Разработка технологий сопряжения структурных составляющих в гетерогенных материалах на основе представлений физической мезомеханики тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.01, доктор технических наук в форме науч. докл. Слосман, Аркадий Иосифович

• Слосман, Аркадий Иосифович
• доктор технических наук в форме науч. докл.
• 2000

Заключение диссертации по теме «Металловедение и термическая обработка металлов», Слосман, Аркадий Иосифович

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬАТЫ ВЫВОДЫ

1. Обобщены результаты исследований влияния состава и технологических параметров получения на структуру и свойства безвольфрамовых твердых сплавов с никельтитановой связкой. Показано, что традиционные способы ПМ не обеспечивают высокого уровня механических свойств этих материалов из-за проявления эффектов сверхэластичности и памяти формы TiNi при прессовании и спекании, а также из-за деградации свойств в результате взаимодействия TiC и TiNi в процессе спекания. На основании исследований предложен ряд вариантов изготовления изделий из укезанных материалов, в том числе, включающий применние взрывного прессования. Последний обеспечивает оптимальные фазовый состав и структуру и тем позволяет реализовать поставленную задчу повышения эксплуатационных свойств материала за счет применения сдвигонеустойчивого материала (TiNi) в качестве связующей фазы.

2. Исследовано влияние состава и предварительной обработки полученных методом плазмохимического синтеза УДП на основе диоксида циркония и условий прессования и спекания на фазовый состав, структуру и свойства циркониевой керамики. Из исследованных вариантов формования лучшие результаты обеспечивает гидростатическое прессование. Благодаря аномально высокой электропроводности ZrO> при повышенных температурах, возможно спекание композиций, содержащих не менее 80% ZrCb в аммиачной плазме тлеющего разряда. При этом реализуется ряд механизмов активации спекания, включая бомбардировку укоренными заряженными частицами, прохождение электрического тока, превращение кубической фазы в тетрагональную, образование оксинитридныъх фаз. Показано, что важную роль в активации спекания играет водород, образующийся при диссоциации аммиака. Сочетание оптимальных режимов подготовки исходных УДП, гидростатического прессования и спекания в тлеющем разряде позволяет получать спеченную керамику на основе диоксида циркония с мелкозернистой структурой, практически нулевой пористостью и благоприятным сочетанием твердости, прочности и вязкости разрушения.

3. Комплекс исследований по ионному азотированию, в частности, данные по влиянию катодного распыления и впервые обнаруженному явлению азотирования анода, позволили уточнить представления об ионном азотировании. Впервые исследованы условия реализации полого катода при азотировании в аммиачной плазме (электрические параметры разряда, геометрические характеристики катода). Использование эффекта полого катода в технологии ионного азотирования позволяет существенно ускорить процесс формирования азотированного слоя на поверхностях, образующих полый катод. В то же время резко уменьшается скорость азотирования поверхностей, не образующих полость. Применение эффекта полого катода повышает эффективность и экономичность ионного азотирования. Показано, что возможно и в определенных случаях целесообразно ионное азотирование нетермо-обработанных сталей. На чистоту поверхности и изменение размеров азотируемых изделий ионное азотирование существенного влияния не оказывает.

При ионном азотировании никелида титана формируется многослойная поверхностная зона, имеющая сложную структуру. Это связано с образованием нитридных фаз, вызывающим изменение соотношения Ti|Ni в материале, а также растворением в поверхностном слое азота, что вызывает изменение стабильности фаз В2 и В19.

