Исследование прочностных характеристик слоистых структур с различным распределением упругих свойств тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

На правах рукописи

Емельянов Евгений Николаевич

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СЛОИСТЫХ СТРУКТУР С РАЗЛИЧНЫМ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ УПРУГИХ СВОЙСТВ

Специальность: 01.04.07. - физика конденсированного состояния

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Благовещенск-2003

Работа выполнена в Институте материаловедения ХНЦ ДВО РАН и в ЗАО «Дальневосточная Технология»

Научные руководители: заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор Верхотуров А.Д., кандидат технических наук, с.н.с. Фадеев B.C. Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Литовка Г.В., кандидат физико-математических наук Пивченко Е.Б.

Ведущая организация: Дальневосточный государственный университет

путей сообщения

Защита состоится 2 декабря 2003 года в_часов на заседании диссертационного совета ДМ.005.002.02 при Амурском комплексном научно-исследовательском институте Амурского НЦ ДВО РАН по адресу: 675000, Амурская обл., г. Благовещенск, Релочный пер., 1, АмурКНИИ.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по вышеуказанному адресу на имя ученого секретаря. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке АмурКНИИ

Автореферат разослан «¿7/ » ЯО ufiopJ 2003 года.

Ученый секретарь диссертационного совета ДМ.005.002.02, к.ф.-м.н.

А.А.Лукичёв

з-А

18о£(

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

В связи с появлением новых труднообрабатываемых конструкционных материалов, высокой стоимостью вольфрама и сокращением его запасов, а также необходимостью повышения стойкости твердых сплавов остро стоит проблема увеличения работоспособности режущего инструмента. Одним из решений этой проблемы в настоящее время является использование защитных и упрочняющих покрытий. Это связано с тем, что инструментальные материалы с покрытием обладают комплексом свойств - высокой прочностью и ударной вязкостью, обеспечиваемые основой, и высокой износо-, жаро- и коррозионной стойкостью, обеспечиваемые покрытиями. В промышленно развитых странах практически весь выпускаемый инструмент выпускается с использованием одно-, двухслойных покрытий, что тоже не решает полностью указанной проблемы. В отечественной промышленности вопрос использования покрытий для режущего инструмента стоит еще более остро.

Но проблема применения покрытий для режущего инструмента не может быть решена без создания теоретических основ проектирования слоистых композиций определенного состава и структуры, в том числе создания модели определенного композита на поверхности твердого сплава. В этом направлении можно отметить работы отечественных ученых, например, Верещаки A.C., Пет-рушина С.И., Белого A.B., Аникеева А.И. и др.

Выбор составляющих и формирование нужной структуры композиционного материала с целью получения комплекса требуемых свойств - задача сложная и трудоемкая, если поиск проводить только экспериментальным путем. Создание этих материалов и широкое их внедрение связано как с дальнейшими фундаментальными исследованиями в классических областях физики твердого тела, так и с разработкой новых междисциплинарных подходов, основанных на системном анализе, имитационном моделировании на ЭВМ.

В последние годы в материаловедении сформировалось новое направление - конструирование материалов с заданными свойствами путем целенаправленного формирования структуры и свойств внутренних границ между зернами, частицами, кристаллитами, фазами и т.п. Несомненно, что формирование поверхностного слоя с заранее заданными свойствами экономически более целесообразно, чем модифицирование всего объема материала.

Особенности разрушения композитов, связанные с многообразием ситуа-

ций, возникающих на структурном

цам раздела, растрескивание компонентов), требует создание специализированных структурных моделей композитов, основанных на изучении упругих и прочностных характеристик материалов с покрытиями.

Исследования проводились с 1998 по 2002 гг. в Институте материаловедения ХНЦ ДВО РАН по теме: «Разработка и получение функциональных материалов и покрытий с использованием минерального сырья и исследование их свойств» (№ гос. регистрации 01.2.00106190).

Цель работы

Целью работы является разработка нового конструкционного материала инструментального и триботехнического назначения с градиентом упругих свойств по глубине, структурные компоненты которого выбраны на основании теоретических и экспериментальных исследований.

Научная новизна

1. Разработаны оригинальные методы определения модуля Юнга поверхностно-упрочненных материалов и одно-, многослойных покрытий из тугоплавких соединений на основе измерения резонансных частот при продольных ультразвуковых колебаниях образца.

2. Определено распределение модуля Юнга и исследована его температурная зависимость в поверхностном легированном титаном слое твердого сплава группы ВК.

3. Исследовано влияние упругих характеристик на напряженное состояние и прочность твердосплавных материалов с тонкими (6 ... 10 мкм) одно-, многослойными покрытиями из тугоплавких соединений с помощью метода конечных элементов при комплексном воздействии температурных и силовых факторов. Показано, что во всех случаях в начальной стадии первым разрушается покрытие.

4. Предложена модель инструментального материала слоистой структуры, состоящего из трех основных слоев: верхнего слоя, обладающего высокой износостойкостью и коррозионной стойкостью при повышенных температурах (из TiN, AIN, CrN, AI2O3); нижнего слоя, обеспечивающего прочную связь с основой (из .TiC, ZrC, WC); промежуточного слоя, играющего роль барьерного слоя и имеющего высокие трещиностойкость и теплостойкость (из TiCN). При этом для обеспечения плавного изменения упругих характеристик вводятся дополнительные переходные слои.

Практическая значимость работы

Разработка методов определения упругих характеристик, алгоритма расчета напряженного состояния и исследования прочности, создание физико-математической модели слоистых структур с заданным распределением упругих

свойств позволит рассматривать процессы упрочнения и разрушения материалов в зависимости от структурных параметров и условий нагружения, что, в свою очередь, позволит прогнозировать на этапе проектирования свойства композиционных материалов с градиентом свойств по его глубине. Кроме того, предлагаемая модель позволяет прогнозировать работоспособность материалов с покрытием в процессе его эксплуатации.

При создании специализированных моделей важно выбрать такой параметр, управляя которым можно получить работоспособный многослойный материал инструментального и триботехнического назначения. Как показывает анализ работ по исследованию прочностных характеристик различных материалов (работы И.Н. Францевича, В.И. Трефилова, В.Ф. Моисеева, С.И. Петрушина, В.А. Барвинка, H.A. Долгова и др.), в задачах подобного класса основными варьируемыми параметрами являются упругие характеристики. Это связано с тем, что для твердых тел они играют особую роль. С одной стороны они связаны с энергией кристаллической решетки и являются мерой прочности межатомных связей. С другой стороны, они входят в аппарат механики твердого тела, расчетов на прочность. Такие параметры, как дефектность, наличие примесей и условия нагружения влияют на величину упругих характеристик, то есть, варьируя как составом исходных веществ, так и режимами (параметрами) технологии получения материалов, можно достигать заданные градиенты упругих свойств.

Реализация результатов работы

Результаты работы используются для исследования упругих и прочностных характеристик инструментальных материалов с покрытиями, выпускаемых ЗАО «ДВ-Технология», а также для исследования и прогнозирования работоспособности новых экспериментальных материалов с поверхностным градиентом свойств, разрабатываемых в ЗАО «ДВ-Технология».

Апробация работы

Основные положения работы докладывались на заседании Ученого совета института материаловедения ХНЦ ДВО РАН в 1998 - 2001 гг., на научно-техническом совете ЗАО «ДВ-Технология», представлены на 3-ем Всероссийском симпозиуме «Математическое моделирование и компьютерные технологии», г. Кисловодск, 1999 г., на 17-ой Международной конференции «Методы граничных и конечных элементов в механике деформируемых тел и конструкций», г. Санкт-Петербург, 1999 г., на VII-ой конференции «Механика летательных аппаратов и современные материалы», г. Томск, 2000 г., на конференции молодых ученых «Мезомеханика-2000», г. Томск, 2000 г., докладывались на Симпозиуме «II Самсоновские чтения», г. Хабаровск, 2002 г.

На защиту выносятся:

1. Модель многослойного композиционного материала с заданным распределением упругих свойств по глубине, применяющаяся для разработки необходимой структуры, состава материала и прогнозирования его поведения в условиях эксплуатации.

2. Способ, заключающийся в возбуждении в образце вынужденных продольных ультразвуковых колебаний до и после удаления (нанесения) исследуемого легированного слоя (покрытия), служащая основой методов определения модуля Юнга

3. Результаты исследования кинетики разрушения твердосплавного режущего инструмента с покрытием из тугоплавких соединений, хорошо согласующиеся с данными, полученными при исследовании влияния упругих свойств на напряженное состояние и прочность инструментальных материалов с одно-, многослойными покрытиями.

4. Материал режущих пластин, состоящий из поверхностно легированного титаном твердого сплава ВК6 и многослойных покрытий ИС-ИСК-ТО!, ■ПС-ТЮИ-АгОз, обеспечивающий инструменту высокие стойкость и надежность.

Публикации

По теме диссертационной работы опубликовано 15 печатных работ.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, списка литературных источников из 151 наименований, приложения, включает 4 таблицы, 61 рисунок. Содержание работы изложено на 153 страницах машинописного текста.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении содержится обоснование актуальности работы, цель работы, отражены научная новизна и практическая ценность работы.

В 1-ой главе проведен анализ литературных данных о различных материалах с покрытиями, применяющихся в промышленности, технологий их получения и методов исследования подобных материалов; для обоснования выбора упругих характеристик в качестве основного варьируемого параметра рассматривается их взаимосвязь со свойствами, составом, способами получения исследуемых материалов.

Известно, что композиционные материалы (КМ) представляют собой такой класс материалов, которые можно конструировать, выбирая компоненты с нужными свойствами и создавая определённые структуры. Одним из видов КМ

являются материалы, в которых имеется градиент свойств в направлении, перпендикулярном поверхности (в дальнейшем для краткости будем называть их материалами с поверхностным градиентом свойств (МПГС)). Это те материалы, в которых физико-механические свойства (твёрдость, упругие и теплофизиче-ские характеристики и т.д.) изменяются от основы к поверхности по какому-либо закону.

В зависимости от технологических режимов нанесения покрытий, поверхностного упрочнения материала, исходных веществ можно получить распределение упругих характеристик, изменяющихся по определенному закону: линейному, полиномному, экспоненциальному, логарифмическому и т.д., причём в переходной зоне может быть минимальный экстремум Е (ттЕ < Ей») или максимальный экстремум Е (шахЕ > Е«,,).

