Закономерности влияния способа получения связующего компонента на структуру и свойства алмазосодержащего композиционного материала тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.06, кандидат технических наук Ягудин, Тимофей Генрихович

• Ягудин, Тимофей Генрихович
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ягудин, Тимофей Генрихович

Введение.

Глава 1 Состояние вопроса.

1.1. Связки алмазного инструмента.

1.2. Теоретические предпосылки создания металлических связок

1.3. Составы и свойства металлических связок.

1.4. Методы исследования основных параметров алмазоносного слоя.

1.5. Регулирование свойств алмазоносного слоя.

Глава 2 Объекты и методы исследования.

2.1. Характеристика объекта исследований.

2.2. Методика изучения структуры и физико-механических свойств связок.:.

2.3. Методика исследования кинетики процесса спекания.

2.4. Методика изучения прессуемости порошков.

2.5. Методика проведения дифференциального термического анализа.

2.6. Методика испытаний отрезных сегментных кругов.

Глава 3 Исследование влияния спекания на структуру связок.

3.1. Изучение связки сплава 80% Си и 20% Sn.

3.2. Изучение связки смеси порошков 80% Си и 20% Sn.

3.3. Влияние легирующих элементов на структуру и свойства связок.

Глава 4 Исследование влияния способа подготовки порошковых смесей на технологические свойства связок.

4.1. Сущность метода механического легирования.

4.2. Особенности формования механически легированных сплавов.

4.3. Исследование влияния механического легирования на прессуемость порошка.

4.4. Исследования кинетики спекания.

Глава 5 Исследование алмазоудержания АКМ с различными связками.

5.1. Сравнительная оценка удерживающей способности металлических связок.

5.2. Вывод формулы для расчета прочности алмазоудержания

5.3. Взаимосвязь алмазоудержания со свойствами связок.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Закономерности влияния способа получения связующего компонента на структуру и свойства алмазосодержащего композиционного материала»

Актуальность проблемы. В современном производстве используется широкая гамма инструментов, в том числе инструменты на основе алмазосодержащих композиционных материалов (АКМ).

Традиционными методами изготовления алмазного инструмента являются методы порошковой металлургии. Проблемы в области изготовления и применения такого рода инструмента связаны, главным образом, с высокими температурами производства и эксплуатации, что отрицательно сказывается на алмазоудержании, так как алмаз имеет низкую термостойкость (порядка 700-900°С). Во многом из-за этого до 70% алмазного зерна оказывается в шламе, не выработав полностью свой ресурс. Поэтому проблема получения связующего компонента АКМ (связки) с повышенной удерживающей способностью с целью повышения коэффициента использования алмаза является весьма актуальной.

Наиболее распространенными связками в АКМ являются связки на основе системы медь-олово.

Существующие технологические схемы производства предполагают различные способы получения связок: из исходных смесей меди и олова или готовых порошков бронзы. Однако использование порошков готовой бронзы приводит к получению нежелательно крупного зерна, а при использовании смесей необходимы такие температура и выдержка, которые приводят к частичной деградации алмазного зерна (графитизации). Поэтому другой актуальной задачей в технологии АКМ, косвенно связанной с проблемой алмазоудержания, является оптимизация структуры связок, что невозможно без исследования структурных превращений в материале в процессе подготовки порошка и его спекания.

В последнее время при производстве различных материалов все чаще начинают использовать механически легированные порошки, обладающие рядом преимуществ по сравнению с традиционными порошками. Однако применительно к АКМ такая информация практически отсутствует. В связи с этим изучение способа механического легирования порошков системы медь-олово явилось одним из направлений работы.

Целью работы является изучение влияния способа получения связующего компонента АКМ на его структуру и свойства и повышение на этой основе эксплуатационных характеристик инструмента.

Для достижения поставленной цели в работе необходимо было решить следующие задачи:

1. Изучить поведение порошков системы медь - олово при формовании и спекании смеси порошков и порошка бронзы одинакового химического состава.

2. Исследовать процессы получения механически легированных порошков системы медь - олово.

3. Изучить прессуемость и кинетику спекания механически легированных порошков.

4. Изучить факторы, повышающие прочность алмазоудержания.

