Разработка принципов конструирования керамических материалов для процессов обработки резанием на основе исследования структуры, состава, свойств и микромеханизмов разрушения

• Автор: Штанов, Олег Викторович
• Шифр специальности: 05.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Благовещенск
• Количество страниц: 147 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВВЕДЕНИЕ
1. СОВРЕМЕННЫЕ ТЕОРИИ РАЗРУШЕНИЯ И ПРОЧНОСТИ МАТЕРИАЛОВ
1.1. Физические основы разрушения
1.2. Микромеханизмы разрушения металлов и сплавов
1.2.1. Хрупкое разрушение
1.2.2. Вязкое разрушение
1.2.3. Усталостное разрушение
1.2.4. Влияние параметров структуры и субструктуры на усталостное разрушение
1.3. Выводы
2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРУКТУРЫ, ФИЗИКО-
МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И СЛУЖЕБНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ КЕРАМИКИ
2.1. Общая классификация методов исследования структуры, физико-
механических характеристик и служебных свойств инструментальной керамики
2.2. Методы исследования трещиностойкости и эффективной энергии
разрушения
2.3. Методики определения микромеханических свойств инструментальных материалов
2.4. Электронно-микроскопические исследования поверхностей разрушения и изломов инструментальной керамики
3. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ, СОСТАВА И ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ КЕРАМИКИ
3.1. Структура и состав инструментальной керамики

3.2. Вязкость разрушения инструментальных материалов на керамической
матрице
3.2.1. Фрактография распространения трещины при оценке вязкости разрушения
3.2.2. Влияние состава и параметров структуры керамики на трещиностой-кость
3.2.3. Влияние размера зерна на трещиностойкость
3.3. Определение размеров критического дефекта в композиционных материалах на керамической основе
3.4. Пути повышения трещиностойкости инструментальны керамик
3.5. Классификация разрушения керамического инструмента
3.6. Принципы разработки керамических материалов для процессов обработки резанием
3.7. Выводы
4. ХИМИЧЕСКИЕ, ФИЗИЧЕСКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОРОШКОВ НА ОСНОВЕ ЦИРКОНИЕВОГО КОНЦЕНТРАТА
4.1. Химические свойства
4.2. Физические свойства
4.3. Технологические свойства
4.4. Выводы
5. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ И ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ КОНСТРУКЦИОННОЙ КЕРАМИКИ НА ОСНОВЕ ЦИРКОНИЕВОГО ПРОДУКТА
5.1. Получение дисперсных порошков на основе композиций оксидов
5.2. Холодное прессование с последующим спеканием
5.3. Горячее прессование
5.4. Выводы
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Проблемы, связанные с изнашиванием и стойкостью инструментальных материалов, привлекали к себе постоянное внимание на всех этапах развития техники и технологии обработки металлов резанием.
В настоящее время, несмотря на определенные достижения в понимании физической природы прочности, в разработке методов расчета и прогнозирования свойств, служебных характеристик важность этих проблем в области создания триботехнических материалов возрастает. Последнее обусловлено действием целого комплекса факторов, определяющих значимость исследований в области физической природы изнашивания /39,40/ и работ, направленных на создание высокопрочных инструментальных материалов.
Первая группа факторов связана с увеличением термомеханичесих нагрузок на режущий инструмент, с расширением диапазона режимов резания реализуемого одной кромкой инструмента, с широким внедрением нового технологического дорогостоящего оборудования (гибких производственных модулей - ЕПМ, на базе станков с ЧПУ) /99/.
Вторая группа факторов является производной от первой и связана с возрастанием требований к надежности и гарантированной стойкости инструмента для ЕПС и EEIM /43/.
Третья группа факторов, непосредственно обусловливает актуальность рассматриваемых вопросов, и связана с внедрением в технику принципиально новых обрабатываемых конструкционных и инструментальных материалов такими материалами являются градиентные инструментальные материалы на металлической или керамической матрице.
Возможности современных технологий получения и финишной обработки (шлифование, нанесение покрытий, химико-термическая обработка, ионная имплантация и.п.) позволяют наряду с созданием триботехнических материалов ставить задачи по оптимизации или управлению структурой этой груп-

2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРУКТУРЫ,
ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И СЛУЖЕБНЫХ
ХАРАКТЕРИСТИК ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ КЕРАМИКИ
Развитие теоретических представлений об изнашивании и разрушении инструментальной керамики в процессах обработки резанием во многом зависит от уровня экспериментальных исследований в этой области.
Структура материалов с керамической матрицей в отличие от сплавов на металлической основе имеет ряд особенностей. К ним относятся: присутствие аморфизированных структур, высокая дисперсность фаз и гетерогенность системы оксид-карбид. Эти особенности структуры определяются спецификой технологии изготовления инструментальной керамики.
При большом числе факторов, влияющих на процесс изнашивания и разрушения, становятся актуальными методы исследования и контроля сплавов на керамической матрице, как в исходном состоянии, так и в процессе работы.
В настоящей главе рассмотрены методы, используемые при анализе причин изнашивания и разрушения, а также выявлении факторов способствующих появлению того или иного механизма изнашивания.
В работе использовались: критерии механики разрушения, оптическая микроскопия, просвечивающая и растровая электронная микроскопия, микро-рентгеноспектральный анализ, акустическая эмиссия, измерение твердости и микротвердости.
Контактные процессы изучали при точении и торцовом фрезеровании конструкционных материалов (сталей и чугунов) в широком диапазоне изменения условий резания.
2.1. Общая классификация методов исследования структуры, физикомеханических характеристик и служебных свойств инструментальных
материалов
Интенсификация работ связанных с теоретическими и экспери-