На данный момент существуют ряд технологий получения МПГС. Но наибольшее применение получили методы химического (ХОП) и физического осаждения покрытий из газовой фазы (ФОП).

Обзор научно-технической литературы показал, что создание МПГС развивалось в несколько этапов. Первым этапом являлось нанесение однослойных покрытий, что давало повышение износо-, жаро-, коррозионной стойкости, твердости и т.д. рабочих поверхностей инструмента. Но чаще всего это сопровождалось снижением статической и усталостной прочности всего изделия и увеличением остаточных напряжений в поверхностных слоях материала. Поэтому в дальнейшем исследовательские работы были направлены на улучшение прочностных показателей материалов с покрытиями в сочетании с высокими триботехническими характеристиками. Главным образом, это достигалось нанесением многослойных покрытий из смеси двух или более металлов и соединений, а также разработкой новых технологий поверхностного упрочнения. Одновременно появились многочисленные теоретические работы, в которых рассматривается прочность материалов с однослойными покрытиями и влияние на нее упругих характеристик на основе теории Гриффитса (работы Н.А.Долгова, Б.А. Ляшенко и др.). Материалы с многослойными покрытиями, как правило, исследуется только экспериментальным или только теоретическим путем. Ряд работ посвящен созданию моделей материалов с многослойными покрытиями (И.Я.Дехтяр, К.А.Осипов), большое число работ посвящено экспериментальному исследованию легированных сплавов.

Большое количество накопленного экспериментального и теоретического материала позволяет нам поставить задачу целенаправленно модифицировать поверхностные свойства конструкционных материалов.

На основании проведённого анализа сформулирована следующая задача работы:

Исследование влияния упругих свойств (распределения упругих свойств) на прочностные показатели поверхностно-упрочненных материалов для получения работоспособной многослойной композиции инструментального назначения.

Измерение размеров образца Измерение размеров образца

Определение коэффициента термического расширения

- -*

Измерение плотности Измерение плотности

Определение модуля Юнга Е,а

Определение модуля Юнга Е^

Снятие слоя плоцадью поперечного сечения Э)

Нанесение слоя площадью

Измерение размеров образца Измерение размеров образца

Определение юэффициента термического расширения

дИ- -Ш

Измерение плотности Измерение плотности

+ +

Определение модуля Юнга Еи Определение модуля Юнга Е,

Расчет модуля Юнга

снятого слоя: Е, = (Е1С15-Е„3„)/8,

Расчет модуля Юнга нанесенного слоя: Е,.1 = (Еп-Зп- ЕгБО/Б,.,

Рис. ]. Схема определения модуля Юнга в поверхностно-упрочненном материале и в покрытии.

Во второй главе разработаны методы определения упругих характеристик и алгоритм расчёта напряженного состояния МПГС и исследования прочности этих материалов.

На рис. 1 показана схема определения модуля Юнга: 1 - поверхностно-упрочненных материалов (легированные, поверхностно-пластически деформированные т.п.), в которых физико-механические свойства изменяются плавно от поверхности вглубь объема основы (левая колонка схемы); 2 - материалов с нанесенными моно- и многослойными композиционными покрытиями (ступенчатое изменение физико-механических свойств) (правая колонка схемы).

Оба способа основаны на измерении резонансных частот при вынужденных продольных колебаниях образца. Для этого применяется материаловедче-ская ультразвуковая установка «МУЗА», которая позволяет определять упругие характеристики в широком интервале температур, что важно для жаростойких композиционных материалов. При этом плотность образцов определялась гидростатическим взвешиванием, а коэффициент линейного термического расширения - дилатометрическим методом.

Для расчета напряженного состояния была принята следующая расчетная схема (рис. 2). Задача решалась в плоской постановке. Размеры исследуемой области: (10 ... 20) * (10 ... 20) мм. Материал области считался гомогенным вдоль оси Y и гетерогенен вдоль оси X.

В связи с тем, что МПГС инструментального (триботехнического) назначения работают в условиях фспия и сжашя, к» определяющими и tone контакта были приняты сосрсдоючепныи сжимающие Р и сдвиговые Q нагрузки. Так как рассмафи-ваемые-материалы-имеют низкую прочность на растяжение и разрушаются они по причине возникновения растягивающих напряжений, то при расчётах величина сжимающей нагрузки была принята равной 30, 50. 70 % от предела прочности материала основы на растяжение, а сдвиговой нагрузки - равными 30, 50 и 70 % от предела прочности на сдвиг (кручение). Температура нагрева принималась равной 100, 200,400°С.

Приняты смешанные граничные условия: при х = 0, -а < у < а: а = Р(у), т = Q(y); х = 0, -А < у < -а, а < у < А: а = т = 0; х = В, -А < у < А: их = 0, тх = 0; 0 < х < В, у = -А; А: и> = 0, т> = 0.

Р(у! О(у)

• 0

Т"С

в

Рис. 2. Расчетная схема.

где о, 1 - нормальные и касательные напряжения, соответственно; им и> - перемещения вдоль оси ох и оу, соответственно.

Для выбранной схемы нагружения определяющим параметром напряженного состояния (НС) является компонента тензора напряжений сТуу.

При реализации предлагаемой постановки задачи исследования напряженного состояния следует учесть, что при использовании справочных значений упругих и термоупругих характеристик получаем идеализированную модель напряженного состояния композиционного материала. Это связано с тем, что справочные величины физико-механических характеристик приводятся для эталонных материалов с определенным стехиометрическим составом, структурой. Известно, что на свойства влияют как способ получения материала (технологическая среда, режимы), так и состав исходного сырья. Поэтому для получения более ючной информации необходимые физико-механические свойства материалов определяются экспериментальным путем, например, ультразвуковыми мстдами.

По-шорых. |.к. тлщипа нокрьиий намного меньше размеров самих деталей, то расчет напряженного состояния проводится в два этапа. На первом этапе проводится расчет напряженного состояния всей детали, считая, что материал являеюя гомогенным и имеет эффективные свойства основы. На втором этапе выявляется область с максимальными растягивающими или сжимающими компонентами напряжений, действующих вдоль поверхности, и рассчитывается напряженное состояние данной области. При этом исследуемый материал считается гомогенным вдоль поверхности и гетерогенным вдоль нормали к поверхности. В качестве граничных условий используются данные, полученные на первом этапе. Исследование напряженного состояния проводится по трём направлениям:

1) решение упругой задачи без учёта температурных факторов;

2) решение задачи термоупругости без учета силовых факторов;

3) решение задачи с учётом силовых и температурных факторов.

Для опенки прочности матёриалов, как правило, используется критерий наибольших касательных напряжений. Если в исследуемой конструкции рассматриваются композиционные материалы, то для них применяются специализированные критерии прочности, как, например, для твердых сплавов - критерий прочности Писаренко-Лебедева.

В третьей главе приведены результаты фрактографических исследований материалов с покрытиями: результаты исследования модуля Юнга и влияния параметров поверхностного градиента на напряжённое состояние и проч-

ность материалов. Выли исследованы материалы с однослойными покрытиями, с покрытиями с переходной зоной и материалы с многослойными покрытиями.

Кинетику и механизм разрушения твердых сплавов с покрытиями исследовали при комбинации квазистатических и циклических механических и термических нагрузок в условиях свободного торцевого фрезерования сталей 45 и Х12Ф1 фрезами, оснащенными сменными многогранными пластинами формы 03111-120408.

Фрактографический анализ изломов и контактных поверхностей твёрдого сплава с покрытиями позволил выявить существенные различия в микромеханизмах разрушения в зависимости от условий нагружения, физико-механических свойств основы, конструкций износостойких покрытий, способа нанесения и фазового состава покрытий.

Исследование кинетики разрушения поверхностей твердых сплавов с износостойкими покрытиями позволило выявить общие закономерности в механизме разрушения покрытий. Разрушение происходит в следующей последовательности: образование сетки микротрещин (рис. 3), появление концентрированных повреждений (рис. 4), расширение берегов микротрещин (рис. 5), распространение микротрещин в глубь покрытия и основы или торможение трещин на границах фаз (поверхностях раздела) (рис. 6, 7).

Рис.3. ВКб+TiC-TiN. Растрескива- Рис.4. ВКб+TiC-TiCN-TiN. Концен-ние покрытия (х 150). трированное разрушение покрытия

(х750).

Рис. 5. ВКбТ+ТЮ-'Ш. Рис.6. ЕКб+ТЮ-ТЮИ-™. Распро-

Расширение берегов трещины в странение трещины в основу (высокая глубь основы (х 100). адгезия) (х 1000).

Изучение кинетики роста единичных магистральных трещин в широком диапазоне изменения режима резания на сплавах с одно- и многослойными покрытиями, полученными различными методами, свидетельствуют об общих закономерностях появления магистральных микро- и макротрещин вне зависимости от свойств основы и типа покрытия. Кроме того, выявлено, что однослойные покрытия, полученные как методом конденсации вещества из газовой фазы в вакууме с ионной бомбардировкой (метод КИБ), так и газотермическим методом, разрушаются значительно быстрее, чем многослойные покрытия. Дальнейшее распространение трещин вдоль границ покрытие-покрытие и покрытие-основа в результате действия адгезионных явлений обусловливает макроразрушение материала покрытия.

При этом необходимо отметить, что наличие дисперсно-упрочненного каркаса ((\У,Тт)С-Со) у твердого сплава \УС (94% по мае.) - Со (6% по масс.), изготовленного по технологии (далее по тексту - ВК6Т), определяет более высокое сопротивление вязкому разрушению поверхности по сравнению с обычным твердым сплавом. Поэтому предполагается, что, например, \УС-Со+(^,'П)С-Со)-'ПМ-'ПСМ-'[^ более прочен, чем композиция ^УС-Со (далее по тексту - ВК6) с таким же покрытием.

Электронно-микроскопические исследования шлифов, выполненных по нормали к передней поверхности в контактной зоне, на режущих пластинах, предварительно нагруженных в диапазоне низких температур резания (450 ... 550°С), позволили выявить в объемах сплава области с различной степенью деформации. Наиболее деформированными являются объемы подложки протяженностью 10 ... 15 мкм, непосредственно прилегающие к покрытию. Об этом свидетельствует наличие на микрофотографиях шлифов зон с различным уровнем отражательной способности (рис. 8, 9), а также присутствие в изломе на границе раздела подложка-покрытие, кристаллитов карбида вольфрама с бороздками, пластического скольжения и хрупкого межзеренного разрушения кобальтовой матрицы.