5. Разработать технические рекомендации по получению АКМ с повышенными эксплуатационными характеристиками. На основе предложенных режимов осуществить промышленные испытания изделий из АКМ.

Научная новизна:

1. В работе установлено определяющее влияние способа получения связки на процессы формования и спекания, а также конечные структуру, технологические и эксплуатационные характеристики АКМ. Лучшие параметры материала получены из механически легированных порошков, что обусловлено исходной мелкозернистой структурой и высокой степенью гомогенизации олова в меди.

-62. Установлено, что зависимость относительного объема прессовки от давления прессования для механически легированных порошков имеет отклонения от прямолинейной зависимости, что объясняется обогащенностью поверхностных слоев частиц соединениями олова, упрочняющими эти слои.

3. На основании проведённых исследований определено, что для механически легированных порошков характерно увеличение объема изделий при спекании.

4. Установлено, что прочность при сжатии в пределах одной группы связок может служить критерием удерживающей способности. Определено, что наилучшим алмазоудержанием обладают связки из механически легированных порошков.

Практическая значимость.

1. Разработана методика получения механически легированных порошков системы медь-олово применительно к созданию на их основе АКМ, обеспечивающая получение порошков с равномерным распределением легирующих элементов в твёрдом состоянии. Эта методика может быть применена для получения порошков более сложного химического состава.

2. Разработаны технические рекомендации по технологии изготовления алмазного камнерезного дискового инструмента. Изделия, выполненные с их учетом, прошли промышленное испытание на ОАО «Московское производственное объединение по выпуску алмазного инструмента» и при меньших затратах на производство показали повышенную работоспособность.

3. Разработанные технологии и технические рекомендации были использованы на ОАО «Московское производственное объединение по выпуску алмазного инструмента» при изготовлении опытных образцов отрезных кругов, что подтверждено актом.

Заключение диссертации по теме «Порошковая металлургия и композиционные материалы», Ягудин, Тимофей Генрихович

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

В целом по проведённой работе можно сделать ряд выводов:

1. Отработана методика получения механически легированных порошков системы медь-олово, применительно к созданию на их основе АКМ, и их диагностика методом дифференциального термического анализа. Показано, что пяти часов смешивания в присутствии твердосплавных шаров достаточно для практически полного связывания свободного олово с медной основой.

2. Исследовано влияние механического легирования на прессуемость порошков связок, содержащих 20% и 12% олово. Установлено, что в результате механического легирования характеристики порошков претерпевают существенные изменения: увеличивается насыпная плотность порошков, изменяется прессуемость и спекаемость.

3. Зависимость относительного объема прессовки от давления прессования для механически легированных порошков имеет отклонение от прямолинейной зависимости, что объясняется обогащенностью поверхностных слоев частиц соединениями олова.

4. Исследована кинетика спекания механически легированных и исходных порошковых систем. Установлено, что для механически легированных порошков характерно увеличение размеров образцов в процессе спекания. Уровень свойств порошка, полученного при механическом легировании, позволяет рекомендовать его для создания связок АКМ с повышенными технико-экономическими характеристиками.

5. Сопоставлением физико-механических свойств и алмазоудержания с использованием корреляционного анализа доказано, что наилучшим критерием удерживающей способности является прочность при сжатии. Твердость характеризует удерживающую способность только в пределах одной связки.

6. Установлено, что из технологических параметров изготовления связок на прочность закрепления алмазов наибольшее влияние оказывает способ получения связок Связки, полученные механическим легированием, имеют прочность алмазоудержания в 1,5 раза большую (диапазон Ga 1,9

-133

2,8 МПа) по сравнению с промышленными.

7. Разработаны технические рекомендации по созданию технологии изготовления алмазного камнерезного дискового инструмента. Изделия, выполненные по предложенной технологии, прошли промышленное испытание на заводе изготовителе. По результатам испытаний получено заключение о целесообразности использования механически легированных порошков в серийном производстве алмазного инструмента.

-134

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ягудин, Тимофей Генрихович, 2004 год

1. Верещагин В А., Журавлёв В.В. Композиционные алмазосодержащие материалы и покрытия.// Минск.: Навука i тэхшка, 1991, 208с.

