, что адгезионные процессы при резании мкм он исчезает. Характебине резания t = 3 мм сталей будут проходить с меньшей интенсивностью у твердосплавного маристический спектр Тi териала системы «TiC–NiTi». Следовательно, наиболее стойкий к адгезии, пропадает на глубине 2,5 мкм. Характеристический спектр Fe практически по результатам теста, сплав «TiC–NiTi», так как этот сплав имеет наименьреально различим на глубине 8,6 мкм (рисунок 18а).

шее разрушающее напряжение. Для правильного выбора режимов резания 25 Результаты по прерывистому и непрерывному точению малоуглеродистой стали 35 (в = 600 МПа), приведенные на рисунке 21 показывают, что потеря режущих свойств наступает вследствие изнашивания главной и вспомогательной режущих кромок.

Сравнение стойкостных зависимостей сплавов продемонстрировало, что стойкость пластин из сплава TH-20 выше при непрерывном точении, чем у марок T15К6 и «ТiС– Рисунок 20 – Результаты оценки NiTi». Сравнение пластин из сплатермостойкости твердых сплавов по циклу а б вов TH-20, «TiC–NiTi» и Т15Кнагревание-охлаждение до разрушения у Рисунок 18 – Результаты локального рентгеноспектрального микроанализа зоны показало, что во всех исследован- четырехгранных пластин типа SNUN контакта: а) ТН-20 – Сталь 35; б) «TiC–NiTi» – Сталь ных диапазонах скоростей резания износостойкость пластины из твердоСнимок зоны контакта (рисунок сплавного материала системы «TiC–NiTi» выше, чем из Т15К6 и TH-19а) показывает, что ярко вы(рисунок 21б).

раженной переходной зоны нет, но поверхности стали и TH-образуют прочный контакт. На рисунке 18б представлены результаты исследования зоны контакта сталь – «TiC–NiTi».

Характеристический спектр железа в сплаве практически от а б сутствует. Также нет характери Рисунок 19 – Зона контакта по диффузистического спектра никеля в онному спаю: а) ТН-20–Сталь35; б) «TiC–NiTi» – стали, Ti исчезает на глубине Сталь 1,5 мкм. Это свидетельствует о низкой склонности диффузии твердосплавного материала системы «TiC– NiTi» к низколегированной cтали. Снимок зоны контакта твердосплавного материала системы «TiC–NiTi» со сталью показывает, что в отличие от сплава ТН-20 нет плотного контакта по всей поверхности соприкосновения (рисунок 19б).

Термостойкость твердого сплава показывает возможность его использования при прерывистой обработке, в процессе которой материал подвер а б гается многократному нагреванию – охлаждению. В результате такого воз Рисунок 21 – Зависимость скорость-стойкость при точении Стали35 пластинами действия в инструментальном материале возникают термические трещины.

типа SNUN: а) непрерывное точение (t= 1,0 мм; s=0,2 мм/об); б) прерывистое точение Результаты испытаний показали, что наибольшее число циклов без разру(t=1,5 мм; s=0,3 мм/об.) шения выдержали сплавы «ТiС–NiTi» и КНТ-16, наихудший результат поСледует отметить, что в отличие от сплава TH-20, разрушающегося казал сплав TH-20 (рисунок 20). Не на много более стоек сплав T15K6.

хрупкими сколами, что наглядно продемонстрировано на рисунке 22а, Иначе говоря наибольшей термоустойчивостью обладают сплавы КНТ-16 и сплав «TiC–NiTi» изнашивается равномерно за счет отрыва частиц из тела «ТiС–NiTi».

27 резца (рисунок 22б). При этом двухфазный твердосплавный материал системы «TiC–NiTi» с использоваизнос поверхности характеризу- нием карбида титана нестехиометрического состава. Применение карбида ется вязким отрывом частиц, ко- титана нестехиометрического состава с отношением углерода к титану 0,торые удаляются из связки, что в карбиде титана, обеспечило повышение механических свойств и твёрдоотлично механизму изнашива- сти твердосплавного материала, твёрдость и прочность на изгиб которых ния при непрерывном резании. соответственно составляет порядка 88 HRA и 1000 МПа. На основе данных При непрерывном и прерыви- исследований разработан состав твердосплавного материала, защищенный стом точении у сплава Т15К6 авторским свидетельством.

