Научные основы разработки и получения слоистых композиционных материалов на поверхности твердых сплавов и оксидной керамики для повышения работоспособности режущего инструмента

• Автор: Фадеев, Валерий Сергеевич
• Шифр специальности: 05.02.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Б.м.
• Количество страниц: 395 с. : ил.

Глава 1. ПРОБЛЕМЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ НА СОВРЕМЕННОМ ЭТАПЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ПРОГРЕССА
1.1. Инструментальное материаловедение — основа научно-технического прогресса
1.2.Требования, предъявляемые к инструментальным материалам
1.3. Особенности изнашивания и механизмов разрушения
твёрдых сплавов и режущей керамики
1.4. Анализ механизмов и методов упрочнения ИМ
1.5. Теория электронной локализации — обобщённый критерий качественного определения тенденций изменения
свойств ИМ
1.6. Инструментальные слоистые материалы (ИСМ)
ВЫВОДЫ
Глава 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИ
2.1. Характеристика используемых материалов
2.2. Определение механических свойств градиентных материалов
2.3. Определение физических свойств градиентных материалов
2.4. Материалы и оборудование, используемые при изготовлении градиентных инструментальных материалов на основе твердых сплавов и оксидной керамики
2.5. Методика определения эксплуатационных свойств градиентных инструментальных материалов
2.6. Методы исследования упругих и прочностных свойств
слоистых материалов
2.6.1. Физическая постановка задачи
2.6.2. Математическая постановка задачи
2.6.3. Методика расчёта напряжённого состояния
2.6.4. Критерий прочности слоистого материала с
градиентным распределением свойств
2.6.5. Алгоритм расчёта напряжённого состояния и исследования прочности слоистых материалов с градиентным распределением свойств
Глава 3. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ СОЗДАНИЯ ГРАДИЕНТНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ТВЁРДЫХ СПЛАВАХ И ОКСИДНОЙ КЕРАМИКЕ
3.1. Разработка инструментальных материалов с прогнозируемыми свойствами - основная задача инструментального материаловедения
3.2. Анализ взаимосвязи фазового, химического состава материала
со свойствами режущего инструмента
3.3. Критерии стойкости режущего инструмента во взаимосвязи с
физико-механическими свойствами самсонидов
3.4. Схема структуры покрытия на режущих инструментах
3.5. Физическая модель формирования многослойного
покрытия на режущем инструменте
ВЫВОДЫ
Глава 4. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МОДЕЛИ МАТЕРИАЛА С
ПОВЕРХНОСТНЫМ ГРАДИЕНТОМ СВОЙСТВ
4.1. Исследование напряженного состояния и прочности
материалов с покрытиями
4.1.1. Материалы с однослойным покрытием
4.1.2. Материалы с покрытием с переходной зоной
4.1.3. Инструментальные материалы с многослойными
покрытиями
4.2. Модель слоистого материала с градиентным распределением
свойств оптимальной конструкции
ВЫВОДЫ
Глава 5. РАЗРАБОТКА И ПОЛУЧЕНИЕ СЛОИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ПОВЕРХНОСТИ ВОЛЬФРАМСОДКРЖАЩИХ ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ
5.1. Физико-механические свойства слоистых материалов
с градиентным распределением свойств
5.2. Структура, фазовый и химический состав, слоистых
материалов
5.3. Оптимизация технологических параметров получения слоистых материалов (с многослойными покрытиями)
методом КИБ
5.4. Поверхностное легирование твердых сплавов
5.5. Анализ диаграмм состояния системы УУ-С-Со-П
5.5.1. Термодинамическая оценка возможности взаимодействия в системе УУ-С-Со-И
5.6. Структура, фазовый состав легированных твердых сплавов
5.7. Физико-механические и функциональные свойства дисперсноупрочненного твердого сплава
5.7.1. Исследование модуля Юнга в поверхностно-упрочненных материалах
5.8. Оптимизация технологических параметров получения градиентного инструментального материала
5.9. Микромеханизмы изнашивания и разрушения твердосплавного инструмента при нестационарном резании
5.10. Микромеханизмы изнашивания и разрушения твердосплавного инструмента с покрытиями
5.11. Кинетика микроразрушения многослойных покрытий
5.11.1. Определение параметров многослойных покрытий,
чием пор и трещин в материале, поэтому для повышения надёжности и снижения хрупкости необходимо исключить даже мельчайшую пористость.
Выполнение перечисленных выше условий, безусловно, приведёт к повышению прочности и надёжности ИМ. Однако в спечённом материале изначально имеется какое-то количество дефектов типа пор, трещин и можно утверждать, что в ИМ заложены первые стадии разрушения ещё до начала эксплуатации. Другими словами, дальнейшее повышение надёжности материала может быть обеспечено мероприятиями по торможению разрушения и связанной с ним деградацией прочности. Преодоление хрупкости и повышение надёжности в целях расширения области применения режущей керамики теснейшим образом связано с процессами её формирования, спекания, финишной обработки.
Минералокерамика характеризуется ковалентными ионными или смешанными связями, трудно поддается деформации из-за сильных связей между атомами. При приложении напряжения выше предела прочности в керамике почти без деформации возникает хрупкое разрушение [70[. Один из путей повышения прочности режущей керамики - введение в основу мелких частиц второй фазы, для которой характерны полиморфные превращения, например 2г02. Полиморфные превращения сопровождаются значительным изменением объёма: при моноклинно-тетрогональном превращении при температуре около 1200°С объём 2г02 уменьшается на 6,9-7,7 % [69]. При охлаждении ниже температуры 1000°С происходит обратный переход и объём увеличивается. Возникающие при этом напряжения сжатия увеличивают пластичность композиции А1202 -2г02. Это приводит к повышению прочности, примерно в два раза (500-1000 МПа) по сравнению с чистым а-А120з [71]. Исследования показали, что полиморфное превращение 2г02 по своей природе близко к мартенситному. Особенность такого превращения состоит в том, что кристаллы новой фазы образуются путём одновременного (кооперативного) смещения атомов старой фазы. Этот процесс идёт очень быстро и бездиффузионно. При механическом воздействии в поле напряжений вблизи вершины распространяющейся трещины