2. Кизиков Э.Д., Верник Е.Б. и др. Алмазометаллические композиции // Киев, Наук. Думка, 1988, 129с.

3. Гуляев А.П. Металловедение,// М, Оборонгиз 1956, 344с.

4. Найдич Ю.В., Уманский В.П., Лавриненко И.А. Прочность алмазометаллического контакта и пайка алмазов.// Киев. Наукова думка, 1988. 135с

5. Джонс В.Д. Прессование и спекание,// М, Машиностроение, 1966г., 344с.

6. Лодадзе Т.Н., Бокучава Г.В. Износ алмазов и алмазных кругов.// М. Машиностроение, 1967 ,111с.

7. Найдич Ю.В. Контактные явления в металлических расплавах.//Киев, Наукова думка, 1972. 103 с.

8. Власов В.И. Вопросы износа алмазных шлифовальных кругов на металлических связках //Алмазы, М, вып.4, 1968, С.34 39.

9. Несмелов А.Ф. Алмазные инструменты в промышленности.// М, Машиностроение, 1964, 113с.

10. Авдотьин Н.С. Рациональная эксплуатация алмазного инструмента.// Киев. Наукова Думка, 1990, 110с.

11. Федорченко И.М., Францевич И.Н. Справочник. «Порошковая металлургия, материалы, технология, свойства, области применения"//Киев, Наук. Думка, 1985, 624с.

12. Серебренник Ю.Б., Войнштейн Б.Н. Теоретико-экспериментальные основы выбора связок брусков для алмазного хонингования.// Станки и инструменты, М.,№3, 2000, С. 32-42

13. Федорченко И.М., Пугина Л.И. Композиционные спеченные антифрикционные материалы.//Киев, Наук. Думка, 1980,403с.

14. Грановский Г.И., Попов С.А. и др. О механике износа алмазов и алмазных кругов.// Труды НИИМАШа, 1970г.С.45-67

15. Vereshcagin V.A., Griffiths T.J. Production of powder coatings by electrical resistance sintering under pressure.// Powder Metallurgy, vol 32, №4, 1989r., P 241-243

16. Верник Е.Б. Изготовление алмазно-абразивного инструмента из синтетических алмазов. // Машиностроитель, №10, 1964, С. 12-19

17. Шило А.Е. Алмазосодержащие материалы и инструмент.// Сб.науч. тр. АН УССР,Ин-т сверхтвердых материалов Киев. ИСМ. 1989, 126 с.

18. Beiling, Dyer Н.В. Impact stroodth determination of diamond abrasive grit // Industrial Diamond Review, 1/2000 P.23- 31.

19. Валуев И.В., Сычёв Ю.И., Ткач B.P. Безотходная технология добычи и обработки блочного природного камня.// Москва, Недра, 1994, 230с.

20. Коновалов В.А., Александров В.А., Левин М.Д. и др. Влияние прочности алмазоудержания и скорости абразивного износа на работоспособность алмазно-абразивного камнерезного инструмента.// Синтетические алмазы, 2/1975, С23-32

21. Лобанов А.В. Совершенствование технологии изготовления алмазных абразивных инструментов. // Известия ВУЗов. Порошковая металлургия, М.,№3, 1998, С. 19-29.

22. Найдич Ю.В., Колесниченко Г.А. Взаимодействие металлических расплавов с поверхностью алмаза и графита. // Киев,"Наукова думка", 1967, 178 с.

23. ВласовВ.И. Исследование износа металлических связок алмазных шлиф-кругов.// Абразивы и алмазы вып.5, 1967, 156с.

24. Алесандров В.А., Муравский В.А., Хукаленко К.П. Работоспособность дисковых пил для резки гранита. // Синтетические алмазы,4/1971 С. 47 -48

25. Бугаев А.А., Лившиц В.Н., Иванов В.В. и др. Синтетические алмазы в геологоразведочном бурении.// Киев, Наукова Думка, 1978г, 232с.

26. Коновалов В.А., Александров В.А. Исследование износостойкости связок алмазного камнерезного инструмента. // Синтетические алмазы, 5/1974 С. 27-29

27. Черепанов Г.П. Механика разрушения композиционных материалов // М., Наука, 1983,296с.