Для определения модуля Юнга в поверхностном легированном слое были изготовлены призматические образцы размером 5x5.25x35 мм из сплава ВК6Т.

Рис. 7. ВКб+ТЮ-ТСЫ-т Торможение трещины на поверхности раздела покрытие-подложка (хЗООО).

Исследуемый слой удалялся поэтапно (на каждом этапе удалялся слой толщиной около 0.1 мм). Результаты по распределению модуля Юнга показаны на рис. 10.

Рис. 8. ВКб+ТЮ. Состояние объе- Риа 9' То же' что на Рис" 8> но в Режи" мов покрытия и основы под покры- ме «отраженных электронов» (х 1 ООО), тием (режим «вторичных электронов») (хЮОО).

Таким образом, измерения показали, что поверхностные легированные слои имеют очень низкие значения модуля упругости по сравнению с модулем упругости материала основы, что может говорить об образовании новых соединений в поверхностных слоях материала за счет протекания химических и диффузионных реакций между легирующим элементом и компонентами твердого сплава. Причем протяженность диффузионного (легированного) поверхностного слоя достигла значения, равного примерно 0.35 мм.

Е, ГПа

815 560

зао

620

550

477

462

ор

610

615

ОД 2

0?25 0^2 0,43 0,54

Рис. 10. Изменение модуля Юнга от поверхности в глубь основы твердого сплава ВК6Т, изготовленного по стадийной технологии.

Для определения модуля Юнга в покрытиях были изготовлены цилиндрические образцы диаметром 1.5 мм и длиной 35 мм. Основа выполнена ш сплава ВК6, покрытия - из "ПС. Исследуемый слой толщиной до 20 мкм

наносился методом КИБ. Измерения показали, что модуль Юнга нанесенных покрытий из ТМ, НС равен 438 и 462 ГПа, соответственно.

Таким образом, используя результаты по исследованию модуля Юнга, были проведены прочностные расчеты материалов с различными покрытиями.

На рис. 11, 12 (жирная линия) показаны распределение относительных растягивающих напряжений о/а* (ОРН) и термонапряжений в композиции ВКб+НЫ (НЫ - 8 мкм), откуда видно, что степень неоднородности, заключающаяся в различии упругих характеристик материалов основы и покрытия, влияет на распределение напряжений, то есть на границе раздела наблюдается скачок напряжений. При этом в покрытии ОРН и термонапряжения принимают минимальные значения у границы раздела и максимальные значения у поверхности, а в основе у границы раздела - максимальные значения. Также необходимо отметить, что чем меньше разница между модулем Юнга материалов основы и покрытия, тем меньше будет величина скачка напряжений на границе раздела фаз.

— — крияяя 2 • • • • • крм»яЗ

—» — « — «РИМ* 4 »

-арим) — — — — кроыя 2 •••••«• • *рш*я 3 хрияяя 4........ «/км** 5

Рис. 11. Распределение относительных Рис. 12. Распределение термона-напряжений в материале с переходной пряжений в материале с переходной зоной. зоной при Т = 200°С.

Из рис. 11 и 12 также видно, что в объеме подложки, прилегающей к покрытию, возникает высокий уровень напряжений, что может негативно сказаться на работоспособности материала основы при высоких условиях нагружения.

Влияние толщины монопокрытия Ь на распределение ОРН неопределённо, хотя и прослеживается тенденция уменьшения осцилляции ОРН с увеличением Ь. Наибольшее влияние Ь оказывает на распределение ОРН в покрытии.

Исследование прочности показало (рис. 13), что подобные слоистые композиции не имеют достаточной прочности. Это связано с тем, что у материалов покрытий (тугоплавкие соединения) прочность на растяжение в несколько раз меньше прочности на растяжение твёрдых сплавов ([с0™] = 3 ... 21 [стпокр] - по

данным технической литературы). Поэтому уже при достижении ими нагрузки 30 % от [о0сн] или температуры 100°С покрытие будет разрушаться первым. А затем, в зависимости от адгезионной прочности соединения покрытия с основой разрушение может перейти либо в основу, либо по границе раздела.

Нагрузка 70 % * температура 400°С

Рис. 13. Сравнительная диаграмма рабочих напряжений стх и допустимых на растяжение напряжений [о/] материалов ВКб+TiN (8 мкм) и с покрытием с переходной зоной.

Если при нанесении покрытия происходят диффузионные процессы между основой и покрытием, то образуется так называемая переходная зона в композиции. (рис. 14). В этой зоне модуль Юнга может изменяться по различным законам. Для примера рассматривались следующие распределения модуля Юнга.

Условно назовём их: кривая 1 (линейный закон изменения Е); кривая 2 (имеется значение Е больше Е материала основы); кривая 5 (имеется значение Е меньше Е материала верхнего слоя покрытия); кривая 3 и 4 (средние значения Е между кривой 1 и кривыми 2 и 5 соответственно). Толщина переходной зоны принята равной 5 мкм, а верхнего слоя 3 мкм (рис. 16). Коэффициент линейного температурного расширения (КЛТР) в переходной зоне обратно пропорционален Е. Коэффициент Пуассона изменяется непрерывно по линейному закону.

Расчёт напряженного состояния без учёта температурных факторов показал (рис. 11), что распределение ОРН Доу/с* в переходной зоне аналогично рас-

- — —кривая 2

- — — кривая 4

"■■■■"вКв+TÎN

тубима, мкм

Рис. 14. Распределение модуля Юнга от поверхности к основе. Основа -ВК6, верхний слой покрытия - Т1М

пределению Е. При этом, чем ниже значение Е в переходной зоне, тем больше значение ОРН в верхнем слое "Т^ и в поверхностном слое основы. И наоборот, чем выше значение Е в переходной зоне, тем ниже уровень ОРН в верхнем слое *ПЫ и в поверхностном слое основы.

При равномерном нагреве материала (например, Т = 200°С) распределение термонапряжений для всех кривых Е аналогичны: имеются максимальные сжимающие термонапряжения в области контакта верхнего слоя "ПИ с переходной зоной и максимальные растягивающие напряжения в области контакта основы с переходной зоной (рис. 12), что может говорить о небольшом влиянии КЛТР на распределении напряжений.

Изменение толщины верхнего слоя покрытия и переходной зоны на величину максимальных напряжений практически никак не сказывается (рис. 15, 16).

♦

« —

минимальные ОРН максимальные ОРН градиент ОРН

♦

— -в — максимальные ОРН

- - -й- ' градиент ОРН

1 о

« о ■107

I Об

х

0.5 04 0.3 02

85« I

—в-

I ..„ " _ I 14 _ 41) I

Г1_"и--е----д----в

О 673 о III

И

0Э|

02

_щ

3 4 5 6

Толщина переходной зоны, мш

Рис. 15. Зависимость ОРН от толщины переходной зоны.

3 5

Толщина верхнего слоя, мхм

Рис. 16. Зависимость ОРН от толщины верхнего слоя композиции с пере-ходнойзоной.

Исследование прочности (рис. 13) показало, что наиболее высокую несущую способность имеют те материалы, в которых присутствует переходная зона. Из всех пяти комбинаций материал с переходной зоной 2 (с шах Е) сохраняет свою несущую способность при всех используемых силовых и температурных факторах. Но при этом необходимо учесть, что, как правило, материалы с высоким Е имеют низкую прочность на растяжение. Также установлено, что на величине рабочих напряжений в основе изменение модуля Юнга и КЛТР практически не сказывается.

В 4-ой главе приводятся результаты по разработке и исследованию модели материала с поверхностным градиентом свойств оптимальной конструкции.

Как показывает анализ технической литературы, наилучшим вариантом МПГС инструментального назначения считается материал с многослойным (5 -6 слоев) и многокомпонентным покрытием. В таком материале верхний слой, контактирующий с обрабатываемым материалом, должен иметь низкую склонность к взаимодействию (или не иметь вообще) с последним и окружающей средой, т.е. должен иметь высокую стойкость к окислению. Также он должен иметь высокую износостойкость. Материал нижнего слоя должен иметь прочную связь с подложкой и близкое к материалу основы кристаллохимическое строение, а также иметь минимальную разницу между модулем упругости, коэффициентом линейного термического расширения. Промежуточный слой должен играть роль барьерного слоя, т.е. иметь высокую трещиностойкость, теплопроводность.

Используя данные, полученные выше и в ранее проведенных работах, получили следующую математическую модель материала с поверхностным градиентом упругих свойств оптимальной конструкции (рис. 17,18).

Рис. 18. Оптимальное распределение КЛТР.

Рис. 17. Оптимальное распределение модуля Юнга.

Для достижения оптимального распределения напряжений от поверхности в глубь объема материала для обеспечения высокой прочности материала в целом было установлено, что промежуточные слои 3-5 должны иметь достаточно низкий модуль Юнга (Е4) и высокий коэффициент термического расширения (а4). Приповерхностный слой 2 имеет Е2 < Е6. При этом слой 6 имеет Е6 < Еосн- КЛТР слоев 2 и б примерно равны и больше КЛТР основы и слоя 4. В математическом виде:

Е, = 0.66-Еоси а, = 1.63-аосн

Е2= (0.73 ... 0.81)-Еосн а2 = (1.02 ... 1.43)- а«,,

Е4= 0.71-Еоен а4 = 1.91.(Хосн

Е6=0.82-ЕОСН а6 = 1.20аосн

Еосн = 3038 / а«,,

для 1 = 3, 5

Ei = (4/ti)x + Ei.1-(l+ti+1/t,)| где % = Ei+1 - Ем

cti= (i /1;)x + a„i -(1 +t,+1/t,K где С = cti+i - an

1-1 i 5л<*<2л

i-i

Расчет на1фяженного состояния (при 2t2 = 2t4 = t5 = 4 мкм, 2tj = 2t3 = Ц = 3 мкм) показал, что благодаря таким законам распределения модуля Юнга и KJITP в промежуточных слоях возникают достаточно низкие напряжения, которые при повышенных температурах имеют отрицательные значения (рис. 19). Поэтому можно сделать вывод, что промежуточные слои играют роль демпфера, что соответствует вышеперечисленным требованиям. При этом необходимо отметить, что слой 2 должен иметь высокую прочность. А это можно достичь применением многокомпонентных материалов, что и учитывалось при разработке физической модели «идеального» МПГС.