образуется лунка износа на пе20 мкм 20 мкм 2. Выявлено, что вследствие высокой активности титана, находящегоредней поверхности. Этот факт, а б ся в никелиде титана, происходит интенсивное взаимодействие между карпо сравнению с равномерным Рисунок 22 – Поверхности износа сплабидом титана TiC и связующей фазой с образованием фазы Ni3Ti, значиизнашиванием твердосплавного вов ТН-20 (а) и «TiC–NiTi» (б) при прерывительно охрупчивающей материал. Такое взаимодействие начинается при стом точении стали материала системы «TiC–NiTi» температуре 800 °С, значительно меньшей чем при температуре плавления в тех же условиях, говорит о преимуществе в сопротивлении передней посвязующей фазы, что определяет технологические возможности получения верхности сплавов на основе карбида титана к изнашиванию сходящей качественного твердосплавного материала системы «TiC–NiTi».

стружкой. В пользу применения при обработке металлов резанием компо3. На основании проведенных исследований изучено влияние легирозиционным материалом «TiC–NiTi» говорит тот факт, что режущие свойствания исходных порошков и термокинетических факторов на формирование ва твердосплавного материала системы «TiC–NiTi» не уступают режущим структуры, которая обеспечивает высокие физико-механические свойства и свойствам сплава T15К6, наиболее применяемого в качестве материала реэксплуатационные качества твердосплавного материала. Полученные данжущего инструмента для низкоуглеродистых сталей.

ные легли в основу развития способов регулирования структуры, свойств и Окончательная оценка качества инструмента, т.е. степени готовности, эксплуатационных качеств твердосплавного материала системы «TiC– в которой он удовлетворяет своему назначению и предъявляемым к нему NiTi» на различных стадиях технологического процесса. Методами электребованиям, может быть дана только на основе результатов испытаний в тронной микроскопии, рентгеноструктурного и рентгеноспектрального анаработе на конкретной операции обработки. Анализируя результаты испытализа изучено влияние исходных порошков и термокинетических факторов ний в Институте физики прочности и материаловедения СО РАН (г. Томск), технологических процессов. Это позволило выделить способ контроля свяНовосибирском приборном заводе, Магнитогорском штамповочном заводе, зи между изменением микроструктуры, в том числе тонкой, а также между ОАО "Байкальский целлюлозно-бумажный комбинат" (г. Байкальск), ОАО структурой и физико-механическими свойствами твердосплавного материа"Балтика" (г. Санкт-Петербург), ООО "Томскводопроект", ОАО "Сибэнерла системы «TiC–NiTi», заключающийся в контроле интегральной ширины госетьстрой" (г. Новосибирск) следует отметить, что при испытаниях инстрентгеновских линий на всех стадиях технологического процесса. Для осурумента из твердосплавного материала системы «TiC–NiTi» не было случаществления эффективного процесса изготовления твердосплавного матеев отказа инструмента по причинам получения брака по размерам деталей, риала на основе карбида титана необходимо и достаточно, чтобы отношепо шероховатости, появлению признаков ненормальной работы (вибрации ние ширины рентгеновских линий порошков TiC после размола с NiTi бостанка, изделия, инструмента; повышение температуры в зоне резания; увелее чем в 5 раз превышало ширину рентгеновских линий исходных порошличение усилий резания; ненормальное стружкообразование; выкрашиваков карбида титана.

ние или поломка инструмента), что свидетельствует о надежности инструмента. 4. Выполнение высоких требований по обеспечению прочности, наТаким образом, производственные испытания и расчет эффективно- дежности и долговечности, предъявляемых к инструментальным материасти применения твердосплавного материала системы «TiC–NiTi» в произ- лам, может быть обеспечено только высокоэнергетическим воздействием на водстве показывают возможность его использования со значительным эф- материал в процессе изготовления. На основе анализа структуры, полученфектом. ной путем различных технологических процессов изготовления твердосплавного материала системы «TiC–NiTi» разработан способ спекания ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ прямым пропусканием тока, позволяющий получить мелкозернистую 1. Методами структурного анализа установлено, что способ получеструктуру. Установлено, что влияние способа спекания прямым пропускания исходного сырья определяет физико-механические характеристики и нием тока заключается в повышении на порядок термокинетического возструктуру твердосплавного материала на основе карбида титана. Получен действия на твердосплавный материал в процессе изготовления, относи29 тельно технологического процесса принятого в производстве, что обеспе- характеристики двойного карбида (Ti, Mo)C [Текст] / П. В. Бурков, С. Н.