4. Результаты изучения процессов пластической деформации, разрушения и изнашивания поверхностно упрочненных материалов свидетельствуют о следующем:

- с самого начала нагружения идут в явном виде и играют важную роль процессы мезомасштабного уровня (квазипериодическое растрескивание упрочненной поверхности, образование и распространение мезоПЛД, формирование мезоструктуры, образование деформационных доменов, вторичная фрагментация);

- важным аккомодационным процессом, происходящим на разных масштабных уровнях, является модуляция пластической деформации в приграничных между отдельными объемами зонах, вызываемая различием их свойств;

- металлографические исследования и анализ кривых течения подтверждает действие принципа подобия процессов деформации как на разных масштабных уровнях, так и в пределах мезоуровня;

- процесс разрушения прослеживается с самого начала нагружения: возникновение осциллирующих контактных напряжений на границе упрочненного слоя и подложки, образование поверхностных трещин и мезоПЛД, распространение поверхностных трещин по этим полосам, выход на макроуровень, завершающийся окончательным разрушением;

- при изнашивании поверхностно упрочненных материалов в приповерхностных слоях происходят процессы пластической деформации на мезоуровне (образование поверхностных трещин, мезоПЛД, фрагментация), во многом сходные с процессами при статическом нагружении и Предопределяющие процесс изнашивания:

- представления физической мезомеханики структурно неоднородных материалов имеют достаточно общий характер и применимы для разных классов материалов и различных условий нагружении.

5. Результаты исследований использованы:

- при проектировании участка и разработке промышленной технологии ионного азотирования пресс-инструмента для фармацевтической промышленности в условиях ТХФЗ. повышающей его стойкость в 3-7 раз в зависимости от состава прессуемых масс;

- при разработке технологии изготовления методами ПМ ряда изделий: деталей распылительных устройств для предприятий стройиндустрии, сопел дробеструйных машин, фильер для протягивания проволоки и формования сердечников карандашей;

- для подтверждения и иллюстрации ряда положений физической мезомеханики структурно неоднородных материалов, развиваемой Томской школой ученых в области материаловедения и физики прочности;

- в учебном процессе при подготовке курсов " Металловедение, "Композиционные материалы", " Механические свойства и испытания материалов".

СПИСОК ОСНОВНЫХ ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ

1. Панин В. Е., Слосман А. И. Порошковая металлургия.-М.: Знание, 1985.46 с.

2. Лемешев Н. М., Слосман А. И. Пути повышения стойкости пресс-инструмента в фармацевтической промышленности ВНИИСЭНТИ.-М., 1990,- 45 с.

3. Лозинский Ю. М., Слосман А. И., Лицкий В. И. Повышение стойкости инструмента при полугорячей штамповке сменных головок торцевых ключей //Кузнечно-штамповочное производство.-1975.- №1,- С.32-36.

4. А.с. 633442 СССР, МКИ 2 В 23 К 35/36. Шихта порошковой проволоки/А. И. Слосман.-№ 2501318/25-27; Заявл. 29.03.77; Опубл. 21.07.78.

5.Крейндель Ю. Е., Пономарев В. П., Пономарева Л. С., Слосман А. И. О влиянии стадии катодного распыления на ионное азотирование// Электронная обработка материалов.-1981.- №6,- С.38-40.

6. Крейндель Ю. Е., Пономарев В. П., Пономарева Л. С., Слосман А. И. Некоторые особенности азотирования анода и катода в тлеющем разряде И Тез. докл. IV Всесоюзной конференции по химико- термической обработке металлов и сплавов, Минск, 1981.- С. 151 -152.

7. Слосман А. И., Протопопов А. В., Постильняк Е. И. Изготовление твердых сплавов с демпфирующей связкой методом пропитки //Пластическая деформация сплавов и порошковых материалов, Томск, 1982,- С. 213-214.

8. Костюков Н. А., Панин В. Е., Слосман А. И., Овечкин Б. Б. Взрывное прессование карбида титана с демпфирующей связкой //Пластическая деформация сплавов и порошковых материалов, Томск, 1982.- С.214-215.

9. Слосман А. И., Овечкин Б. Б., Амирханов Р. И. Изготовление колец из твердых сплавов с демпфирующей связкой методом взрывного прессова-ния//11орошковая металлургия и покрытия: Сб. тр. ТФ СО АН СССР, Томск, 1984 -С. 3-6.

Ю.Слосман А. И., Овечкин Б. Б., Ласточкин П. В. Особенности структурооб-разования безвольфрамовых твердых сплавов с никельтитановой связкой // Теория й практика порошковой металлургии; Тез. док. Всесоюзного науч.-техн. семинара, Челябинск, 1984.-С.25.