В качестве примера материала с поверхностным градиентом свойств оптимальной конструкции для процессов резания можно предложить следующие варианты состава. Материал слоя 6 содержит соединение WC, то есть можно, например, применить двухэлементный материал (W,Zr)C (35 % WC и 65 % ZrC), который обеспечивает необходимые значения Е6 и осе- В качестве материала слоя 1 желательно применить А1203, который хорошо зарекомендовал себя как материал с высокой износостойкостью и стойкостью к окислению. В качестве материала слоя 2 желательно использовать также многоэлементные материалы нитридных систем, например, TaN-AIN, CrN-TiN, HfN-TiN и т.п. Промежуточные слои 3-5 имеют плавное изменение свойств и являются переходом от карбидных систем к нитридным системам. В роли материала подложки рекомендуются твердые сплавы типа ВК6. Это связано с тем, что анализ экспериментальных данных и теоретические исследования, проведенные в работах некоторых исследователей (Фадеев B.C., Верхотуров А.Д., Чигрин Ю.Л. и др.), позволили установить, что для инструментальных твердосплавных материалов по комплексу свойств (теплопроводность; циклическая прочность; прочность на изгиб и сжатие; достаточная трещиностойкость) удовлетворяют сплавы группы WC-Co (с содержанием кобальта 5.5 ... 8 % по массе) со средне- и мелкозернистой а-фазой (1.6 ... 2.4 мкм; 1.0 ... 1.6 мкм соответственно). Таким образом, в целом, физическая модель МПГС оптимальной конструкции может иметь, например, следующий вид:

BK6+(W,Zr)C4W,Ti)C-TiC-TiCN-TiN-(Ta,Ti)N-Al203 (кривая 1, рис. 19) BK6+(W,Zr)C-(W,Ti)C-TiC-TiCN-TiN-(Al,Ta)N-Al203 (кривая 2, рис. 19) BK6+(W,Zr)C-(W,Ti)C-TiC-TiCN-TiN4Hf,Ti)N-Al203 (кривая 3, рис. 19)

BK6+(W,Zr)C-(W1Ti)C-TiC-TiCN-TiN-(Cг,Ti)N-Al20з (кривая 4, рис. 19).

Так как на данный момент получить такой материал сложно, то при аппроксимации кривых распределения модуля Юнга и КЛТР были получены композиции с применением технологий химико-термической обработки, методами ФОП и ХОП, наиболее близкие к оптимальным. Это такие составы: ВК6+((Т1,\А0С-Со>ТЮ-ТЮН-™ и ВК6+((и"М)С-Со)-Т1С-Т1СМ-А12Оз.

70

а 60

Ъ 50 1

I |30

IIм 1110 I 0 i -10 -20

\

1 \

¡1

/ \ /"V

/ ч/

»¿зу V /

_ 1 \ /

к /

\

-фШШН

---кривая 2

- - - - - кривая) ........ «риия 4

глубина, мим

Рис. 19. Распределение рабочих растягивающих напряжений в МПГС оптимальной конструкции.

В пятой главе представлены результаты исследования эксплуатационных свойств инструментальных материалов с покрытиями (СМП). Сравнительные испытания СМП проводились Дальневосточной железной дорогой (вагонное депо ст. Комсомольск (ВЧД-6) и ст. Хабаровск-П (ВЧД-2)) на колесотокар-ном станке ЦВВ-122/2РГ. Режущие пластины - ЬЖГХ 301940 БК Обрабатываемая деталь - колесная пара железнодорожного товарного вагона с дефектами термомеханического происхождения (сталь 60Г)- Условия резания - контурное черновое и чистовое точение профиля бандажа колеса по кругу катания. Основы пластин были изготовлены из твердых сплавов следующего состава: (ВК6) и WC (86 %) - (П,Та)С (8 %) - Со (6 %) (ТТ8К6).

Полученные результаты сведены в таблицу. Как видно из таблицы практически все композиции, основа которых выполнена из ВК6, имеют коэффициент использования Кщ, = 1, за исключением ВКб-К^.ТОС-СоуТЮ-ТО! (К^ = 0.5) и ВКб+ТСС-ТЮМ-ТСИ (Кил = 0.94). Это означает, что для данных пластин характерен износ, а не разрушение сколом в процессе резания. Тогда как композиции, основа которых выполнена из ТТ8К6, разрушаются полностью («рассыпаются», скалываются кромки), использовав всего чуть больше половины своего ресурса.

При этом необходимо отметить, что наилучшую стойкость имеют пластины из ВК6+((\^Т0С-Со)-Т1С-Т1СМ-та1 - К*, = 1.82 по отношению к ТТ8К6. Наименьшую стойкость, а также и наименьший К^ У пластин из ВКб+(^,Т0С-

СоЭ-'га-'ПС-АЬОз (К« = 0.56, Кип = 0.44) и из ТТ8К6+Т1С-А1203 (Кет = 0.91, К, = 0.45), что хорошо коррелирует с прочностными расчетами.

Таблица.

Результаты испытаний режущих пластин.

Основа Покрытие* коэфф. стойк. Кип коэфф. вариац.

ВК6Т ТЮ(4)-ТЮН(6Г™(4) 1,82 1,00 0,288

ВК6Т ТЮ(4)-Т1СН(6ГА120з(1,5) 1,50 1,00 0,242

ВК6 Т1С(5)-А1203 (1,5) 1,46 1,00 0,042

ВК6Т ТЮ(5)-А120з (1,5) . 1,28 1,00 0,316

ТТ8К6 ТЮ(4)-ТЮН(6Г™(4) 1,24 0,63 0,416

ВК6Т ™(8) 1,14 1,00 0,214

ВК6Т тю(6)-то<(4) 1,08 0,50 —

ВК6 ТЮ(4)-ТЮ1(6Г™(4) 1,06 0,94 0,271

ТТ8К6 без покрытия 1,00 0,69 0,653

ВК6 ™(8) 0,93 1,00 0,074

ТТ8К6 ТЮ(5)-А120З(1,5) 0,91 0,45 0,798

ВК6 ™(6ГТЮ(5)-А12ОЗ (1,5) 0,56 0,44 0,246

* - в скобках приведена толщина слоя покрытия в мкм.

Выполненные экспериментальные и теоретические исследования позволили сформулировать следующие основные выводы:

1. Определен и обоснован выбор основного параметра для получения материала с поверхностным градиентом свойств оптимальной конструкции, которыми являются упругие характеристики структурных компонентов.

2. Исследовано влияние упругих характеристик на прочностные свойства различных материалов с поверхностным градиентом свойств инструментального назначения (а также и триботехнического назначения) при комплексном воздействии силовых и температурных факторов, приближенных к реальным условиям с помощью разработанного алгоритма расчета напряженного состояния и исследования прочности. Установлено, что наибольшее влияние модуля Юнга и КЛТР оказывает на распределение напряжений и прочность покрытий, которые разрушаются первыми.

3. Определено распределение модуля Юнга в поверхностном легированном слое переменного состава твердого сплава и определены модули Юнга тонких покрытий из тугоплавких материалов с помощью разработанной оригинальной методики определения модуля Юнга отдельных слоев покрытий и

определения градиента модуля Юнга в поверхностно-упрочненных материалах на основе ультразвуковых колебаний образца.

4. Результаты определения модуля Юнга поверхностных слоев твердого сплава ВКб, легированного титаном, показали, что модуль Юнга имеет меньшие значения (440-460 ГПа), чем модуль Юнга твердосплавной подложки (620 ГПа), что обусловлено образованием новых соединений в поверхностных слоях материала за счет проникания химических и диффузионных процессов между легирующим элементом и компонентами твердого сплава.

5. На основании теоретических и экспериментальных исследований разработана модель материала с многослойным покрытием инструментального и триботехнического назначения с оптимальным распределением упругих характеристик

6. На основе оптимальной модели материала с поверхностным градиентом свойств получены инструментальные материалы, состоящие из подложки, выполненной из поверхностно легированного твердого сплава и многослойного покрытия из тугоплавких соединений. Промышленные испытания пластин из этих сплавов показали их высокую эффективность, что позволило рекомендовать их к внедрению на производство.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Емельянов E.H. К расчету прочности МПГС триботехнического и инструментального назначения (Сообщение 1)// VII конференция «Механика летательных аппаратов и современные материалы»: Сб. избранных докладов. -Томск: Изд. Томского университета, 2000. С. Ill -112.

2. Емельянов E.H. К расчету прочности МПГС триботехнического и инструментального назначения (Сообщение 2)// VII конференция «Механика летательных аппаратов и современные материалы: Сб. избранных докладов. -Томск: Изд. Томского университета, 2000. С. 120 - 121.

3. Фадеев B.C., Емельянов E.H., Чигрин Ю.Л. Исследование характера изменения упругих характеристик и напряженного состояния инструментальных материалов с поверхностным градиентом свойств // Третья всероссийская конференция молодых ученых Физическая мезомеханика материалов «Ме-зомеханика' 2000»: сб. тезисов. - Томск: Изд. Томского университета, 2001. -С. 137-138.

4. Фадеев B.C., Емельянов E.H. Влияние поверхностного градиента упругих свойств на прочность материала с покрытием: многослойные покрытия на твердых сплавах, не образующие переходной зоны. // Исследования Инсти-

тута материаловедения в области создания материалов и покрытий. - Владивосток: Дальнаука, 2001. - С. 60 - 67.

5. Верхотуров А.Д., Емельянов E.H. Влияние поверхностного градиента упругих свойств на прочность материала с покрытием: TiN-покрытия на твердых сплавах с переходной зоной. // Исследования Института материаловедения в области создания материалов и покрытий. - Владивосток: Дальнаука, 2001. -С. 68 - 74.

6. Емельянов E.H., Ларионов Ю.В., Глазова Н.В. Методика исследования градиента упругих характеристик в материалах с композиционными покрытиями //Международный симпозиум (Вторые Самсоновские чтения): Принципы и процессы создания неорганических материалов: Материалы симпозиума. - Хабаровск: Изд-во «РИОТИП». 2002. - С. 146-147.