чивает сохранение мелкозернистой структуры, заданной исходным разме- Кульков // Ползуновский вестник. – 2005. – № 2. – С. 55–61.

ром и кристаллической структурой порошка. Это обеспечивает повышение 4. Бурков, П. В. Исследование модификации поверхности воздеймеханических свойств твердосплавного материала системы «TiC–NiTi», ствием ионного пучка [Текст] / П. В. Бурков // Известия Самарского научтвердость и прочность на изгиб которых соответственно составляют поряд- ного центра РАН. Специальный выпуск. – 2005. – С.273–278.

ка 91 HRA и 1100 МПа. Определен интервал режимов спекания прямым 5. Бурков, П. В. Спекание порошков TiC-NiTi пропусканием пропусканием тока, обеспечивающий оптимальные уровни прочности и электрического тока [Текст] / П.В.Бурков // Тяжёлое машиностроение. – твердости. Наилучшее уплотнение (пористость менее 0,02 %) получено при 2008. – № 12. – С. 21–23.

затрачиваемой электрической мощности 2,25 кВт под давлением 23–43 6. Бурков, П. В. Горячее прессование сплавов TiC-NiTi с нагреМПа с быстрым нагревом до 1773 К и общей длительностью производст- вом ТВЧ [Текст] / П. В. Бурков // Вестник КузГТУ. – 2008. – № 5. – С. 63– венного цикла спекания 10 мин. Спекание прямым пропусканием тока 65.

твердосплавного материала системы «TiC–NiTi» повышает стойкость ин- 7. Бурков, П. В. Исследование твёрдых сплавов на основе карбиструмента в 3 раза. да титана с никелидом титана [Текст] / П. В. Бурков // Вестник КузГТУ. – 2008. – № 6. – С. 40–44.

5. Установлено положительное влияние на повышение твердости 8. Бурков, П. В. Исследование свойств безвольфрамового твердотвердосплавного материала системы «TiC–NiTi» добавок молибдена в карго сплава при частичной замене титана молибденом [Текст] / П. В. Бурбидную фазу. Легирование молибденом от 1 до 5 % масс. приводит к возков // Перспективные материалы. – 2002. – № 3. – С.61–66.

растанию твердости до 92 HRA. На основе анализа изменения твердости и 9. Бурков, П. В. Оптимизация режимов горячего прессования прочности твердосплавного материала системы «TiC–NiTi» в зависимости TiC-NiTi [Текст] / П. В. Бурков // Вестник ТГПУ. – 2004. – № 6. – С. 72–76.

от добавок молибдена в карбидную фазу разработан состав твердосплавно10. Бурков, П. В. Динамическое численное моделирование напряго материала системы «TiC–NiTi» защищенный авторским свидетельством.

женно-деформированного состояния обрабатываемого изделия и 6. Разработанные технологические рекомендации и эффективные стружки [Текст] / П. В. Бурков, Ю. П. Стефанов // Вестник ТГПУ. – 2004. – процессы получения твёрдоспланого материала системы «TiC–NiTi», ис№ 6. – С. 77–81.

пользованы в Институте физики прочности и материаловедения СО РАН, 11. Бурков, П. В. Композиционный материал для электродов элекФГУП ПО «Новосибирский приборный завод», ОАО «Магнитогорском трофильтров очистки воздушных выбросов ГРЭС [Текст] / П. В. Бурков, штамповочном заводе», ОАО «Байкальский целлюлозно-бумажный комбиВ. Ф. Рапута, Е. П. Чебыкин // Оптика атмосферы и океана. – 2001. – Т.12. – нат», ОАО «Балтика» (г. Санкт-Петербург), ООО «Томскводопроект», ОАО № 6. – Томск. – С. 540–543.

«Сибэнергосетьстрой» (г. Новосибирск), ОАО «Юргинский машзавод». Ре12. Dynamic simulation of chip generation and formation in metal cutзультаты проведенных исследований успешно используются в Томском поting [Текст] / P. V. Burkov, U. P. Stefanov, P.V. Makarov, V. S. Matveev // литехническом университете при обучении студентов машиностроительных Theoretical and Applied Fracture Mechanics. – 1997. – V. 28. – № 6. – P.41–46.