11.Крейндель Ю. Е., Пономарев В. П., Пономарева Л. С., Слосман А. И. Об азотировании анода в тлеющем разряде// Электронная обработка материалов, 1984.-№4,- С.32-34.

12. Слосман А. И., Кульков С. Н., Овечкин Б. Б., Можеева Е. В. Формирование структуры твердого сплава с никельтитановой связкой// Применение порошковых композиционных материалов в машиностроении, Пермь, 1985.- С.136 137.

13. Панин В. Е., Слосман А. И., Овечкин Б. Б., Бондарь М. П., Костюков Н. А. Взрывное прессование композиции TiC-TiNi// Порошковая металлургия, 1985.-№7.- С.27-31.

14. Слосман А. И., Мидуков В. 3-, Кочепасов И. И. Порошковая металлургия в машиностроении: Сб. трудов Всесоюзной науч.-техн. конф., Новосибирск, 1985.-С. 41-44.

15. Panin V.E., Ovechkin В.В., Slosman A.I, Effect of explosive compaction upon the properties of TiC - TiNi composition// Proceedings of the nint international conference, Novosibirsk, August 18-22.- Novosibirsk, 1986.- P. 41-46.

16. Панин В. E., Слосман А. И., Овечкин Б. Б., Кириллов В. А., Бондарь М. П., Костюков Н. А. Динамическое прессование никелида титана// Изв. ву-зов.Физика.-1987.-№9.- С:35-39.

17. Слосман А. И., Овечкин Б. Б., Белоусова Г. И. Секторная прокатка порошковых композиций, содержащих никелид титана.//Тез. докл. Всесоюзной конф. по порошковой металлургии, Новочеркасск, 1988.- С.19.

18. Лемешев Н. М., Слосман А. И., Гармс В. М. Ионное азотирование малолегированных сталей// Сб. трудов ИФПМ СО АН СССР, 1989.- С.204-206!

19. Слосман А. И., Овечкин Б. Б., Кульков С. Н., Калиниченко С. А. Микроструктура спеченной композиции TiC-TiNiZ/Изв. вузов.Черная металлургия.- 1989.- №4.-С.83-86.

20. Слосман А. И., Лемешев Н. М., Эскина Т. Н. Ионное азотирование пресс-инструмента для фармацевтической промышленности //Пути повышения качества и надежности Ннструмента:Тез. доюь 3 зональной науч.-техн. конф., Барнаул, 1989.-С.57.

21.Слосман А. И., Лемешев Н. М. Ионное азотирование пресс-инструмента//Тез. докл. VI Всесоюзного совещания по электронной обработке материалов, Кишинев, 1990.- C.6S.

22. Слосман А. И., Овечкин Б. Б. Изготовление спеченных катодов из силицидов титана//Порошковые материалы и покрытия.-Барнаул, 1990.- 65 с.

23. Panin V.E., Slosman A. I.,Ovechkin В.В., Bondar М.Р., Kostyukov N.A. Structure and Properties of TiC-TiNi sintered composite obtained under shoch-waved effect//Explomet'90, San Diego, California, U.S.A., 1990.- P.291-293.

24. Слосман А. И., Лемешев H. M. Ионное азотирование стали Х12Ф1//МИТОМ.-1990, №12,- С.15-17.

25. Крейндель Ю. Е., Лемешев Н. М., Слосман А. И. Эффект полого катода при азотировании в тлеющем разряде. Электронная обработка материалов,

1990, №6,-С.53-56.

26. Панин В. Е., Слосман А. И., Овечкин Б. Б. Влияние температуры прессования на свойства спеченного никелида титана и композиций на его осно-ве//Применение методов порошковой металлургии для изготовления деталей машин и инструмента: Тез. докл. Всесоюзной конф., Ереван, 1990.- С. 18-19.

27. Лемешев Н. М., Слосман А. И. Поверхностное упрочнение пресс-инстумента в тлеющем разряде //Модификация свойств конструкционных материалов пучками заряженных частиц: Тез. докл. Всесоюзной конф., Свердловск, 1991.- С. 102-104.