7. Фадеев B.C., Емельянов E.H. Систематизация материалов с поверхностным градиентом свойств инструментального назначения //Международный симпозиум (Вторые Самсоновские чтения): Принципы и процессы создания неорганических материалов: Материалы симпозиума. - Хабаровск: Изд-во «РИОТИП». 2002. - С. 162-163.

8. Фадеев B.C., Емельянов E.H., Верхотуров А.Д. Проектирование материалов с поверхностным градиентом свойств инструментального и триботехниче-ского назначения //Международный симпозиум (Вторые Самсоновские чтения): Принципы и процессы создания неорганических материалов: Материалы симпозиума. - Хабаровск: Изд-во «РИОТИП». 2002. - С. 163-164.

9. Емельянов E.H., Конаков A.B., Ларионов Ю.В., Глазова Н.В. Исследование упругих характеристик материалов с поверхностным градиентом свойств // Вестник Амурского гос. ун-та. Благовещенск. 2002. Вып. 19. - С. 33-37.

10. Фадеев В.С.7 Верхотуров А.Д., Емельянов E.H. Разработка и исследование материала инструментального назначения с поверхностным градиентом упругих свойств // Перспективные материалы. 2003. № 1. - С. 73-80.

11. Конаков A.B., Емельянов E.H. Способ определения физико-механических свойств многослойных и поверхностно-упрочненных материалов. МПК7 G01N 3/00. Положительное решение о выдаче патента по заявке № 2002122013/28 от 12.08.2002 г.

12. Конаков A.B., Емельянов E.H. Способ определения физико-механических свойств многослойных и поверхностно-упрочненных материалов. МПК7 G01N 3/00. Положительное решение о выдаче патента по заявке № 2002122014/28 от 12.08.2002 г.

13. Конаков A.B., Емельянов E.H. Способ определения физико-механических свойств материала с покрытием. МПК7 G01N 3/00. Положительное решение о выдаче патента по заявке № 2002122015/28 от 12.08.2002 г.

14. Конаков A.B., Емельянов E.H. Способ определения физико-механических свойств материала с покрытием. МПК7 G01N 3/00. Положительное решение о выдаче патента по заявке № 2002122016/28 от 12.08.2002 г.

15. Емельянов E.H., Глазова Н.В., Якупова О.В., Чигрин Ю.Л. Физико-механические свойства и эксплуатационные характеристики инструментальных твердосплавных материалов // Цветные металлы. 2003, № 9.

»18 0 61

i

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СВОЙСТВ, МОДЕЛЕЙ, МЕТОДОВ ПОЛУЧЕНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ МАТЕРИАЛОВ С ПОВЕРХНОСТНЫМ ГРАДИЕНТОМ СВОЙСТВ

1.1. Современные инструментальные материалы с поверхностным градиентом свойств, методы их получения.

1.2. Общие принципы конструирования инструментальных материалов с поверхностным градиентом свойств.

1.3. Методы исследования структуры и физико-механических свойств поверхностно упрочнённых материалов.

1.4. Физические и математические модели градиентных матриалов.

1.5. Выводы. Постановка задач исследования.

ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ УПРУГИХ И

ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СЛОИСТЫХ

МАТЕРИАЛОВ.

2.1. Способ определения модуля Юнга в поверхностно-упрочненном материале и покрытии.

2.2. Физическая постановка задачи

2.3. Математическая постановка задачи

2.4. Методика расчёта напряжённого состояния

2.5. Критерий прочности материала с поверхностным градиентом свойств.

2.6. Алгоритм расчета напряженного состояния и исследования прочности

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ С ПОВЕРХНОСТНЫМ ГРАДИЕНТОМ СВОЙСТВ

3.1. Фрактографические исследования процессов разрушения материалов с поверхностным градиентом свойств.

3.2. Исследование модуля Юнга в поверхностно-упрочненных материалах

3.3. Исследования напряжённого состояния и прочности материалов с покрытиями.

3.3. Выводы

ГЛЛВЛ 4. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МОДЕЛИ МАТЕРИАЛА С ПОВЕРХНОСТНЫМ ГРАДИЕНТОМ СВОЙСТВ ОПТИМАЛЬНОЙ КОНСТРУКЦИИ

4.1. Модель МПГС оптимальной конструкции.

4.2. Реализация модели МПГС оптимальной конструкции.

4.3. Выводы

ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОГО МАТЕРИАЛА С ПОВЕРХНОСТНЫМ ГРАДИЕНТОМ СВОЙСТВ.

5.1. Результаты и их анализ.

5.2. Выводы

В связи с появлением новых труднообрабатываемых конструкционных материалов, высокой стоимостью вольфрама и сокращением его запасов, а также необходимостью повышения стойкости твердых сплавов остро стоит проблема увеличения работоспособности режущего инструмента. В настоящее время для увеличения ресурса работы инструментальных и триботехнических изделий широко используются материалы с различными покрытиями [1-4]. Это связано с тем, что такие материалы обладают рядом комплексом свойств - это высокая прочность и ударная вязкость, обеспечиваемые основой, и высокие износо-, жаро- и коррозиостойкость, обеспечиваемые покрытиями.

В зависимости от условий эксплуатации к получаемым изделиям предъявляют высокие требования как по износо-, жаро- и коррозиостой-кости, так и по прочностным показателям. В течение последних десятилетий было разработано много подобных материалов, которые создавались по принципу: «исходное сырье —> воздействие на него —*■ получение материала —*• исследование физико-механических свойств, их оптимизация, исследование эксплуатационных характеристик; в результате чего получают работоспособную композицию».

Выбор составляющих и формирование нужной структуры композиционного материала (КМ) с целыо получения комплекса требуемых свойств - задача сложная и трудоемкая, если поиск проводить только экспериментальным путем. Создание этих материалов и широкое их внедрение связано как с дальнейшими фундаментальными исследованиями в классических областях физики твердого тела, так и с разработкой новых междисциплинарных подходов, основанных на системном анализе, имитационном моделировании на ЭВМ. Особенности разрушения композитов, связанные с многообразием ситуаций, возникающих на структурном уровне компонентов (расслоение по границам раздела, растрескивание компонентов), требует создание специализированных структурных моделей композитов, основанных на изучении упругих и прочностных характеристик материалов с покрытиями.

Цель работы

Целью данной работы является разработка нового конструкционного материала инструментального и триботехнического назначения с градиентом упругих свойств по глубине, структурные компоненты которого выбраны на основании теоретических и экспериментальных исследований.

Научная новизна

1. Разработаны оригинальные методы определения модуля Юнга поверхностно-упрочненных материалов и одно-, многослойных покрытий из тугоплавких соединений на основе измерения резонансных частот при продольне>1х ультразвуковых колебаниях образца.

2. Определено распределение модуля Юнга и исследована его температурная зависимость в поверхностном легированном титаном слое твердого сплава группы ВК.

3. Исследовано влияние упругих характеристик на напряженное состояние и прочность твердосплавных материалов с тонкими (6 . 10 мкм) одно-, многослойными покрытиями из тугоплавких соединений с помощью метода конечных элементов при комплексном воздействии температурных и силовых факторов. Показано, что во всех случаях в начальной стадии первым разрушается покрытие.

4. Предложена модель инструментального материала слоистой структуры для процессов резания, состоящего из трех основных слоев: верхнего слоя, обладающего высокой износостойкостью и коррозиостойкостыо при повышенных температурах (из ЛЫ, АЬОз); нижнего слоя, обеспечивающего прочную связь с основой (из ТЮ); промежуточного слоя, играющего роль барьерного слоя и имеющего высокие трещиностойкость и теплостойкость (из ТЧСЫ). При этом для обеспечения плавного изменения упругих характеристик вводятся дополнительные переходные слои.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ:

1. Определен и обоснован выбор основного параметра для получения материала с поверхностным градиентом свойств оптимальной конструкции, которыми являются упругое характеристики структурных компонентов.

2. Определено распределение модуля Юнга в поверхностном легированном слое переменного состава твердого сплава и определены модули Юнга тонких покрытий из тугоплавких материалов с помощью разработанной оригинальной методики определения модуля Юнга отдельных слоев покрытий и определения градиента модуля Юнга в поверхностно-упрочненных материалах на основе ультразвуковых колебаний образца.

3. Результаты определения модуля Юнга поверхностных слоев твердого сплава ВК6, легированного титаном, показали, что модуль Юнга имеет меньшие значения (440-460 ГПа), чем модуль Юнга твердосплавной подложки (620 ГПа), что обусловлено образованием новых соединений в поверхностных слоях материала за счет проникания химических и диффузионных процессов между легирующим элементом и компонентами твердого сплава.

4. Исследовано влияние упругих характеристик на прочностные свойства различных материалов с поверхностным градиентом свойств инструментального назначения (а также и триботехни-ческого назначения) при комплексном воздействии силовых и температурных факторов, приближенных к реальным условиям с помощью разработанного алгоритма расчета напряженного состояния и исследования прочности. Установлено, что наибольшее влияние модуля Юнга и КЛТР оказывает на расиределение напряжений и прочность покрытий, которые разрушаются первыми.

5. На основании теоретических и экспериментальных исследований разработана модель материала с многослойным покрытием инструментального и триботехнического назначения с оптимальным распределением упругих характеристик.

6. На основе оптимальной модели материала с поверхностным градиентом свойств получены инструментальные материалы, состоящие из подложки, выполненной из поверхностно легированного твердого сплава и многослойного покрытия из тугоплавких соединений. Промышленные испытания пластин из этих сплавов показали их высокую эффективность, что позволило рекомендовать их к внедрению на производство.

131

1. Болотников Г.В. Современные покрытия для твердосплавного инструмента // СТИН. 1994. № 4. - С. 33 - 37.

2. Самойлов B.C. Новый ассортимент сменных многогранных пластин для металлообработки // Инструмент. 1996. № 4. — С. 6 — 7.

3. Turning Tools: Metalworking products 93/94 / S-811 81 Sandviken Sweden AB Sandvik Coromant, 1993. - 577 p.

4. Третьяков И.П., Торопченов B.C., Ленская Т.Г. Расширение областей применения твердосплавных пластин с покрытиями // В сб.: Качество и эффективность применения твердых сплавов: Науч. тр. / ВНИИТС. М.: Металлургия, 1984. С. 86 - 88.

