Разработка технологии создания материалов для режущих инструментов

М. С. ЮРЛОВА

Научный руководитель ‑ Е. А. ОЛЕВСКИЙ, Ph. D., профессор

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ СОЗДАНИЯ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ РЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ

Быстрорежущие стали (карбидостали) являются перспективным материалом в инструментальном производстве для обработки резанием и давлением. В настоящее время используются стали, изготовленные по технологиям порошковой металлургии. В работе проведена высоковольтная электроимпульсная консолидация порошковых композиций Fe-Ti-B4C, предварительно обработанных электрическими разрядами в углеводородной жидкости.

Необходимость повышения производительности и надежности современного промышленного оборудования, а также решения проблем ресурсосберегающих технологий, связана с внедрением новых материалов с повышенными физико-механическими и функциональными свойствами. Композитные материалы с металлической матрицей в последнее время получили широкое распространение. Наиболее эффективными методами воздействия на различные дисперсные системы являются физические методы, которые способствуют изменению их свойств. Одним из таких методов действия на физико-химические свойства гетерогенных систем является высоковольтный электрический разряд.

В настоящей работе электроразрядной (ЭР) обработке подвергались суспензии порошков Ti и смесей порошков 75%Fe + 20%Ti + 5%B4C и 75%Fe + 25%Ti (массовая доля) в углеводородной жидкости, в качестве которой был выбран керосин. На порошок воздействовали импульсами с энергией 0,25‑0,5 кДж и суммарной энергией 1000‑2000 кДж. Анализ результатов обработки показал, что воздействие высоковольтными электрическими разрядами в углеводородной жидкости на порошковые частицы приводит к значительному измельчению, последних, а также к образованию карбидных и боридных фаз титана и железа, повышающих прочность конечных компактов.

После электроразрядной обработки проведено спекание полученных порошковых смесей, методом высоковольтной электроимпульсной консолидации (ВЭИК).

Высоковольтная электроимпульсная консолидация заключается в непосредственном пропускании импульса электрического тока с напряжением несколько кВ через порошковую засыпку при приложении к последней давления порядка нескольких сот МПа [1]. В работе проведено изучение влияния параметров ВЭИК на конечные свойства компактов.

Исследована зависимость конечной плотности образцов в зависимости от прикладываемого давления и плотности энергии, выделявшейся в импульсе. Показано, что увеличение давления до определенной критической величины приводит к возрастанию плотности образцов, однако, при дальнейшем увеличении давления плотность выходит на насыщение и заметного роста уже не наблюдается. Зависимость плотности от энергии в импульсе имеет линейный характер. При этом показано, что в случае обработанных смесей зависимости от давления и энергии имеют более ярко-выраженный характер, что связано с образованием при ЭР обработке более широкого распределения частиц по размерам, которое способствует лучшей упаковке.

Исследование микроструктуры спеченных компактов показало, что для всех порошковых смесей характерным является формирование крупных зерен железа до 200 мкм и зерен титана с карбидной сеткой вокруг..

Проведены испытания прочностных характеристик, поученных компактов. Измеряли микротвердость компактов при нагрузке 300 г. Результаты показывают, что значения твердости (HV 790 ± 60) отдельных образцов превышает значения твердости для штатных быстрорежущих сталей. Определен предел прочности по методу TRS [2]. Предел прочности, полученных образцов достигает 540 МПа, что связано с сохранением дисперсной структуры при спекании по методу ВЭИК.

Таким образом показано, что электроразрядная обработка порошков и последующая их консолидация электроимпульсными методами является перспективным направлением в упрощении изготовления карбидосталей.

Благодарности: авторы выражают признательность Министерству образования и науки Российской Федерации за поддержку (грант 11.П34.31.0051).

Список литературы

1. , , и др. Методы электроимпульсной консолидации: альтернатива спарк-плазменному спеканию // Ядерная Физика и Инжиниринг. 2013. Т. 4, № 3, с. 195‑239.

2. E. Khaleghi, Y-S Lin, M. A. Meyersb and E. A. Olevsky Spark plasma sintering of tantalum carbide. Scripta Materialia. 2010. V. 63. P. 577–580.