28. Мануйлов В.Ф., Смирнов В.И., Галкин В.И. Расчёты процессов деформации композиционных материалов // М., Металлургия, 1992, 208с.

29. Захаров A.M. Диаграммы состояния двойных и тройных систем // М., Металлургия, 1978, 300с.

30. Галицкий В.И., Курищук А.В., Муровский В.А. Алмазно-абразивный инструмент на металлической связке для обработки твёрдого сплава.// Киев, Нукова Думка, 1986, 157с.

31. Tonshoff Н.К., Asche J. Wear of metal-bond, diamond in the machining of stone. // Industrial Diamond Review, 1/97 P.7-13

32. Tonshoff H.K., Wobker H.-G., Przywara R. Das Arbeitsverhalten von Werzeugen zum Trennscheifen von Getein.(The behaviour of tools in the abrasive cutting of stone). // Industrie Diamanten Rundschau, 3/93 P. 198-205

33. Wright D.N. The prediction of diamond wear in the sawing of stone // Industrial Diamond Review, 5/1986, P 213 216

34. Steinmets K., Santner E., Grenau M., Schwenzien J. Friction & wear behaviour of sindite PCD.// Industrial Diamond Review, 1/1993 P. 19 24

35. Raal F.A. The importance of bonding to diamond surfaces in industrial application.// Industrial Diamond Review, №336, v 28, 1968, P.495 497

36. Kukialka S. Obrabialyosc kamienia budowlanego pilami diamentowymizuwzgledmeniem wlasnosci surowca skalnego na przykladie ciecia pias-kowcow.// Powder metallurgy progress.2001, v.2, №3, P 160-167

37. Jakubeczyova D., Faberova V. Mechanical properties and surface treatment PM cobalt high speed steels.// Powder metallurgy progress.2002, v.2, №3, P 188-197

38. Аруначалам B.C. Механическое легирование. //Актуальные проблемы порошковой металлургии, 1990 №12, С. 175-202.

39. Баланкин А.С., Колесников А.А. Механическое легирование. Новости науки и техники. // Сер. Новые материалы, технология их производства и обработки. ВИНИТИ Академии наук СССР, М., 1991 №9 , 45с.

40. Daniel P. New bond boosts efficiency in dry tool and cutter grinding. .// Industrial Diamond Review, 29,№349, 1999, P.12 35

41. Tanaka J., Ikawa N. Behavior of abrasive grains of the diamond. Wheel.// Technology Reports of the Osaka University,v.l2, №5, 1962, P.123-130

42. Chakley J.R., Thomas D.M., The tribological aspects of metalbonded, diamond grinding wheels. // Powder Metallurgy ,№12, 1969, P.345-352

43. Редько С.Г. Количество абразивных зерен шлифовального круга, участвующих в резании. // Станки и инструмент №12, I960, С. 12-18

44. Conradi V.R. Diamant-Schleifscheiben Technologie // Industrial Diamond Review, 28, №329, 1968, P.230 246

45. TarasovV L. How grinding forces affect wheel wear. // Machinery, №10, 1969, P.456-463

46. Исаев А.И., Чахмахчев JI.X. и др. Сравнительная оценка фрикционных свойств металлических связок алмазных шлифовальных кругов. // Резание и инструмент вып.1, 1970, С. 54-60

47. Карюк Г.Г., Александров В.А. Оценка износа алмазоносного слоя дисковых камнерезных пил. В сб.'Торный породоразрушающий инструмент", "Техшка", К., 1970.

48. Скороход В.В. Реологические основы спекания. // Киев, Наукова думка, 1979, 148с.

49. Ягудин Г.И. Белявская О.Б., Бейлина JI.B. Исследование свойств технологических свойств среднетемпературных металлических композиций.//Алмазы, М, 1968, №2 С.23 32

50. Авраамов Ю.С., Лешенко М.И., Шляпин А.Д., Шляпин С.Д., Ягудин Т.Г. Научные основы и технология получения режущего инструмента с пластинами из композиционных материалов // М., РИЦ МГИУ, 2002, 352с.

51. Семенов А.П., Поздняков В.В. и др. Адгезионное взаимодействие образцов алмазов с металлами // ДАН СССР. 181. № 5. 1968.

