Характер разрушения композиционных материалов TiC-TiNi с использованием фрактографических исследований

Выполненные исследования убедительно показали, что межэлектродная среда является активной компонентой процесса электроискрового легирования, правильный выбор которой может обеспечивать более чем двукратное повышение стойкости (например, применение кислорода) режущего инструмента.

Выводы

1. Установлены пути повышения эффективности электроискрового легирования путем целенаправленного выбора материала обрабатывающего электрода и газовой межэлектродной среды.

2. Экспериментальными исследованиями показано, что, изменяя состав газовой среды при электроискровом легировании, можно в широком диапазоне управлять износостойкостью режущего инструмента. При этом установлено, что материалы, упрочненные в среде углекислого газа и в среде азота, характеризуются лучшей износостойкостью на высоких скоростях резания, а поверхности, образованные в среде воздуха и кислорода, — на низких.

3. Результаты исследований рекомендуется использовать на машиностроительных предприятиях, применяющих обработку резанием, а также в ремон-

те для восстановления и упрочнения изнашиваемых поверхностей трения.

Библиографический список

1. Машков Ю.К., Полещенко К.Н., Поворознюк С.Н., Орлов П.В. Трение и модифицирование материалов трибосис-тем. - М.: Наука, 2000. - 280 с.

2. Р 50.1.028 - 2001. Рекомендации по стандартизации. Информационные технологии поддержки жизненного цикла продукции. Методология функционального моделирования.

3. Верхотуров А.Д. Формирование поверхностного слоя металлов при электроискровом легировании. — Владивосток: Дальнаука, 1995. - 323 с.

4. В.А. Ким, Д.Н. Коротаев. Газовая среда - фактор упрочнения при электроискровом легировании // Электронная обработка материалов, Кишинев. - 1998. — С. 37-43.

КОРОТАЕВ Дмитрий Николаевич, аспирант кафедры физики.

МАШКОВ Юрий Константинович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой физики.

Статья поступила в редакцию 28.04.06 г. © Коротаев Д. Н., Машков Ю. К.

УДК 669.046:621.762 В. В. АКИМОВ

М. В. АКИМОВ С. Н. КУЛЬКОВ

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия,

г. Омск

Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, г. Томск

ХАРАКТЕР РАЗРУШЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ПС-Ш С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ФРАКТОГРАФИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Проанализирован на основе фрактографичёских исследований характер разрушения твердых сплавов на основе карбида титана со структурно-неустойчивой связующей матрицей

В машиностроении широко применяются инструментальные композиционные материалы на основе неметаллических тугоплавких соединений. Сочетание высокой механической прочности и твердости, износостойкости, теплоемкости с достаточно низкими плотностью и стабильностью свойств в широком интервале температур позволяет использовать композиционные материалы в узлах деталей, подвергающихся статическому и динамическому нагру-жению при достаточно высоких температурах. Однако известно, что при температурах до 1000 °С безвольфрамовые твердые сплавы имеют хрупкий характер разрушения и невысокие значения вязкости разрушения [1].

Механизм разрушения твердых сплавов определяется особенностями их структуры, химическим составом, начальными очагами разрушения в виде пор и поровых каналов, несплошностями в межчастичных исходных границах и режимами спекания. В зависимости от соотношения пределов прочности металла матрицы, границ зерен, межчастичных границ, а также предела текучести материала в основном наблюдается три типа разрушения: внутризе-ренное, межзеренное и межчастичное. Эти типы разрушений могут протекать как по хрупкому, так и по вязко-пластическому механизмам.

Исследование характера разрушения сплавов "ПС-ТлИ! определило роль связующей фазы и вли-

Рис. 1. Разрушение твёрдого сплава (SO TIC - 48 T1N1- 2В) об% при ударе X 4000

Рис. 2. Разрушение твёрдого сплава (50T1C-S0TIN1) об% при ударе X 4000

яние небольших добавок на повышение стойкости материала при его разрушении. Фрактографичес-кие исследования показали, что в сплавах (60 "ПС-ДО Т1Ы1) об %, (50 Т1С-50 Т1№) об %, (50 Т1С-48 Т1№-2В) об % существует разброс зерен по размеру в интервале от (3...8) мкм. Добавки бора в небольшом количестве, по нашему мнению, способствуют благоприятному взаимодействию интерметаллида с тугоплавким соединением, уменьшая размеры карбидных зерен, улучшая физико-механические характеристики композиционного материала [2].

На изменение характера разрушения твердых композиционных материалов оказывают влияние количество и толщина слоя связующей фазы, взаимодействие связующей фазы с карбидным зерном, размер карбидных зерен, наличие хрупкой фазы "ПМЦ, образующейся в результате объединения по титану фазы "П№ (3].

Введение в состав шихты до 8-10 об % свободного титана (Т1) подавляет процесс образования хрупкой фазы "ПЬИ^ и сдерживает рост карбидных зерен, что приводит к улучшению физико-механических свойств [4].