специальностей в течение нескольких лет.

13. Бурков, П. В. Износостойкость композиционного материала на основе карбида титана [Текст] / П. В. Бурков // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2005. – № 1. – С. 27–29.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих 14. Бурков, П. В. Использование композиционного материала на работах:

основе карбида титана для деревообрабатывающего инструмента 1. Бурков, П. В. Рентгенографические исследования изменений [Текст] / П. В. Бурков // Обработка металлов (технология, оборудование, исходных продуктов, полуфабрикатов и спеченных твердых сплавов на инструменты). – 2005. – № 2. – С. 34–37.

разных стадиях технологического процесса [Текст] / Бурков П. В. // Из15. Бурков, П. В. Горячее прессование TiC-NiTi [Текст] / П. В. Бурвестия ТПУ – 2004. – № 1. – С. 113–119.

ков // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2. Бурков, П. В. Формирование структуры, фазовый состав и 2006. – № 4. – С. 25–28.

свойства композиционного материала TiC-NiTi в зависимости от со16. Бурков, П. В. Исследование структурной наследственности при держания углерода в карбиде титана и частичной замене титана моспекании порошков TiC-NiTi пропусканием электрического тока либденом [Текст] / П. В. Бурков, С. Н. Кульков // Ползуновский вестник. – [Текст] / П. В. Бурков, А. В. Головинова // Фундаментальные проблемы со2005. – № 2. – С. 10–15.

временного материаловедения. – 2006. – Т.3. – №4. – С. 94–97.

3. Бурков, П. В. Влияние содержания молибдена на структурные 17. Бурков, П. В. Исследование дефектов кристаллической решет31 ки и пластической деформации фазовых составляющих композицион- Кульков, А. С. Востриков // Сборник трудов Всесоюзной конференции ного материала на основе карбида титана [Текст] / П. В. Бурков, А. В. "Материалы на основе карбидов". – Киев : Наукова думка. – 1987. – С. 114– Головинова // Фундаментальные проблемы современного материаловеде- 121.

ния. – 2007. – Т.4. – №1. – С. 94–97. 29. Бурков, П. В. Проблемы завивания металлической стружки 18. Физическая мезомеханика и компьютерное конструирование пластинами из безвольфрамовых твердых сплавов с демпфирующими материалов. Композиты с демпфирующими структурами: получение, связками [Текст] / П. В. Бурков, В. С. Матвеев, С. С. Швецов // Сб. Интенсвойства, применение [Текст] : в 2-х т. / П. В. Бурков [и др.]; под ред. В. Е. сификация машиностроительного производства на основе применения проПанина. – Новосибирск : Наука, 1995. – Т. 2.– С. 162–175. грессивной технологии. – Ленинград. – 1989. – С. 63–65.

19. Бурков, П. В. Структурообразование, фазовый состав и свой- 30. Бурков, П. В. Закономерности изменения температуры при ства композиционных материалов на основе карбида титана [Текст]: пропускании электрического тока через порошок NiTi [Текст] / П. В.

монография. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, Бурков, С. С. Швецов // Труды международной конференции «Действие 2008. – 253 с. электромагнитных полей на пластичность и прочность материалов», 12-20. Твердый сплав, содержащий TiC-NiTi [Текст]: а. с. № 1350742 декабря 1990 г. – Юрмала, 1990. – С. 30–32.

СССР, МКИ С 22 С 29/00. / П. В. Бурков, С. Н. Кульков, В. Е. Панин; 31. Бурков, П. В. Исследование твердых сплавов на основе карбиОпубл. 1987. да титана с никелидом титана [Текст] / П. В. Бурков, С. С. Швецов // Ма21. Твердый сплав [Текст] : а. с. №1354742 СССР, МКИ В 03 В 5/32. / териалы с эффектом памяти формы и их применение : Сб. трудов. – НовгоП. В. Бурков, С. Н. Кульков, В. Е. Панин; Опубл. 1986. род-Ленинград. – 1989. – С. 123–127.