28.Слосман А. И., Лемешев Н. М., Эскина Т. Н. Повышение стойкости матриц для таблетирования путем ионного азотирования //Химфармжурнал

1991.-№10.-С. 75-77.

29. Строкатов Р.Д., Дубовик Н. А., Слосман А. И., Мадаминов З.Р. Ионное азотирование высокоазотистой аустенитной стали Х17АГ18Ф//Тез. докл. 2 Международной конфер. по высокоазотистым сталям, Киев, 1992.- Ч.1.-С.88-89.

30. Панин В. Е., Слосман А. И., Овечкин Б. Б., Кульков С. Н. Влияние температуры прессования на уплотняемость никелида титана //Порошковая ме-таллургия.-1993.-№3.- С. 19-22.

31. Панин В. Е., Слосман А. И., Овечкин Б. Б., Матренин С. В. Высокопрочная оксидная керамика конструкционного и инструментального назначения //Исследования в области порошковой металлургии: Тез. докл. науч.-техн. конф., Пермь, 1993.-С.76-78.

32. Панин В. Е., Слосман А. И., Матренин С. В. Керамика из ультрадисперсных порошков на основе диоксида циркония //Керамика в народном хозяйстве: Тез. докл. Всероссийской науч.-техн. конф., Суздаль.-М., 1993.-С. 17-18.

33. Кульков С. Н., Нестеренко В. Ф., Мельников А. Г., Слосман А. И. Фазовые превращения в диоксиде циркония, подвергнутом ударноволновому воздействию// Новые материалы и технологии: Тез. докл. Российской на-уч.-техн. конф., Москва, 1993.-С. 17

34. Матренин С. В., Овечкин Б. Б., Слосман Л. И., Глухов Е. Б. Структура и свойства циркониевой керамики из ультрадисперсных порошков //Новые порошковые материалы: Сб., Барнаул, 1993.-С. 135-140.

35. Слосман А. И., Соколов В. М., Хасанов О. А. Двилис Э. С., Дедов Н. В. Ультразвуковой диспергирование высокодисперсных порошков //Получение, свойства и применение энергонасыщенных УДП Me и их соединений: Тез. докл. Российской конф. 3-5 ноября РАН-Томск, 1993.-114с.

36. Апаров Н. А., Апарова Л. С., Слосман А. И., Матренин С. В. Влияние предварительной обработки на технологические свойства плазмохимиче-ских оксидных порошков //Огнеупоры, 1994, №2.-С.4-7.

37. Зенин Б. С., Безбородов В. П., Слосман А. И. Применение плазменных процессов для получения заданной структуры покрытий //Новые материалы й технологии: Тез. докл. Российской науч.-техн. конф., Москва, 1994,-С.118.

38. Слосман А. И., Матренин С. В. Элекгроразрядное спекание керамики на основе диоксида циркония //Огнеупоры, 1994, №9,- С.24-27.

39. Хасанов О. Л., Похолков Ю. П., Соколов В. М., Двилис Э. С., Слосман А. И., Матренин С. В. Ультразвуковое компактирование циркониевой керамики из ультрадисперсных порошков //Стекло и керамика, 1995, №7,-С.15-18.

40. Панин В. Е., Слосман А. И., Колесова Н. А., Гладун А. Н. Мезомеханика изнашивания поверхностно упрочненных материалов// Тез. докл. Международного конгесса "Защита-95", Москва, 20-24 ноября 1995 г.- С.142.

41. Панин В. Е., Слосман А. И., Матренин С. В. Влияние водорода на активацию спекания циркониевой керамики в тлеющем разряде/ЛЗодородная обработка материалов: Тез. докл. I Международной конф., Донецк, 1995.-С.61.

42.Han Wei, Slosman A.I. Ionitriding of Stainless Chromium SteeLActa Scientiarum Naturalium Universitatis Gilinsis,l995, №9.-P.51-55.

