Лазарюк Валерій Володимирович. Розробка та дослідження жаростійких безвольфрамових твердих сплавів (Ti, Nb)C-Ni-Cr-Al

Короткий опис

Лазарюк Валерій Володимирович. Розробка та дослідження жаростійких безвольфрамових твердих сплавів (Ti, Nb)C-Ni-Cr-Al: дис... канд. техн. наук: 05.16.06 / Національний технічний ун-т України "Київський політехнічний ін-т". - К., 2004

Лазарюк В.В. Розробка та дослідження жаростійких безвольфрамових твердих сплавів (Ti, Nb)C-Ni-Cr-Al.Рукопис.Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.16.06 Порошкова металургія та композиційні матеріали. Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут", Київ, 2004.
Розроблено та досліджено безвольфрамові тверді сплави на основі складного карбіду титану та ніобію з нікель-хром-алюмінієвою зв’язкою. Оптимізовано хімічний склад та технологічні режими спікання сплавів.
Встановлено, що легування карбіду титану карбідом ніобію зменшує розчинність тугоплавкої основи у металевій зв’язці сплаву, що уповільнює ріст карбідних зерен. Обмежена розчинність хрому у тугоплавкій фазі (Ti, Nb)C сприяє зменшенню взаємодії металевої зв’язки з тугоплавкою основою.
Підвищення міцності та отримання високих показників твердості та в’язкості руйнування сплавів досягається за рахунок подрібнення структури, зменшення пористості та розмірів карбідних зерен.
Дослідження кінетики окиснення сплавів на повітрі у температурному інтервалі 1173-1392 К показало, що сплав із 24 %(мас.) Ni-Cr зв’язки характеризується вищою жаростійкістю, ніж у карбіду титану та сплавів ТН20 та Т15К6. Досліджено фазовий склад, морфологію, кінетичні закономірності та механізм формування окиснених шарів досліджуваних сплавів.
Розроблені безвольфрамові тверді сплави системи (Ti,Nb)C-Ni-Cr-Al можуть ефективно застосовуватись як інструментальний матеріал для заміни твердого сплаву Т15К6.

1. Розроблено та досліджено безвольфрамові тверді сплави на основі складного карбіду титану та ніобію з нікель-хром-алюмінієвою зв’язкою. Оптимізовано хімічний склад та технологічні режими спікання сплавів. Встановлено, що введення у склад сплавів складного карбіду (Ti, Nb)C та добавки AlN активує процес спікання, зменшує пористість та приводить до утворення дрібнозернистої структури сплаву. Максимальна усадка сплаву (Ti, Nb)C-Ni-Cr-Al досягається при вмісті 10 %(мас.) NbC та 2 % (мас.) AlN.
2. Визначено особливості структури та фазового складу сплавів.Встановлено, що основними фазами сплавів (Ti, Nb)C-Ni-Cr-Al є складний карбід (Ti, Nb)C та твердий розчин заміщення на основі нікелю. Легування карбіду титану карбідом ніобію зменшує розчинність тугоплавкої основи у металевій зв’язці сплаву, що гальмує ріст карбідних зерен в процесі перекристалізації через рідку фазу. Обмежена розчинність хрому у тугоплавкій фазі (Ti, Nb)C сприяє зменшенню взаємодії металевої зв'язки з тугоплавкою фазою.
3. Встановлено, що підвищення міцності та отримання високих показників твердості та в’язкості руйнування сплавів на основі складного карбіду (Ti, Nb)С досягається за рахунок зменшення пористості та розмірів карбідних зерен. Дослідження фізико-механічних властивостей сплавів показало, що підвищені їх значення: sзг=1100 МПа, sст=3800 МПа, HRA=91,5, HV5=1720 МПа, Kіс=12,4 МПам1/2має сплав на основі (Ti, Nb)C із вихідним складом %(мас.): TiC 68, NbC 10, Ni 13,5, Cr 4,5, AlN 2, який відзначається найбільш дрібнозернистою структурою.
4. Дослідження кінетики окиснення сплавів (Ti, Nb)C-Ni-Cr-Al на повітрі за критерієм питомого приросту маси у температурному інтервалі 1173-1392 К показало, що підвищення вмісту Ni-Cr зв’язки від 10 до 24 % (мас.) у сплаві приводить до збільшення його жаростійкості в 22,5 рази при постійній температурі нагрівання. Жаростійкість сплаву на основі (Ti, Nb)C із вихідним складом, %(мас.): TiC 64, NbC 10, Ni 18, Cr 6, AlN 2 вища, ніж стандартних карбідовольфрамових твердих сплавів, компактного карбіду титану та безвольфрамового твердого сплаву марки ТН-20.
5. Досліджено фазовий склад, морфологію, кінетичні закономірності та механізм формування окиснених шарів сплавів (Ti, Nb)C-Ni-Cr-Al. На початковій стадії (1,5-2 год.) відбувається переважне утворення оксидів металів зв’язки сплаву, в подальшому утворюються два окиснені шари на основі рутилу TiO2: зовнішній та внутрішній. При вмісті у вихідному складі хрому 4,5 та 6 % (мас.) на межі внутрішнього окисненого шару з сплавом утворюється суцільний шар оксиду хрому, що приводить до зменшення швидкості окиснення сплаву. В результаті дифузійного потоку катіонів металів у зовнішньому окисненому шарі після 5-6 годин окиснення при досліджуваних температурах формується бар’єрний щільний проміжний підшар з високою концентрацією Nb, Ni, Cr, що змінює лімітуючу стадію окиснення сплаву на дифузію кисню або катіонів металів до реакційної поверхні.
6. Дослідження ріжучих властивостей показали, що розроблені безвольфрамові тверді сплави системи (Ti,Nb)C-Ni-Cr-Al можуть ефективно застосовуватись для заміни карбідовольфрамового твердого сплаву Т15К6 як інструментальний матеріал для ріжучих пластин для обробки конструкційних вуглецевих сталей на чистових та напівчистових токарних операціях із швидкістю різання до 600 м/хв, а також для виготовлення зносостійких деталей технологічного оснащення для обробки металів тиском, що працюють в умовах підвищених температур.