52. Поликристаллические материалы на основе синтетических алмазов и кубического нитрида бора. Отв. ред Шульженко А.А. // Киев, Сб. науч. тр. АН УСССР, Институт сверхтвердых материалов, 1990, 234с.

53. Повышение технического уровня алмазных инструментов. Отв. ред Шульженко А.А. // Киев, ИСМ, 1987, 123с.

54. Плешаков В.В., Комаров В.А., Сергеев Ю.А. Повышение производительности алмазного выглаживания // Станки и инструмент, 1981. № 1, С.12 19

55. Наумова М.М. и др. Фазовый состав связки для алмазного инструмента // Металловедение и термическая обработка, № 2, 1970, С. 23 -27

56. Мальцев М.В. Металлография промышленных цветных металлов и сплавов. // М.,Металлургия, 1970, 132с.

57. Карпов А.Б. Исследование взаимодействия зерна и связки шлифовальных инструментов при динамических нагрузках. М., 1973.

58. Кожевников Д.В. Современная технология и инструмент для обработки глубоких отверстий//М.: НИИМаш, 1981, 112с.

59. Иоффе М.М. и др. К вопросу о взаимодействии алмаза с некоторыми металлами // М, Внедрение алмазов в промышленность, Наука, 1967, 35с.

60. Зубарь В.П., Крюков В.К. Исследование некоторых особенностей трения алмаза с металлами // Резание и инструмент: Респ. межвед. научн.-техн. сб. Вып. 1. 1970. С.25-30

61. Кизиков Э.Д. и др. Хонингование гильз крупнозернистыми алмазными брусками на пористой связке // Синтетические алмазы: Научн.-произв. сб. Вып. 2, 1971, С.24 33

62. Лещенко М.И. Поверхностное дорнование отверстий // Машиностроитель. 1986, № 10, С. 34 -40

63. Маталин А.А. Технология механической обработки. // Л., Машиностроение, 1987, 123с.

64. Маталин А.А., Линчевский П.А., Ломакин К.В. Тонкое и алмазное растачивание. // Киев, Техника, 1983, 75с.

65. Лещенко М.И. Оценка качества автоматизированного технологического оборудования. // Киев, Наукова думка, 1988, 100с.78. . Остафьев В.А., Пономаренко А.И. Обработка точных отверстий в приборостроении. // Киев, Техника, 1982, 45с.

66. Резников А.Н. Краткий справочник по алмазной обработке. // Куйбышевское книжное изд., 1967, 225с.

67. Резников А.Н. Теплофизика резания. // М., Машиностроение, 1969, 170с.

68. Рогов В.В. Работоспособность кругов из синтетических алмазов при резке искусственного рубина // Синтетические алмазы: Нучн.-произв. сб. Вып. 5, 1969, С.34-45

69. Скороход В.В. Химические диффузионные и реологические процессы в технологии порошковых материалов. // Киев, Наукова думка, 1990, 230с.

70. Хикс Ч. Основные принципы планирования эксперимента. // М.,Мир, 1967, 220с.

71. Nishimura Т., Cutting tool with twisted edge and manufacturing meethod thereof// Industrial Diamond Review, 5/1996, P. 210 216

72. McEachron R., Multilayer metal coated diamond abrasives for sintered metal bonded abrasive tools. // Industrial Diamond Review, 3/1994, P 113 126

73. Lansell P.V., Collins R.D. Abrasive tools and process of manufacture. // Industrial Diamond Review, 4/1987, P 183 196

74. Kitajima M., Segmental grinding wheel .// Industrial Diamond Review, 4/2000, P 273-280

75. Pedersen H., Dodd H.D., Grindind wheel for cuttig blades. // Industrial Diamond Review, 6/2001, P 270 286

76. Humbert В., Honing tool. // Industrial Diamond Review, 5/1987, P 214 21898. . A.c. № 1557949 от 19.07.1993 г A.c. № 1630238 от 19.07.1993 г.

77. Семко М.Ф. и др. Работоспособность зерен синтетических алмазов различных марок // Синтетические алмазы. Научн.-произв. сб. Вып. 4. 1970, С.40-45

78. Кобытев B.C., Дудка Б.В., Подопригора В.А. Некоторые аспекты описания процессов механического легирования // Порошковая металлургия, №6, 1989, С. 153-160.

