Разработка методов получения наномодифицированных металломатричных композиций для нового поколения режущего инструмента из сверхтвердых материалов

• Автор: Логинов, Павел Александрович
• Шифр специальности: 05.16.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 159 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Сверхтвердые материалы

1.2 Режущие инструменты на основе СТМ

1.3 Связки для режущего инструмента на основе СТМ

1.3.1 Органические связки для режущего инструмента на основе СТМ

1.3.2 Керамические связки для режущего инструмента со сверхтвердым 23 материалом

1.3.3 Режущие инструменты на основе СТМ со связкой, изготовленной 26 электролитическим методом

1.3.4 Металлические связки для режущего инструмента на основе СТМ

1.4 Наномодифицирование металлических связок

1.5 Получение пересыщенных твердых растворов металлов методом 43 механического легирования
1.6 Постановка задачи
ГЛАВА 2. ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Исходные материалы
2.2 Получение связок для режущего инструмента
2.3 Методы исследования структуры и свойств связок и рабочих 55 сегментов/перлин
2.4 Изготовление экспериментальных образцов канатных пил и ОСК
2.5 Проведение стендовых испытаний режущего инструмента с СТМ
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ МОДИФИЦИРУЮЩИХ
ЧАСТИЦ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА СВЯЗКИ Си-Ее-Со-М
3.1 Выбор оптимального состава базовой связки
3.2 Получение композиционных гранул различной микроструктуры из 68 связки N для режущего инструмента
3.3 Получение связок Ы, модифицированных дисперсными частицами

3.4 Исследование процесса легирования связки N титаном
ГЛАВА 4 ИСПЫТАНИЯ ИНСТРУМЕНТОВ С МОДИФИЦИРОВАННЫМИ
СВЯЗКАМИ N
4.1 Оптимизация содержания алмазов и сВЫ в режущем инструменте
4.2 Результаты сравнительных испытаний экспериментальных канатных пил
4.3 Результаты сравнительных испытаний экспериментальных ОСК
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 13
Приложение А Акт стендовых испытаний канатных пил на основе
сверхтвердых материалов со связками, модифицированными высокодисперсными частицами
Приложение Б Акт стендовых испытаний отрезных сегментных кругов со
связкой И, модифицированной высокодисперсными частицами Приложение В Технический акт об освоении серийного производства
канатных пил и отрезных сегментных кругов (ОСК) со связкой, модифицированной высокодисперсными частицами
Приложение Г ТУ 3972-034-11301236-2014
Приложение Д ТУ 3972-035-11301236-2014

Введение
Режущие инструменты на основе сверхтвердых материалов широко
применяются в строительной индустрии, например, при строительстве различных зданий, промышленных объектов, метрополитенов, а также при демонтаже сооружений. Такие инструменты, как канатные пилы и отрезные сегментные круги (ОСК), и используемое при их эксплуатации оборудование в ряде случаев являются незаменимыми благодаря их достоинствам: высокое качество обработанной
поверхности, отсутствие вибраций и сотрясений при работе, низкое пыление, компактность инструментов и простота их сборки максимальная автоматизация процесса. Важным преимуществом канатных пил является отсутствие ограничений по габаритам обрабатываемой конструкции. При работах по демонтажу
энергоблоков электростанций с истекшим сроком службы важное место занимает возможность удаленного управления машиной резки. Эти качества режущих инструментов такого класса в совокупности с их высокой производительностью и ресурсом позволяют использовать их в широком спектре работ.
В настоящее время применение алмазных режущих инструментов ограничено из-за склонности алмазов к графитизации при контакте с металлами триады железа и относительно невысокой теплостойкости. Обработка объемных стальных или чугунных конструкций или сильно армированных бетонов может привести к деградации алмазов и потере инструментами режущих свойств. Для обработки этих материалов представляет интерес разработка инструментов, в которых алмазы частично или полностью были бы заменены на альтернативный сверхтвердый материал, лишенный указанных недостатков. Лучшим вариантом является синтетический кубический нитрид бора (сВИ), обладающий высокой
теплостойкостью и химически инертный по отношению к сплавам на основе железа.
В зависимости от требований, предъявляемых к режущим инструментам, для
удержания абразивных зерен в рабочем слое могут быть выбраны связки различных
типов: полимерные, керамические, металлические. Для обеспечения высокого срока
службы инструментов, высокой адгезионной способности к сверхтвердым

Вольфрам - один из самых твердых материалов, используемых в качестве добавок к связкам. Вольфрам обладает высоким сродством к углероду, поэтому в процессе производства инструмента вокруг алмазных зерен образуется тонкий слой карбида вольфрама. Карбид вольфрама не распадается при охлаждении, и наносит меньше ущерба алмазам [89]. За счет этих свойств повышается прочность удержания (механического и химического) зерен СТМ в связке.
Для горячего прессования инструментов используется мелкий порошок вольфрама, для их изготовления методом инфильтрации - более крупный.
Карбид вольфрама иногда вводят в матрицу для повышения ее износостойкости. Производится много видов порошка карбида вольфрама, которые отличаются по химическому составу, размеру и форме частиц, микроструктуре. Традиционный способ производства порошка карбида вольфрама -науглероживание вольфрама при высоких температурах в защитной атмосфере [90]. Получаемый таким способом порошок является поликристаллическим материалом с развитой формой частиц и большой межчастичной пористостью [91]. Такой карбид вольфрама обладает низкой текучестью и формуемостью.
Так называемый макрокристаллический карбид вольфрама - это плохо агломерирующийся порошок, полученный алюмотермическим способом, который заключается в выращивании кристаллов из вольфрамового сырья путем самоподдерживающейся экзотермической реакции [92,93]. Таким методом получаются многогранные частицы, которые могут быть на один-два порядка крупнее частиц, произведенных науглероживанием.
Промышленный макрокристаллический порошок карбида вольфрама доступен в широком диапазоне размеров от 1,2 до 420 мкм. Благодаря хорошей смачиваемости, текучести и уплотняемости такой вид порошка подходит для производства изделий методом инфильтрации.
В качестве добавок для связок также используются двухфазные эвтектические порошки WC/W2C. Данные материалы производятся измельчением литых изделий или спеканием в вакууме [94]. Порошок WC/W2C находит применение в тех же областях, что и макрокристаллический ¥С. Несмотря на идентичность химического