В твердых сплавах состава (50 Т1С-48 Т1№-2В) об % с однородной мелкозернистой структурой с округлыми или призматическими зернами с размерами (3..6) мкм разрушение при нагрузке чаще происходит по связующей фазе и карбидным зернам, имея ручьистый узор (рис.1). Предел прочности на изгиб у такого твердого сплава достигает максимального значения до 1700 МПа.

В сплаве состава (50 Т1С-50 Т1№) об % с достаточно высоким пределом прочности на изгиб 1500 МПа разрушение преимущественно происходит по границам карбид — связующая металлическая матрица с ручьистым узором (рис.2). Наличие в данном сплаве хрупкой фазы "ПЬИз ухудшает незначительно прочностные характеристики и вязкость разрушения сплава. Из рис. 3 видно, что с увеличением концентрации связующей фазы "П№ предел прочности на изгиб уменьшается, а вязкость разрушения в твердосплавных композиционных материалах (ТСКМ) возрастает.

Сплавы с содержанием карбида титана (более 60 об %) разрушаются хрупко, преимущественно по сросткам карбидных частиц или по карбидным частицам с характерными ямками отрыва (рис. 4).

Микрорентгеноспектральный анализ данных ТСКМ показал, что в данных материалах кроме со-

Рис. 3. Изменение предела прочности на изгиб Гизг, твёрдости НИЛ, вязкости разрушения ау композиционных материалов от концентрации связующей фазы ТИЧ!

Рис. 4. Разрушение твёрдого сплава (60Т1С-40 TINi) об% при ударе X 4000

л 2-

Т1Ш1

.с'- 'l ''

N1

fi'»1 |i.e |а°л f*«.e |s".e ]4.а |?.е |а.е |«.е

Рис. 5. Микрорентгеноспектральный анализ сплава (50T)C-50TiNI) об%

держания "П и N1 никаких других примесей не существует (рис. 5).

Таким образом, экспериментальные исследования разрушения твердых сплавов на основе карбида титана со связующей матрицей "П№ показывают, что характер разрушения твердых сплавов зависит от содержания металлической связующей матрицы, от размеров карбидного зерна, а также от введения небольшого количества бора и титана в состав сплавов.

Библиографический список

1. Чичварина С.И., Чернышев В.В., Гончар Л.Ю. - В кн: Твердые сплавы и инструмент / Под ред. H.A. Кудри. — М.: Металлургия, 1986. - С. 103-112.

2. Акимов В.В. Характер износа поверхности композиционных материалов карбид-никелида титана с добавками бора и титана при резании мерзлого грунта. // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. - 2005. — № 4. — С. 35-37.

3. Акимов В.В. Механизм жидкофазного спекания твердосплавных композитов TiC-TiNi. // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. — 2006. — № 6. — С. 33 — 35.

4. Акимов В.В., Иванов H.A. Применение ультразвукового резонансного метода для определения упругих и пластических характеристик сплавов TiC-TiNi. // Прикладная механика и техническая физика . — 2002. — Т. 43. — С. 203 — 207.

АКИМОВ Валерий Викторович, кандидат технических наук, доцент кафедры КМиСТ Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. АКИМОВ Марк Валерьевич, инженер-механик автомобильного транспорта, соискатель. КУЛЬКОВ Сергей Николаевич, доктор физико-математических наук, профессор ИФПиМ г. Томска.

Статья поступила в редакцию 13.09.06 г. © Акимов В. В., Акимов М. В., Кульков С. Н.

УДК 678.742.2:62 65 И. В. МОЗГОВОЙ

А. Г. НЕЛИН Г. М. ДАВИДАН Е. И. МОЗГОВОЙ О. И. МОЗГОВОЙ

Омский государственный технический университет

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ НА ПОЛИЭТИЛЕН_

Представлены результаты исследований влияния на прочностные показатели и долговечность полимерного материала различных энергетических полей — тепла, ультразвука и их комбинаций. Установлено, что тепловое воздействие на полиэтилен при температурах плавления и выше отрицательно влияет на прочность материала и его долговечность, что объясняется возникновением деструкционных процессов. Наихудшие результаты получаются, если тепловое воздействие сопровождается окислительными процессами. При воздействии на полимерный материал тепла без доступа кислорода и при температурах, соизмеримых с температурами плавления, отрицательное воздействие минимально, поэтому часто комбинируют различные источники энергии.

Полимерные материалы находят все более широкое применение в различных областях промышленности и в быту. Это обусловлено их высокой химической стойкостью, низкой плотностью, относительно высокой механической прочностью. Эти свойства дают возможность применять полимерные материалы в химической, машиностроительной, автомобильной и других отраслях промышленности. Более

48 % выпускаемых изделий из пластмасс получают путем соединения отдельных элементов методами теплового воздействия и комбинированных источников энергии.

Среди термопластичных полимерных материалов, характеризуемых способностью при нагреве переходить в вязкотекучее и далее в жидкотекучее состояние, по масштабам производства и многообра-