Разработка состава и технологии спекания дисперсно-упрочненных композиционных материалов TiC–TiNi с повышенными вязкоупругими свойствами - Автореферат

РАЗРАБОТКА СОСТАВА И ТЕХНОЛОГИИ СПЕКАНИЯ ДИСПЕРСНО-УПРОЧНЕННЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ TIC-TINI С ПОВЫШЕННЫМИ ВЯЗКОУПРУГИМИ СВОЙСТВАМИРабота выполнена на кафедре «Конструкционные материалы и специальные технологии» ГОУ ВПО «Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия» (СИБАДИ) Научный консультант: доктор технических наук, профессор, Машков Юрий Константинович Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Гуляев Павел Юрьевич доктор технических наук, профессорДиссертационная работа выполнялась в соответствии с целевой программой Академии наук СССР (Постановление АН СССР № 642 от 21.05.1986 г., разделы 1.3.2.5., 1.3.2.3, 1.3.2.1), программой АН СССР «Повышение надежности системы «машина - человек - среда», (раздел 4.3.1 МНТК «Порошковая металлургия»), программой ГКНТ СССР 0.08.17 (Постановление ГКНТ № 535 от 31.12.1985 г.), программой «Сибирь», (Постановление ГКНТ СССР и АН СССР № 385/96 от 13.07.1984 г. раздел 03.03) и в рамках темы «Создание научных основ и разработка новых композиционных материалов и сплавов с демпфирующей структурой на металлической основе с высокими физико-механическими и триботехническими свойствами». Работа также выполнялась в соответствии с тематическим планом СИБАДИ и межвузовской научно-технической программой «Поисковые прикладные исследования высшей школы в приоритетных направлениях науки и техники» (1993-1999 гг.), а также в соответствии с федеральной научно-технической программой ФЦНТП «Исследование и разработки по приоритетным направлениям науки и техники» на 2002-2006 гг. (Исследование инновационного потенциала Омской области с целью развития и поддержания системы центров трансфера технологий). На основе анализа результатов экспериментальных исследований в области разработки безвольфрамовых твердых сплавов и термодинамики жидкофазного спекания системы «TIC-TINI» определить основные требования к компонентам и обосновать качественный и количественный состав твердосплавного композиционного материала (ТСКМ); проанализировать известные геометрические модели компонентов микроструктурных элементов композиционных материалов с позиции структурно-энергетического подхода и с учетом структурной неустойчивости связующей фазы TINI; разработать физическую модель, адекватно описывающую термодинамический процесс формирования структуры ТСКМ системы «TIC-TINI». Изучить влияние бора и титана на термодинамические характеристики (свободную поверхностную энергию, энергию активации фазовых переходов процесса жидкофазного спекания) и характер формирующейся структуры твердосплавных композиционных материалов; выявить зависимость фазового состава, параметров структуры, физико-механических, триботехнических свойств твердосплавных композиционных материалов от концентрации связующей фазы TINI и технологических режимов процесса спекания. Предложенная физическая модель позволяет определить механизм формирования структуры твердосплавного композиционного материала системы «TIC-TINI» на основе структурно-энергетического подхода, раскрывает влияние синергетического эффекта основных стадий формирования структуры от содержания связующей фазы TINI и легирующих элементов в условиях жидкофазного спекания.Широкое применение получили твердые сплавы на основе монокарбида вольфрама, однако в ряде случаев эти сплавы не обеспечивают достаточной работоспособности изделий в жестких условиях эксплуатации. Общий анализ результатов экспериментальных исследований в области разработки безвольфрамовых твердых сплавов (БВТС) позволяет сделать вывод о том, что в настоящее время пока не существует общего подхода к объяснению физико-химических процессов формирования структуры твердых сплавов, обоснованных рекомендацией по выбору типа и химического состава связующей фазы, а также их связи с физико-механическими свойствами БВТС. В четвертой главе «Разработка технологических основ получения твердых сплавов на основе TIC со связующей фазой из интерметаллида TINI» особое внимание уделено исследованию процессов жидкофазного спекания с целью определения оптимальной температуры получения сплавов на основе карбидов титана в зависимости от содержания компонентов. В пятой главе «Физико-механические свойства твердых сплавов «TIC-TINI» рассмотрены результаты исследования влияния малых добавок бора, ультрадисперсных порошков нитрида титана и карбида титана, никеля, титана на физико-механические и триботехнические свойства ТСКМ с целью изучения возможности повышения последних. Методом электронной растровой микроскопии установлено, что связующая фаза Co в сплаве ВК8 имеет глубокие вырывы, в то время как в сплаве TIC-TINI связующая фаза находится на уровне карбидных частиц.