Delist.ru

Разработка состава и технологии спекания дисперсно-упрочненных композиционных материалов TiC-TiNi с повышенными вязкоупругими свойствами (25.08.2007)

Автор: Акимов Валерий Викторович

Акимов Валерий Викторович

РАЗРАБОТКА СОСТАВА И ТЕХНОЛОГИИ СПЕКАНИЯ ДИСПЕРСНО-УПРОЧНЁННЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ TiC–TiNi

С ПОВЫШЕННЫМИ ВЯЗКОУПРУГИМИ СВОЙСТВАМИ

Специальность 05.02.01 «Материаловедение»

в отрасли «Машиностроение»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Барнаул 2007

Работа 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, профессор

Афанасьев Владимир Константинович

доктор технических наук, профессор

Полещенко Константин Николаевич

Ведущая организация: ГОУ ВПО Уфимский государственный

авиационный технический университет

(УГАТУ)

Защита диссертации состоится 11 октября 2007 года в 10-00 на заседании диссертационного совета Д212.004.07 при ГОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет» им. И.И. Ползунова» по адресу: 656038, Россия, г. Барнаул, пр. Ленина, 46.

Автореферат разослан «____» _____________ 2007 года

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке АлтГТУ

Ученый секретарь

диссертационного совета, А. А. Бердыченко

кандидат технических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Развитие современной науки и промышленного производства обусловило постановку задачи создания новых материалов, способных работать в сложных условиях внешнего воздействия, в том числе при высоких градиентах температур, в агрессивных средах, при интенсивных ударных нагрузках, тяжёлых режимах трения и изнашивания. В подобных условиях эксплуатируются рабочие органы дорожно-строительных машин, особенно при работе в районах Сибири и Крайнего Севера. В жестких условиях динамического нагружения и трения также работают режущие и штамповые инструменты. Эффективное решение этой задачи возможно путем разработки специальных композиционных материалов. К ним можно отнести и материалы инструментального назначения, в первую очередь твердые сплавы, широко применяемые в современном машиностроении.

В качестве недостатков, характерных для традиционных твердых сплавов, следует отметить дефицит кобальта, используемого в качестве матричного материала и его относительно ограниченные возможности релаксации внутренних напряжений. Дефицитным и дорогостоящим является также и присутствующий в больших количествах в твёрдых сплавах вольфрам. Таким образом, одной из актуальных задач современного материаловедения является замена карбидовольфрамовых твёрдых сплавов безвольфрамовыми, позволяющая обеспечить значительную экономию дефицитных вольфрама и кобальта. Диссертационная работа посвящена решению проблемы разработки составов и технологии спекания безвольфрамовых твердых сплавов с повышенными вязкоупругими свойствами.

Применяемые в большинстве современных твёрдых сплавах связующие материалы обладают ограниченной релаксационной способностью, необходимой для эффективного снижения внутренних напряжений. Для связующих металлов эти способности ограничены уровнем предельной деформации.

Для решения отмеченной проблемы была предложена идея применения в качестве матрицы материала с высокими релаксационными и демпфирующими свойствами, проявляющимися в процессе нагружения объекта за счет структурно-фазовых превращений. В качестве такого материала в работе был использован никелид титана, для которого характерны высокая релаксационная и демпфирующая способность, высокий уровень прочностных свойств, относительно низкая плотность, высокая коррозионная стойкость и жаростойкость. Применение такого типа матричного материала позволило использовать в качестве упрочняющей фазы карбида титана и отказаться от применения дефицитного карбида вольфрама.

Диссертационная 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).

Цель работы. Разработка состава и технологии спекания новых дисперсно-упрочненных твердых сплавов «карбид титана – никелид титана» с повышенными вязкоупругими свойствами на основе механизма формирования структуры композиционного материала системы «TiC–TiNi».

В соответствии с целью в работе были поставлены следующие задачи:

1. 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».

2. 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 твёрдосплавных композиционных материалов от концентрации связующей фазы TiNi и технологических режимов процесса спекания.

3. Исследовать упругие и пластические свойства разработанных твердосплавных композиционных материалов, а также получить зависимости этих свойств от состава композиционного материала.

загрузка...