43. Панин В. E., Слосман А. И., Колесова Н. А. Полосовые мезоструктуры при деформации поверхностно упрочненных поликристаллов //Физика прочности и пластичности материалов: Тез. докл. IV Международной конф., Самара, 1995,-С.21-22.

44.Панин В. Е., Слосман А. И., Матренин С. В. Структура и механические свойства циркониевой керамики, полученной электроразрядным спекани-ем//Физика прочности и пластичности материалов: Тез. докл. IV Международной конф., Самара, 1995,-С.397-398.

45. Panin V.E., Slosman A.I., Gladun A.N., Han Wei. The development of resistance increase «ear of mould tools by surface hardening/Third Russian -Chinese Symposium. Kaluga, October 9-12,1995,- P.226.

46. Панин В. Е., Слосман А. И., Колесова Н. А., Хая Вэй . Деформация и прогнозирование материалов с поверхностным упрочнением //Компьютерное конструирование перспективных материалов и технологий: Тез. докл. IV Международной конф., Томск, 1995.- С.124-125.

47.Итин В. И.Клопотов А.А., Егорычев К. Н., Слосман А. И., Гончаренко Н. М., Гюнтер В. Э Модификация поверхностных слоев никелида титана при ионном азотировании//Материапы Международной конф. Россия, Новосибирск, 24-26 ноября 1995.-С.234.

48.Панин В. Е., Слосман А. И., Матренин С. В. Активированное спекание диоксида циркония/УИзв.вузов,- Физика.-! 996.-№3.- С. 32-36.

49.Panin V.E., Slosman A.I., Han Wei, Ten Fen-en. Fragmentation of semicristalline Polyethylene under Plastic Deformation at mesolevel. Abstract International Conference "Mesofracture-96", Tomsk, 1996. P.78.

50.Panin V.E., Slosman A.I., Kolesova N.A. Fracture of Surface Hardened Materials. Abstract International Conference "Mesofracture-96", Tomsk, 1996-P. 132.

51.Панин В. E., Слосман А. И., Колесова Н. А. Закономерности пластической деформации и разрушения на мезоуровне поверхностно упрочненных образцов при статическом растяжении // ФММ.-1996,- Т.82, вып.2.- С. 129136.

52. Пат. 2062304 РФ, МКИ 6 С 23 С 8/36, В 23 Р 15/28. Режущий инструмент / Панин В. Е., Колобов Ю. Р., Слосман А. И., Кашин О. А., Веселое Ю. Г. ; 3аявл.8.12.93; Опубл. 20.06.96, Бюл. №17.

53.Панин В. Е., Слосман А. И., Колесова Н. А., Гладун А.Н. Мезомеханика процесса износа поверхностно упрочненных материалов //Тез. докл. II Международного конгресса по трибофатике, Москва, 15-16 октября 1996г.

54.Панин В. Е., Хан Вэй, Слосман А. И., Тэн Фэнь Энь, Ван Юй Нин. Мезо-зомеханика пластической деформации частично кристаллического полиэтилена / / Изв. вузов.-Физика. - [997.- № (.-С.48-53.

55.Панин В. Е., Слосман А. И., Колесова Н. А. О механизмах фрагментации на мезоуровне при пластической деформации поверхностно упрочненной хромистой стали. - ФММ.1997, Т.84, вып. 2, С.130-135.

56.Панин В. Е., Слосман А. И., Овечкин Б. Б., Молчунова И. Ю. Влияние ионного азотирования на пластичность и механизмы пластической деформации теплотехнической стали //Труды международной научно-технической конференции/ Новосибирск, 1997.-Т.4, - С. 3-6.

57.Panin V. Е., Slosman A. I. and Kolesova N. A. Fragmentation mechanisms at the mesoscale level of surface hardened stainless steel under plastic deformation.// Abstracts of International Conference "Computer-Aided Design of Advanced Materials and Technologies", August 4-6, 1997, Baikal Lake, Russia, P. 157-158.