22. Бурков, П. В. Исследование воздействия облучения на сплав 32. Бурков, П. В. Влияние размола на тонкую структуру, фазовый ТiC-NiTi [Текст] / П. В. Бурков // Труды международной конференции по состав, свойства TiC-NiTi [Текст] / П. В. Бурков, С. П. Буркова // Соврерадиационному материаловедению. – Алушта, 1990. – С. 4–10. менные проблемы физического материаловедения. – Киев.– 1990. – С. 24– 23. Бурков, П. В. Износ инструмента из безвольфрамового твердо- 29.

го сплава с демпфирующей связкой [Текст] / П. В. Бурков, С. Н. Кульков, 33. Burkov, P.V. Influence of method of heating on structure and phasВ. Е. Панин // Практика разработки и внедрения новых прогрессивных ме- es of composites under hot pressing [Текст] / P.V. Burkov, S. S. Shvetsov // II тодов порошковой металлургии : Труды Всероссийской научно- Chino-Russian Symp., China, 1993. Publishing by Shaonni Sci. And Tech. Press.

технической конференции. – Челябинск, 1986. – С.83–86. – China, 1993. – P. 45–49.

24. Burkov, P. V. The powder metallurgy process influencing the fine 34. Бурков, П. В. Спекание порошков TiC-NiTi пропусканием structure and phase composition TiC-NiTi alloys [Текст] / P.V. Burkov // электрического тока [Текст] / П. В. Бурков // Труды международной конProc. Moscow Int. Conf. Of Composites Publishing by Elsever: Sci. Publisher. – ференции по обработке материалов. – Самара. – 2007. – С. 42–46.

Moscow. – 1991. – P. 23–28. 35. Бурков, П. В. Твердый раствор молибдена в карбиде титана, 25. Бурков, П. В. Применение безвольфрамовых твердых сплавов рентгеноструктурные исследования [Текст] / П. В. Бурков // Научные с демпфирующей связкой для резания металлов [Текст] / П. В. Бурков // труды V Международного семинара «Современные проблемы прочности» :

Практика разработки и внедрения новых прогрессивных методов порошко- В 2 т. – Великий Новгород : Изд-во НовГУ, 2001. – Т 1. – С. 256–260.

вой металлургии : Труды Всероссийской научно-технической конференции. 36. Бурков, П. В. Технология получения безвольфрамового твер– Челябинск, 1986. – С. 86–89. дого сплава при частичной замене титана молибденом [Текст] / 26. Бурков, П. В. Влияние схемы горячего прессования на свойст- П. В. Бурков // Труды Второй Международной научно-технической конфева композиционного материала Ti-NiTi [Текст] / П. В. Бурков, Л. М. ренции «Экспериментальные методы в физике структурно-неоднородных Молчунова, С. С. Швецов // Сборник трудов Донецкого физико- конденсированных сред», 3 – 4 октября 2001 г. – Барнаул : Изд-во Алтайтехнического института. – Донецк. –1989. – С. 43–47. ского университета, 2001. – С.44–49.

27. Бурков, П. В. Завивание и ломание стружки пластинами из 37. Бурков, П. В. Численное моделирование процесса резания мебезвольфрамовых твердых сплавов с демпфирующими связками таллов [Текст] / Ю. П. Стефанов, П. В. Бурков, П. В. Макаров // Сборник [Текст] / П. В. Бурков, С. Н. Кульков, В. С. Матвеев // Проектирование и трудов XIII Международной конференции по моделям механики сплошной эксплуатация режущих инструментов в ГАП : Труды Всероссийской науч- среды. – Санкт-Петербург, 1995. – С.201–208.

но-технической конференции. – Свердловск.. – 1987. – С. 54–57. 38. Исследование влияния трения между режущим инструментом 28. Свойства и применение безвольфрамовых твердых сплавов с и заготовкой в процессе резания металлов методами численного модедемпфирующими связками [Текст] / П. В. Бурков, В. Е. Панин, С. Н. лирования [Текст] / П. В. Бурков, Ю. П. Стефанов, П. В. Макаров, 33 В. С. Матвеев // Трибология и технология : Сборник трудов международно- жидкости к механизированному комплексу [Текст] / П. В. Бурков, А. А.

го симпозиума «Славянтрибо-4», июнь 1997. – Санкт-Петербург, 1997. – С. Казанцев, А. В. Сапожкова // Известия ВУЗов. Горный журнал. – 2008. – 85–91. №5. - С.32–39.