5. Самойлов B.C., Эйхманс Э.Ф., Фальковский В.А. и др. Металлообрабатывающий твердосплавной инструмент: Справочник. — М.: Машиностроение, 1988. 368 с.

6. Третьяков В.И. Металлокерамические твердые сплавы. М.: Машиностроение, 1962. - 592 с.

7. Верещака A.C., Третьяков И.П. Режущие инструменты с износостойкими покрытиями. М.: Машиностроение, 1986. - 192 с.

8. Верещака A.C. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями. — М.: Машиностроение, 1993. — 336 с.

9. Зотов Г.А., Памфилов Е.А. Повышение стойкости дереворежущего инструмента. М.: Экология, 1991. - 304 с.

10. Конструкционные материалы: Справочник / Под ред. Арзамасо-ва Б.Н. М.: Машиностроение, 1990. - 688 с.

11. Гитлевич А.Е., Михайлов В.В., Парханский Н.Я., Ревуцкий В.М. Электроискровое легирование металлических поверхностей. — Кишинев: Шпиинца, 1985. — 196 с.

12. Свойства, получение и применение тугоплавких соединений: Справочник / Под ред. Косолаповой Т.Я. — М.: Металлургия, 1986. -928 с.

13. Портной К.И., Заболоцкий A.A. и др. Классификация композиционных материалов // Порошковая металлургия, 1977. № 12. — С. 70 75.

14. Коняшин И.Ю., Аникеев А.И. слоистые твердосплавные композиционные материалы // Цветные металлы, 1988. № 11. — С. 80 — 84.

15. Аникеев А.И., Захаров В.И. и др. Двухслойные покрытия из карбида титана и оксида алюминия на твердых сплавах // В сб.: Исследования в области создания и применения твердых сплавов: Науч. тр. / ВНИИТС. М.: Металлургия, 1987. С. 66 - 72.

16. Wolf-Dieter Munz. Titanium aluminum nitride films: A new alternative to TiN coatings // J. Vac. Sei. Technol. A 4 (6), Nov/Dec 1986. -P. 2717 2725.

17. II. Holleck. Material selection for hard coatings //J. Vac. Sei. Technol. A 4 (6), Nov/Dec 1986. P. 2661 - 2669.

18. Леонов Е.Ю., Аникеев А.И. и др. Получение покрытий на твердых сплавах комбинированным методом // В сб.: Исследование и разработка твердых сплавов: Науч. тр. / ВНИИТС. М.: Металлургия, 1988. С. 121 - 123.

19. Русин С.П., Усатиков C.B. О расчете напряжений в тонких прослойках // Проблемы прочности. 1989. № 2. С. 61 - 64.

20. Sousa L.C., Ferreira A.J.M., Sá J.M.А.С. Elasto-plastic analysis of sandwich beams by joint elements // Механика композиционных материалов и конструкций. 2001. Т. 7. № 2. — С. 158 — 168.

21. Кульчицкий-Жигайло Р.Д., Евтушенко A.A. Влияние тонкого покрытия на распределение давления в контактных задачах с учетом фрикционного теплообразования // Прикладная механика и техническая физика. 1998. Т. 39. № 1. С. 110-118.

22. Фадеев B.C., Верхотуров А.Д., Емельянов E.H. Разработка и исследование материала инструментального назначения с поверхностным градиентом упругих свойств // Перспективные материалы. 2003. № 1. С. 73-80.

23. Клочко H.A., Коняшин И.Ю. Оценка величины остаточных макронапряжений в износостойких покрытиях, нанесенных на твердосплавные пластины // В сб.: Исследование твердых сплавов: Науч. тр. / ВНИИТС. М.: Металлургия, 1991. С. 61 - 66.

24. Писаренко Г.С., Самсонов Г.В., Верхотуров А.Д. и др. Прочностные характеристики слоев, полученных электроискровым легированием сталей тугоплавкими металлами // Проблемы прочности. 1973. №2.-С. 106- 112.

25. Самсонов Г.В., Верхотуров А.Д., Бовкун Г.А., Сычев B.C. Электроискровое легирование металлических поверхностей. Киев: Наукова думка, 1976. -219 с.

26. Табаков В.П., Езерский В.И., Полянсков Ю.В. Повышение работоспособности режущего инструмента путем направленного изменения состава износостойкого покрытия // Вестник машиностроения. 1989. № 12.-С. 43 46.

27. Сафронов И.И. Исследование возможности применения карбидных и боридных соединений Ti, Nb, Zr и Cr в качестве электродов для электроискрового легирования. Автореф. дис. канд. техн. наук, 1976. 179 с.

28. Ионная имплантация. / Под ред. Хирвонена Дж. К. М.: Металлургия, 1985. - 392 с.

29. Дейнеко В.Г. Механизация и автоматизация процессов образования профилей методом пластической деформации / Серия С-Х-3: Технология обработки давлением. — М.: НИИ Маш, 1971. — 120 с.

30. Якобсон М.О., Эстерзон М.А., Козырев Ю.Г. Изготовление шлицев на валах накатыванием / Серия С-Х-3: Технология обработки давлением. М.: НИИ Маш, 1968. - 92 с.

31. Белоцерковский М.А. Триботехнические характеристики газоплазменных покрытий // Трение и износ, 2000. Т. 21. № 5. С. 534 - 539.

32. Симдянкин A.A., Кривопалов Ю.В. Исследование износостойкости деталей слоеной конструкции // Трение и износ, 2000. Т. 21. №4.-С. 433 -437.

33. Кравченко В.И., Струк В.А. и др. Композиционные материалыдля антифрикционных покрытий шлицевых соединений кардан/ных передач // Материалы. Технологии. Инструменты. 2000. Т. 6. № 1. С. 35 - 39.

34. Богданович И.II., Кузьменкова Е.И., Байдак A.A. Износостойкие покрытия на основе смесей эпоксидных соединений // Материалы. Технологии. Инструменты, 2000. Т. 6. № 1. С. 31 - 34.

35. Власов В.М. Работоспособность упрочненных трущихся поверхностей. — М.: Машиностроение, 1987. — 304 с.

36. Полевой С.Н., Евдокимов В.Д. Упрочнение металлов. — М.: Машиностроение, 1986.— 320 с.

37. Сулима A.M., Шулов В.А., Ягодкин Ю.Д. Поверхностный слой и эксплуатационные свойства деталей машин. — М.: Машиностроение, 1988. 240 с.е»

38. Кипарисов С.С., Левинский Ю.В., Петров А.П. Карбид титана: получение, свойства, применение. — М.: Металлургия, 1987. — 216 с.

39. Борисенок Г.В, Васильев Л.А. и др. Химико-термическая обработка металлов и сплавов: Справочник. — М.: Металлургия, 1981. 424 с.

40. Филоненко Б.А. Комплексные диффузионные покрытия. М.: Машиностроение, 1981. — 136 с.

41. Чигрин Ю.Л. Исследование, разработка и получение градиентных инструментальных материалов на основе тугоплавких металлов и их соединений: Дис. к-та техн. наук: 05.02.01 — Благовещенск, 1999. 159 с.

42. Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов B.C. Основы расчетов на трение и износ. — М.: Машиностроение, 1977. 526 с.

43. Доценко В.А. Изнашивание твердых тел. М.: ЦИНТИхимнеф-темаш, 1990. - 192 с.

44. Когаев В.П., Дроздов Ю.Н. Прочность и износостойкость деталей машин. М.: Высшая школа, 1991. - 319 с.

45. Тескер Е.И. Повышение контактной прочности поверхностно Ф упрочненных зубчатых колес за счет оптимизации параметров упрочненного слоя // Вестник машиностроения. 1987. № 7. С. 9 — 12.

46. Дроздов Ю.Н., Павлов В.Г., Пучков В.Н. Трение и износ в экстремальных условиях. М.: Машиностроение, 1986. — 224 с.

47. Фадеев B.C. Особенности изнашивания и разрушения современных инструментальных материалов при нестационарном резании: Препринт. Владивосток: РИО ДВО АН СССР, 1991. - 56 с.

48. Защитные покрытия / Труды 8-го Всесоюзного совещания по жаростойким покрытиям. — JL: Наука, 1979. 272 с.

49. Тушинский Л.И., Плохов A.B. Исследование структуры и физико-механических свойств покрытий. Новосибирск: Наука, 1986. - 200 с.

50. Аникин В.Н., Фадеев B.C., Аникеев А.И. и др. Исследование трещиностойкости твердых сплавов с износостойкими покрытиями // Цветные металлы, 1989. № 3. С. 106 - 110.

51. Бойко Ю.Ф., Белова Е.К., Алексеева O.A. О механизме возникновения внутренних напряжений в вакуумно-плазменных конденсатах TiN // Физика и химия обработки материалов. 1987. № 3. -С. 97 99.

52. Моисеев В.Ф., Фукс-Рабинович Г.С., Досбаева Г.К. и др. Влияние азота на структуру и свойства упрочняющих поверхностных покрытий на основе титана // Физика и химия обработки материалов. 1991. № 2. С. 118- 121.

53. Ленская Т.Г. Диффузионное взаимодействие в системе твердый сплав с покрытием — обрабатываемый материал / В сб.: Исследование твердых сплавов: Научн. труды. / ВНИИТС. М.: Металлургия, 1991. С. 151 - 155.

54. Бабад-Захряпин A.A. Дефекты покрытий. — М.: Энергоатомиз-дат, 1987. 152 с.

55. Емельянов E.H., Глазова Н.В., Якупова О.В., Чигрин Ю.Л. Физико-механические свойства и эксплуатационные характеристики инструментальных твердосплавных материалов // Цветные металлы, 2003. № 9.

56. Коняшин И.Ю., Травушкин Г.Г., Аникин В.Н. Влияние износостойких покрытий на прочностные характеристики твердых сплавов // В сб.: Исследование свойств твердых сплавов и вопросы их применения: Науч. тр. / ВНИИТС. М.: Металлургия, 1989. С. 26 -31.

57. Чебураева Р.Ф., Платонов Г.Л., Аникин В.Н., Аникеев А.И. Структура и фазовый состав износостойких покрытий на основе TiC-TiN на твердых сплавах // В сб.: Исследование твердых сплавов: Науч. тр. / ВНИИТС. М.: Металлургия, 1991. С. 51 - 55.

