Формування однорідної структури і підвищення зносостійкості надтвердих композитів, одержаних реакційним спіканням кубічного нітриду бору з алюмінієм при високому тиску - Автореферат

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ ФОРМУВАННЯ ОДНОРІДНОЇ СТРУКТУРИ І ПІДВИЩЕННЯ ЗНОСОСТІЙКОСТІ НАДТВЕРДИХ КОМПОЗИТІВ, ОДЕРЖАНИХ РЕАКЦІЙНИМ СПІКАННЯМ КУБІЧНОГО НІТРИДУ БОРУ З АЛЮМІНІЄМ ПРИ ВИСОКОМУ ТИСКУРобота виконана в Інституті надтвердих матеріалів ім. Науковий керівник: Беженар Микола Павлович, доктор технічних наук, старший науковий співробітник Інститут надтвердих матеріалів ім. Офіційні опоненти: Івахненко Сергій Олексійович, доктор технічних наук, професор, Інститут надтвердих матеріалів ім. Гадзира Микола Пилипович, доктор технічних наук, старший науковий співробітник, Інститут проблем матеріалознавства ім. Захист відбудеться "13" жовтня 2011 р. о 1330 на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.230.01 при Інституті надтвердих матеріалів ім.Дослідження структури різальних пластин з кибориту-2, які були випробувані в промислових умовах при точінні сталі 110Г 13Л, показали, що основна відмінність між різцями з прогресуючим зносом і катастрофічним - наявність чи відсутність в структурі композиту ALB2, при катастрофічному зносі диборид алюмінію відсутній. Причиною цього може бути неоптимальність технологічних чинників при одержанні матеріалу киборит-2, таких як тиск, температура, тривалість спікання, дисперсність компонентів шихти і їх співвідношення і, як наслідок, нестабільність термобаричних умов хімічної взаємодії в системі CBN - Al при реакційному спіканні кубічного нітриду бору з алюмінієм. Таким чином є актуальними поглибленні дослідження формування структури і властивостей композитів PCBN, одержаних реакційним спіканням кубічного нітриду бору з алюмінієм при високому тиску, вивчення впливу технологічних чинників на умови хімічної взаємодії в системі CBN - Al, розробка надтвердих PCBN композитів з однорідною на мікрорівні структурою та високопластичною міжзеренною звязкою, що забезпечить максимальну зносостійкість та дозволить уникнути катастрофічної відмови інструменту. Метою роботи було встановлення закономірностей формування структури і властивостей надтвердих композитів при реакційному спіканні кубічного нітриду бору з алюмінієм в умовах високого тиску та одержання однорідного за структурою композиту з підвищеною зносостійкістю шляхом направленого керування термобаричними параметрами спікання, дисперсністю вихідних компонентів шихти і їх співвідношенням. Встановлено, що визначальним у формуванні фазового складу композиту при спіканні в умовах високого тиску порошків CBN з Al є тиск в рідкому алюмінії, який залежить від зернистості вихідних порошків CBN, вмісту Al в шихті та зовнішнього тиску спікання і у випадку, коли Al недостатньо для заповнення всіх пор в стисненому порошку CBN, тиск в рідкому Al рівний капілярному і в результаті хімічної взаємодії в системі утворюються ALN, тверді розчини на його основі і вищі бориди алюмінію, в структурі композиту є ділянки без звязки, а у випадку, коли всі пори в стисненому порошку заповнені алюмінієм, тиск в рідкому Al рівний зовнішньому тиску, в результаті реакційної взаємодії утворюються ALN i ALB2 та тверді розчини на їх основі.У вступі обґрунтовано актуальність роботи по дослідженню формування структури і властивостей надтвердих композитів, одержаних реакційним спіканням кубічного нітриду бору з алюмінієм при високому тиску, вивченню впливу технологічних чинників на умови хімічної взаємодії при спіканні, сформульовано мету та задачі досліджень, показано наукову новизну і практичну цінність. Виходячи з цього, обґрунтовані задачі дослідження для досягнення поставленої мети - встановлення закономірностей формування структури і властивостей надтвердих композитів при реакційному спіканні кубічного нітриду бору з алюмінієм в умовах високого тиску та одержання однорідних за структурою композитів з підвищеною зносостійкістю шляхом направленого керування термобаричними параметрами спікання, дисперсністю вихідних компонентів шихти і їх співвідношенням. Отримання композитів з шихти CBN-Al здійснювали за способом двохстадійного реакційного спікання: попереднє просочення під тиском алюмінієм при р=2,5 ГПА, Т=1300 К; температуру і тиск завершальної стадії варіювали (1300, 1750, 2100 і 2300 К, 4,2 і 7,7 ГПА). Вплив кількості Al в шихті на фазовий склад композиту визначали при спіканні порошку КМ 3/2 з Al в АВТ КЗ-35 при вмісті Al в шихті 10, 20 і 30 % мас. і тривалості спікання 3, 5 і 7 хв., та при спіканні шихти з порошками CBN двох рівнів дисперсності - КМ 3/2 і КВ 80/63 в АВТ КЗ-35, КЗ-55 і тороїд при вмісті Al в шихті 10, 12, 15, 18 і 20 % мас. При дослідженні впливу тиску спікання на фазовий склад композитів при температурі спікання 1750 К встановлено, що до тиску 3 ГПА ALB2 в складі композиту не ідентифікується, при 4 ГПА ALB2 присутній в складі композиту поряд з іншими боридами алюмінію, збільшення тиску до 5 і особливо 7,7 ГПА приводить до збільшення вмісту ALB2 в складі композиту.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