39. Бурков, П. В. Структурообразование композиционного мате- 50. Бурков, П. В. Геовинчестерная технология [Текст] / П.В. Бурриала на основе быстрорежущей стали [Текст] / П. В. Бурков, Ю. Н. Са- ков, А.Б. Ефременков, В. В. Аксёнов // Горный информационнораев, А. В. Тютев // Порошковая металлургия и композиционные материалы аналитический бюллетнь. – 2009. – №1. – С. 34–39.

: Сб. трудов. – Ленинград. – 1990. – С. 42–46. 51. Бурков, П. В. Влияние технологии производства твёрдосплав40. Бурков, П. В. Влияние размола на тонкую структуру, фазовый ных вставок на стойкость горного инструмента [Текст] / П. В. Бурков, состав и свойства TiC-NiTi [Текст] / П. В. Бурков // Сб. Современные про- А. В. Сапожкова // Совершенствование технологии строительства шахт и блемы физического материаловедения. – Киев. – 1990. – С.24–29. подземных сооружений, апрель 2009. – Донецк 2009. – С. 52–54.

41. Burkov, P. V. The wearing of the back surface of tools made of the 52. Бурков, П. В. Оценка напряжённо-деформированного состояTiC-NiTi composite material [Текст] / P. V. Burkov, V. E. Panin, S. N. Kulkov ния верхнего перекрытия механизированной крепи МКЮ.2Ш-17 про// 8-th International Conference on Wear of Materials, Florida, Proc. Sci. – Flori- изводства ОАО СХК «Юргинский машиностроительный завод» [Текст] da. – 1991. – P. 112–122. / П. В. Бурков, К. В. Епифанцев // Совершенствование технологии строи42. Бурков, П. В. Закономерности изменения температуры при тельства шахт и подземных сооружений, апрель 2009. – Донецк 2009. – пропускании электрического тока через порошок NiTi [Текст] / С. 23–26.

П. В. Бурков, С. С. Швецов // Сборник трудов Международной конферен- ции «Действие электромагнитных полей на пластичность и прочность мате- риалов». – Юрмала, 1990. – С. 30–32.

43. Бурков, П. В. Применение безвольфрамового твердого сплава с демпфирующей связкой для черновой обработки материалов [Текст] / П. В. Бурков, С. Н. Кульков // Новые конструкционные материалы и покры- тия. –1988. – С. 57–64.

44. Бурков, П. В. Исследование модификации поверхности стали под воздействием ионного пучка [Текст] / П. В. Бурков, А. А. Синебрю- хов, Е. В. Пьяных // Международная конференция «Новейшие процессы и материалы в порошковой металлургии», РМ-97. Сборник трудов. – Киев. – 1997. – С. 136–140.

45. Application of Micro- second Plasma Opening Switch for Metal Surface Hardening [Текст] / P. V. Burkov, V. M. Bystritskii, A. A. Sinebryuk- hov, V. A. Sinebryukhov, I. Lisitsyn // Submitted to the Conference on Novel ap- plications of Lasers and Pulsed, part of the SPIE International Symposium on Photonics West. – Columbia, 1995. – P. 232–237.

46. Исследование модификации быстрорежущей стали под воздей- ствием ионного пучка [Текст] / П. В. Бурков, А. А. Синебрюхов, Подписано к печати А. В. Харламов, А. И. Яуфман // Трибология и технология: Сборник трудов Формат 60*84/16. Бумага офсетная.

международного симпозиума «Славянтрибо-4», июнь 1997. – Санкт- Плоская печать. Усл. печ. л. 1,86. Уч.-изд. л. 1,Петербург,1997. – С. 111–116. Тираж 150 экз. Заказ № 744. Цена свободная.

47. Бурков, П. В. Разработка конструкции гидростойки диаметром Издательство ЮТИ ТПУ. Ризограф ЮТИ ТПУ.

240 мм [Текст] / П. В. Бурков, А. А. Казанцев // Известия ВУЗов. Горный 652050, г. Юрга, Кемеровской обл., ул. Московская, 17.

журнал. – 2008. – №7. - С.33–40.

48. Бурков, П. В. Исследование кинематической схемы секции механизированной крепи [Текст] / П. В. Бурков, А.Б.Ефременков, М.Ю.Блащук // Известия ВУЗов. Горный журнал. – 2008. – №6. – С. 36–42.

49. Бурков, П. В. Совершенствование способа подачи рабочей






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.