58.Слосман А. И., Овечкин Б. Б., Молчунова И. Ю., Глухов Е. Б. Поверхностное упрочнение стали 12Х1МФ в плазме тлеющего разряда. Всероссийекай научно-техническая конференция // "Современная электротехнология в машиностроении", Тула 3-4 Июня, 1997,-С. 249-252.

59.Слосман А. Й., Овечкин Б. Б., Абрамовская Н. Л., Мячин Ю. В. Пластическая деформация поверхностно упрочненной теплотехнической стали // Материалы региональной научно-технической конференции / Тюмень 1921 ноября, 19971-С.45-46.

60.Панин В. Е., Слосман А. И., Матренин С. В. А.с. №94039467/03 "Способ спекания циркониевой керамики в тлеющем разряде". Положительное решение ВНИИГПЭ от 25.03.1997.

61 .Панин В. Е., Слосман А. И., Колесова Н. А., Овечкин Б. Б., Молчунова И. Ю. Влияние толщины упрочненного слоя на формирование мезоструктур при растяжении поверхностно упрочненных образцов // Изв. вузов. Физика, 1998.-№6.-С.63-69.

62.Панин В. Е., Хан Вэй, Слосман А. И., Тэн Фэн-энь, Ван Юймин Влияние электронного облучения на структуру и свойства частично-кристаллического полиэтилена // Радиационная физика твердого тела: Труды VIII Межнационального совещания, Севастополь, 29-4 июля 1998. -С.574-578.

63.Панин В. Е., Слосман А. И., Колесова Н. А. Влияние ионного азотирования на механизмы пластической деформации на мезомасштабном уровне нержавеющей хромистой стали // Радиационная физика твердого те-ла'.Труды VIII Межнационального совещания, Севастополь, 29-4 июля 1998. - С. 604-609.

64.Слосман А. И., Лемешев Н. А., Овечкин Б. Б., Чирухина Л. А. Повышение стойкости пресс - инструмента в фармацевтической промышленности методом ионного азотирования с использованием эффекта полого катода // Новые химические технологии. Сб. материалов Всеросс. научно-техн. конф.-Пенза,-1998-С. 47-49.

65.SIosman A. L, Ovechkin В; В., Kolesova N. A. Influence of hardened layer thickness on plastic deformation mechanisms at the mesoscale level of surface hardened meterials // International conference: Physical mesomechanics and computer aided design of advanced materials and technologies — MESOMECHANICS'98, June 1-4,- 1998.-Tel Aviv, Israel, 1998.- P. 136.

66. E. Panin, A. I. Slosman, 'N. A. Kolesova, В. B. Ovechkin. Corrugation caused by stretching surface-strengthened materials // The second Russian-Korean International symposium on science and technology. August, 30 - sept., 5 at Tomsk polytechnic university.-Tomsk, Russia, 1998.- P.183.

67. Wei Han, Haobin Luo, Feng-en Teng, Yuming Wang, Panin V.B.,Slosman A.I. Plastic deformation and fracture of partially crystalline polyrthylene at the mesoseopic level.// Journal of materials science letters №18, 1999.-P.545-548.

65.Grishkov V.N., Lotkov A.I., Slosman A.I., Timkin V.N. The influence of deformation on microstructure of nitrided equiatomic TiNi //Advanced materials

71 and processes: Abstracts V Russian-Chinese International Symposium, July 27-August I, Baikalsk-Russia, 1999.- P.74.

69.Rusin N.M., Tarasov S.Yu., Panin V.E., Slosman A.I., Antipina N.A. Surface hardened anti-friction composite //Advanced materials and processes: Abstracts V Russian-Chinese International Symposium, July 27-August 1, Baikalsk-Russia, 1999 - P. 186-187.

70.Panin V.E., Slosman A.I., Chiruhina L.A., Ovechkin B.B., Y.V. Myachin Effect of surface hardening on mechanical properties and wear resistance of high-chromium steel //Advanced materials and processes: Abstracts V Russian-Chinese International Symposium, July 27-August 1, Baikalsk- Russia, 1999.-P.183.

Размножено в ООО "РауШ мбХ",ул. Усова. 7. к. 143. Тираж 100