79. Буланов В.Я. , Кватер Л.И., Долгаль Т.В, и др., Диагностика металлических порошков. // М., Наука, 1983,286 с.

80. Кислый П.С., Кузненкова МА. Спекание тугоплавких соединений. //Киев, Наукова думка, 1980, 168 с.

81. Порошковая металлургия. Спеченные и композиционные материалы Под ред. В: Шатта // М., Металлургия, 1983, 520 с.

82. Радомысельский И.Д., Печентковский Е.Л., Сердюк Г.Г. Пресс-формы для порошковой металлургии. // Киев, Техника, 1970,172 с.

83. Шулишова О.И., Щербак И.А. Об исследовании распределения плотности в пористых изделиях // Порошковая металлургия. № 1, 1973, С. 93-96.

84. Жданович Г.М. Теория прессования металлических порошков. // М., Металлургия, 1969, 262 с.

85. Свойства порошков металлов, тугоплавких соединений и спеченных материалов: Справочник. // Киев, Наукова Думка, 1978, 182с.

86. Бальшин М.Ю. Порошковая металлургия // М., Металлургиздат, 1948, 288 с.

87. Токсентова Р.К., Биимбетов Н., Черноусова К.Т., Пресняков А.А. Свойства цветных металлов и сплавов // Алма-Ата, Труды институтата ядерной физики АН КазССР, АН КазССР, 1970. Т.2. С. 103-106.

88. Беккерт М., Клемм X. Способы металлографического травления // М., Металлургия, 1988,400 с.

89. Костецкий Б.И. Трение, смазка и износ в машинах // К., Техшка, 1970, 240сматериалов // Известия ВУЗов, «Цветная металлургия», №4, 2003. С.71 -75

90. Ягудин Т.Г Оценка влияния температурного фактора на свойства алмазосодержащих композиционных материалов (АКМ) // Сборник материалов Всероссийской научно-технической конференции «Материалы и технологии XXI века», Пенза, 2001, часть 1, С. 26 28

91. Ягудин Т.Г. Факторы влияющие на свойства и работоспособность инструмента из алмазосодержащих композиционных материалов на металлической связке // Научные труды РГТУ-«МАТИ» им. К.Э. Циолковского, выпуск 3(75), Москва, ЛАТМЭС, 2000, С. 80-85

92. Ягудин Т.Г. Влияние структуры алмазоносного слоя порошкового инструмента на его работоспособность при различных условиях эксплуатации // Тезисы докладов XXII Всероссийской молодежной научной конференции «Гагаринские чтения», г. Москва, 1996 , С.56-58

93. Атамуратова JI.X., Гришина JI.X., Ягудин Т.Г. Исследование и создание технологии динамически прочных материалов с переменным по объёму содержанием высокотвёрдой фазы // Тезисы докладов VII «Туполевские чтения», г. Казань, 1996, С.32-35

94. Атамуратова Л.Х., Гришина Л.Х., Ягудин Т.Г. Исследование кинетики спекания порошков быстрорежущей стали // Тезисы докладов VII «Туполевские чтения», г. Казань, 1996, С.46-48

95. Курилов П.Г., Серов М.М., Ягудин Т.Г. Разработка научных основ технологии получения спечённых порошковых карбидосталей // Тезисы докладов Российской научно-технической конференции «Новые материалы и технологии», г. Москва, 1997, С.45-47

96. Ягудин Т.Г. Конструирование металлических связок алмазного инструмента для обработки камня // Тезисы докладов XXIII Всероссийской молодежной научной конференции «Гагаринские чтения», г. Москва, 1997, С.34-36

97. Ягудин Т.Г. Разрушение камня при работе алмазным инструментом // Тезисы докладов XXIV Всероссийской молодежной научной конференции «Гагаринские чтения», г. Москва, 1998, С.57-60

98. Ягудин Т.Г Особенности алмазного износа при резании камня дисковыми пилами // Сборник материалов Международной научно-технической конференции «Новые материалы и технологии на рубеже веков», Пенза, 2000, ч.1, С. 222 225