58. Карпов Ю.И., Чижмаков М.Б. Особенности формирования покрытий системы Ti(N,C) на твердосплавных пластинах // Вестник машиностроения. 1992. № 3. С. 62 - 64.

59. J. Machet, С. Lory, С. Weissmantel, D. Roth, Е. Siegel. Summary Abstract: Hard composite coatings of TiN with С or BN // J. Vac. Sei. Technol. A 4 (6), Nov/Dec 1986. P. 2678 - 2679.

60. Jawaid A., Kabiru A. Olajire. Cuttability investigation of coated carbides // Materials and Manufacturing Processes. 1999. Vol. 14. № 4. -P. 559 580.

61. Сенчило И.А., Васильков Д.В., Петров В.М. Влияние ионно-вакуумной обработки на микрометрию рабочих поверхностей инструментов // Инструмент, 1996. № 4. С. 22 - 23.

62. Шарафутдинов H.H., Хайретдинов Э.Ф. Повышение прочности и износостойкости плазменных покрытий // Известие ВУЗ. Черная металлургия, 1986. № 9. С. 105 - 109.

63. Затока А.Е., Рудаков Ю.Ф., Гребнева О.В. Моделирование условий напыления покрытий с заданными физико-механическими характеристиками / В сб.: Исследование и разработка твердых сплавов: Науч. тр. / ВНИИТС. М.: Металлургия, 1988. С. 130 - 136.

64. Хаттон, Орд. Акустическая эмиссия. — В кн.: Методы неразру-шающих испытаний. М.: Мир, 1972. — С. 27 — 58.

65. Емельянов E.H., Конаков A.B., Ларионов Ю.В., Глазова Н.В. Исследование упругих характеристик материалов с поверхностным градиентом свойств // Вест. Амурск, гос. ун-та. Благовещенск.2002.Вып.19- С. 33-37.

66. Рыбакова Л.М., Куксенкова Л.И. Структура и износостойкость металла. — М.: Машиностроение.

67. Энгельс Л., Клингеле Г. Растровая электронная микроскопия. Разрушение. Сплав. М.: Металлургия, 1986. — 213 с.

68. Томас Г. Электронная микроскопия металлов. М.: Изд. инстр. матер., 1985. - 351 с.

69. Русаков A.A. Рентгенография металлов.-М.:Атомиздат, 1977.—480с.

70. Барвинок В.А., Богданович В.И., Васильева В.Г. и др. Способ определения модуля упругости материалов. А. С. СССР № 1078315. кл.G 01 N 29/04, 1984.

71. Барвинок В.А. Управление напряженным состоянием и свойства плазменных покрытий. М.: Машиностроение, 1990. - 384 с.

72. Ширяев A.M., Пашкин В.А. и др. К методике измерения модулей упругости тонких пленок и покрытий. // Заводская лаборатория. -№ 7. 1991. - С. 45 - 47.

73. Овчинский A.C. Процессы разрушения композиционных материалов: имитация микро- и макромеханизмов на ЭВМ. -М.: Наука, 1988. 278 с.

74. Шоршоров М.Х., Устинов JI.M. и др. Физика прочности волокнистых композиционных материалов с металлической матрицей. — М.: Металлургия, 1989. 206 с.

75. Мануйлов В.Ф., Смирнов В.И., Галкин В.И. Расчеты процессов деформации композиционных материалов. — М.: Металлургия, 1992.- 208 с.

76. Люкшин Б.А., Люкшин П.А. Влияние свойств межфазного слоя на НДС полимерного композита в окрестности включения // Механика композиционных материалов и конструкций. 1998. Т. 4. № 2.-С. 56 68.

77. Лучка М.В., Душек Ю.Я., Киндрачук М.В., Уськова H.A. Роль строения и свойств переходной зоны «матрица-наполнитель» в напряженном состоянии композиционных материалов триботех-нического назначения // Порошковая металлургия. 1998. №3-4. — С. 86 93.

78. Згаевский В.Э., Яновский Ю.Г., Власов А.Н. и др. Структура и микромеханические свойства межфазных слоев полимерных матричных композитов // Механика композиционных материалов и конструкций. 1999. Т. 5. № 2. С. 109 - 122.

79. Ляшенко Б.А., Рутковский А.В., Сорока Е.Б., Липинская Н.В. О снижении остаточных напряжений в вакуум-плазменных покрытиях // Проблемы прочности, 2001, № 4. — С. 62 — 68.

80. Elsing R., Knotek О., Baiting U. Calculation of residual thermal stress in plasma-sprayed coating // Surface and Coat. Technol. 1990. -43-44, № 1-3. P. 416 - 425.

81. Ramsey P.M., Chadler H.W., Page T.F. The determination of residual stresses in thin coatings by a sample thinning method // Surface and Coat. Technol. 1990. 43-44, № 1-3. - P. 223 - 233.

82. Кижннер M.M., Мизонов B.M., Кузовков Е.Г. и др. Микронеоднородные остаточные напряжения как причина разрушения стек-лоэмалевых покрытий / В кн. «Высокотемпературная защита материалов». Л.: Наука, 1981. - С. 56 - 61.

83. Макушкин А.П. Напряженно-деформированное состояние упругого слоя при внедрении в него сферического индентора. Сообщение 1: Определение контактного давления // Трение и износ. 1990. Т. 11. № 3. С. 423 - 434.

84. Короткин В.И., Онишков Н.П. О глубинной контактной прочности поверхностно-упрочненных зубчатых передач Новикова // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2002. № 1. — С. 42 -46.

85. Клосс X., Сантнер Э., Дмитриев А.И. и др. Дискретное моделирование поведения материалов с керамическим покрытием при локальном нагружении // Физическая мезомеханика. 2002. Т. 5. № 6. -С. 5 12.

86. Ляшенко Б.А., Цыгулев О.В., Кузнецов П.Б. Необходимо ли всегда повышать адгезионную прочность защитных покрытий? // Проблемы прочности. 1987. №5. С. 70 - 74.

87. Коротков В.Д., Жалнин В.А., Буйнов М.П. и др. Исследование критических усилий на границе металл-жаростойкое покрытие,содержащее бор. / В кн. «Защитные покрытия» JI.: Наука, 1979. -С. 29- 33.

88. Коротков В.Д., Дудукаленко В.В., Буйнов М.П., Нумеров J1.H. влияние температуры на напряженное состояние в защитном покрытии, содержащем бор. / В кн. «Защитные покрытия» Л.: Наука, 1979. - С. 34 - 36.

89. Ляшенко Б.Л., Шаривкер С.Ю., Цыгулев О.В. и др. Механические характеристики композиций металл напыляемое покрытие // Проблемы прочности. 1989. № 8. - С. 47 - 49.

90. Ляшенко Б.А., Терлецкий В.А., Долгов H.A. Сорока Е.Б. Распределение температур в пластине с однослойным покрытием при интенсивном нагреве //Проблемы прочности.1998.№3.-С.128-133.

91. Стефанов Ю.П., Смолин И.Ю. Численное исследование деформации и образования трещин в плоских образцах с покрытиями // Физическая мезомеханика. 2001. Т. 4. № 6. С. 35 — 43.

92. Можаровский В.В., Плескачевский Ю.М., Бабич С.Ю., Березовская Е.М. Напряженно-деформированное состояние композиционных покрытий в трибологических системах // Трение и износ. 2001. Т. 22. № 4. С. 379 - 385.

93. Долгов H.A., Ляшенко Б.А. Влияние коэффициента Пуассона на предельное напряженное состояние покрытия // Проблемы прочности. 2002. № 1.-С. 71 77.

94. Долгов H.A. Влияние модуля упругости покрытия на работоспособность системы основа-покрытие // Проблемы прочности. 2002. № 2. С. 66 - 72.

95. Миклашевич И.А., Влияние структурной границы на траекторию трещины при плоском нагружении // Механика композиционных материалов и конструкций. 2002. Т. 8. № 2. — С. 255 260.

96. Торская Е.В. Анализ влияния трения на напряженное состояние тел с покрытиями // Трение и износ. 2002. Т. 23. № 2. — С. 130 — 137.

97. Миклашевич H.A., Чигарев A.B. Устойчивость траектории трещины в неоднородной среде // Механика твердого тела. 2002. № 4. -С. 113 118.

98. Чен К., Key У., Конг М., Хуанг Д. Исследование особенностей разрушения стальных пластин с керамическим покрытием при динамическом испытании на трехточечный изгиб // Физическая ме-зомеханика. 2002. Т. 5. № 4. С. 35 - 39.

99. Герасимов A.B., Шалковский Д.М. Ударно-волновое нагружение пластин, содержащих слои функционально градиентных материалов // Механика композиционных материалов и конструкций. 2002. Т. 8. № 4. С. 533 - 542.

100. Быдзан А.Ю., Панин C.B., Дураков В.Г. Исследование механизмов усталостного разрушения конструкционной стали 20X13 и ее композиций с наплавленными покрытиями // Физическая мезоме-ханика. 2002. Т. 5. № 6. -С. 13- 85.

101. Воронин H.A. расчет несущей способности и твердости топо-композита триботехнического назначения // Вестник машиностроения. 2002. № 10. С. 21 - 28.

102. Олейников А.И., Кузьмин А.О. Расчет напряженного состояния и оценка прочности режущего инструмента с тонким покрытием // Проблемы прочности. 2003. № 1. С. 98 - 110.

103. Кректулева P.A. Компьютерное конструирование высокопрочных градиентных материалов, работающих при динамических нагрузках // Проблемы прочности. 2003. № 1. — С. 117 — 126.

104. Копылов В.И., Шатинский В.Ф. Механизм разрушения твердых тел с плазменными покрытиями / В кн. «Защитные покрытия» -Д.: Наука, 1979. С. 104 - 108.

105. Трефилов В.И., Моисеев В.Ф. Дисперсные частицы в тугоплавких металлах. Киев: Наукова думка, 1978. - 240 с.

106. Петрушин С.И., Воробьев A.B., Корчуганова М.А., Ретюнский О.Ю. Проектирование сменных многогранных пластин для сборных режущих инструментов по целевому назначению // Вестник машиностроения. 2002. № 5. С. 47 - 52.

107. Андриевский А.Р., Спивак И.И. Прочность тугоплавких соединений и материалов на их основе: Справочник. Челябинск: Металлургия, 1989. - 368 с.

108. Херцберг Р.В. Деформация и механика разрушения конструкционных материалов. М.: Металлургия, 1989. - 576 с.

109. Партон В.З. Механика разрушения: От теории к практике. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1990. - 240 с.

110. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит-ры, 1970. - 544 с.

111. Композиционные материалы: В 8-ми т. / Под ред. Браутмана Л., Крока Р. Т. 4. Композиционные материалы с металлической матрицей / Под ред. Крейдера К, 1978. 503 с.

112. Металловедение и термическая обработка стали: Справ, изд. в 3-х т./ Под ред. Бернштейна М.Л., Рахштада А.Г. Т. 1 Методы испытаний и исследований. В 2-х кн. Кн. 2. М.; Металлургия, 1991. -462 с.

113. Лурье Г.Б., Штейнберг Я.Н. Упрочняюще-отделочная обработка рабочих поверхностей деталей машин поверхностным пластическим деформированием (обзор). / Серия С-Х-3: Технология обработки давлением. М.: НИИ Маш, 1971. - 156 с.

114. Баранов В.М., Кудрявцев Е.М., Мартыненко С.П. Акустическая методика определения характеристик упругости и внутреннего трения материалов в широком интервале температур // Проблемы прочности. 1989. - №6. - с. 116-119.

115. Лановенко Е.В. Исследование акустических свойств металлов и сплавов в области фазовых переходов. Автореф. дисс. канд. техн. наук. г. Комсомольск-на-Амуре: КнАГТУ, 2000 г.

116. Физическая акустика / Под ред. Мэзон У. М.: Мир, 1968.

117. Джонсон К. Механика контактного взаимодействия. — М.: Мир, 1989. 510 с.

118. Остафьев В.А. Расчет динамической прочности режущего инструмента. М.: Машиностроение, 1979. — 168 с.

119. Александров A.B., Потапов В.Д. Основы теории упругости и пластичности. М.: Высшая школа, 1990. - 400 с.

120. Мелан Э., Паркус Г. Термоупругие напряжения, вызываемые стационарными температурными полями. — М.: Гос. изд. физ.-мат. лит., 1958. 168 с.

121. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. — М.: Мир, 1975.- 382 с.

122. Колдунов В.Л., Лейцин В.Н., Пономарев C.B. Некоторые численные методы механики деформируемого твердого тела. — Томск: Изд. Том. ун-та, 1987. 148 с.

123. Морозов Е.М., Никишков Г.П. Метод конечных элементов в механике разрушения. — М.: Наука, 1980. — 256 с.

124. Лошак М.Г. Прочность и долговечность твердых сплавов. — Киев: Наукова думка, 1984. — 323 с.

125. Баландин П.П. К вопросу о гипотезах прочности // Вестник инженеров и техников. 1937. № 1. С. 19 - 24.

126. Писаренко Г.С., Лебедев A.A. Деформирование и прочность материалов при сложном напряженном состоянии. Киев: Наукова думка, 1976. - 415 с.

127. Бэкофен В. Процессы деформации. М.: Металлургия, 1977. -288 с.

128. Сиратори М., Миёси Т., Мацусита X. Вь1числительная механика разрушения. М.: Мир, 1986. — 334 с.

129. Шаронов Е.А., Бартенев С.С., Кулик А.Я. и др. Формирование промежуточных микрослоев в плазменных интерметаллидных покрытиях // Физика и химия обработки материалов. 1989. № 3. С. 79 - 86.

130. Клушин М.И., Фадеев B.C. Исследование микромеханизмов разрушения твердых сплавов при обработке резанием и пути повышения их сопротивления к различным типам разрушения. — М.: НИИМАШ. № 233 ДШ-Д82. - с. 40.

131. Конаков Л.В., Емельянов Е.Ы. Способ определения физико-механических свойств многослойных и поверхностно-упрочненных материалов. МПК7 G01N 3/00. Положительное решение о выдаче патента по заявке № 2002122013/28 от 12.08.2002 г.

132. Конаков A.B., Емельянов E.H. Способ определения физико-механических свойств многослойных и поверхностно-упрочненных материалов. МПК7 G01N 3/00. Положительное решение о выдаче патента по заявке № 2002122014/28 от 12.08.2002 г.

133. Конаков A.B., Емельянов E.H. Способ определения физико-механических свойств материала с покрытием. МПК7 G01N 3/00. Положительное решение о выдаче патента по заявке № 2002122015/28 от 12.08.2002 г.

134. Конаков A.B., Емельянов E.H. Способ определения физико-механических свойств материала с покрытием. МПК7 G01N 3/00. Положительное решение о выдаче патента по заявке № 2002122016/28 от 12.08.2002 г.1. ПРИЛОЖЕЫИЯ

135. УТВЕРЖДАЮ 11&Ш1.11 икВЧД^б1 ''ст. Ьск ДВЖД1. Господинчик Л.И. 2001 г.^УТВЕРЖДАЮ ^чо^^сн. директор

136. ЗАО(<ДВ-Технология» /Af^^W Фадеев В. С. (P/fej^FJ 2001 г.1. А.:-/производственных испытаний режущих пластин формы «09»

137. Пластина формы 09 с различными материалами и различными покрытиями;

138. Обрабатываемая летать: колесная пара с дефектами ТМП;

139. Условия резания: контурное черновое (чистовое) точение профиля бандажа колеса по кругу катания;

140. Режимы резания: черн. V = 20 . 40 м/мин; чист. V = 40 . 60 м/мин;б = 0.7 . 1.1 мм/об; б = 1.0 . 1.4 мм/об;1 = 7. 8 мм; 1 = 3. 4 мм;

141. ТТК+вар. 1 12,92 2,30 1,69

142. ТТК+вар. 2 13,71 2,44 1,79

143. ВК+код 1 * 10,36 1,84 1,355 ВК+код 2* 9,86 1,75 1,296 ВК+код xl 8,63 1,53 1,137 ВК+код х2 6,38 1,13 0,83

144. ВК+стад.-КИВ* 8,44 1,50 1,109 ВК+КИБ 5,63 1,00 0,73

145. Примечание: * материал основы СМП изготовлен по сталийной технологии.1. СОГЛАСОВАНО:1. Мастер КЦ ВЧД-61. Токарь КЦ ВЧД-61. Токарь КЦ ВЧД-6

146. Зав. лабораторией МРИ и ПЭ НО ЗАО «ДВ-Технология»

147. Инженер-исследователь НО ЗАО «ДВ-Технология»

148. Соломатин С.А. Артеменко A.B. Усманов В.А.1. Чигрин ЮЛ.1. Емельянов E.H.1. УТВЕРЖДАЙ Начальник1. KomcoxI ЙкДВЖД1. Господинчик Л.И. 2001 г.

149. ТВЕРЖДАЮ содиректор ■¿3 AQ 1<"Д В -Те х 11 ол о ги я »1. Фадеев В. С.2001 г.-V----уунни VпМкШ.ое.оогIпроизводственных испытаний режущих пластин формы «09»

150. Пластина формы 09 с различными покрытиями;

151. Обрабатываемая деталь: колесная пара с дефектами ТМП;

152. Условия резания: контурное черновое (чистовое) точение профиля бандажа колеса по кругу катания;

153. Режимы резания: черн. V = 20 . 40 м/мин; чист. V = 40 . 60 м/мин;s = 0.7. 1.1 мм/об; s = 1.0 . 1.4 мм/об;t = 7 . 8 мм; t = 3 . 4 мм;

154. Определялось количество колес, обрабатываемых одной пластиной (режущей кромкой) при достижении износа со стороны задней поверхности 1,5-2 мм или катастрофического разрушения всей пластины.

155. Рсзул г.таты ис п ыта н 11 й:п. Режущая пластина Количество обработанных колес на 1 кромку (пластину) Коэффициент стойкости но отношению к ВК+КИБ1 ВКстал+серая* 8,43 1,782 ВКсад+желтая* 11,0 2,323 ВК+КИБ 4,75 1,00

156. Примечание: * материал основы СМП изготовлен по стадийной технологии.1. СОГЛАСОВАНО:1. Мастер КЦ ВЧД-6ф> Токарь КЦ ВЧД-61. Токарь КЦ ВЧД-6

157. Зав. лабораторией МРИ и ПЭ1. НО ЗАО «ДВ-Технология»

158. Инженер-исследователь НО ЗАО «ДВ-Технология»

159. Чумаков A.B. Артеменко A.B. Желтов В.В.1. Чигрин ЮЛ. Емельянов E.H.

160. А к Т Хч/ОЗ от« 02 »PerafpA. 200/ г.внедрения конструкции и технологического процесса изготовления изделия: Сменная многогранная пластина для колесотокарной обработки LNUX 301940 SN-P30. Материал В Кб А /,,„ „, ^ TiC-TiCN-TiN.

161. Номер чертежа изделия: ft Г ¿/О 00.0Z.-0/.0/

162. Акт составлен комиссией в составе: Председатель главный инженер ЗЛО «ДВ-Технология»и членов комиссии:

163. Зам. директора по производству1. Главный технолог

164. Зам. директора по научной работе

165. Зав. лабораторией М1'И и КМ1. Начальник ОТК1. Технолог НУ

166. Изготовленное изделие соответствует требованиям конструкторской и технологической документации. Изделие прошло эксплуатационные испытания на предприятии: Дальневосточная железная дорога. Октябрьская .железная дорога

167. Зам. ген. директора по НР Зав. лабораторией МРИ и КМ Главный технолог

168. Конаков А.В. Чигрин Ю.Л. Штанов О.В.гь//ч гптеШиый директ°р1. Ш|В-Технология»2003 г.1. Щ/ Фадеев В.С.1. Акт внедрения

169. Методики определения модуля Юнга материалов с поверхностным градиентом свойств

170. Разработанные методики определения модуля Юнга используются в ЗАО «Дальневосточная технология» при проведении научно-исследовательских работ и контроля качества износостойких покрытий и поверхностно-упрочненных материалов.

171. Директор НТЦ Начальник ЦЗЛ Зав. группой НМ1. Штанов О.В.1. Флянтикова Т.Е.1. Емельянов Е.Н.