РАЗРАБОТКА НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА ИЗ СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ С НАНОМОДИФИЦИРОВАННОЙ СВЯЗКОЙ ДЛЯ ОБРАБОТКИ СТАЛИ И ЧУГУНА
https://doi.org/10.17073/1997-308X-2017-1-64-75
Аннотация
Показана возможность использования связок типа Next100, легированных никелем и модифицированных наночастицами WC, ZrO2 и hBN, для изготовления режущего инструмента на основе сверхтвердых материалов, предназначенного для обработки стали и чугуна. Установлено, что легирование связки никелем позволяет увеличить ее ударную вязкость в 2,5 раза и существенно улучшить стойкость сегментов инструмента при эксплуатации. Благодаря введению в связку наночастиц WC, ZrO2 и hBN обеспечивается повышение ее прочности на 100–150 МПа и твердости на 5–7 HRB. В присутствии наночастиц WC возрастает адгезия кубического нитрида бора к связке. Определено оптимальное соотношение монокристаллов алмаза и кубического нитрида бора в рабочем слое, при котором достигаются максимальные служебные характеристики инструмента, – 75 : 25. Выявлены формирование нанокластеров аморфного бора на границе раздела кубического нитрида бора и связки и растворение небольшого количества азота в компонентах связки при горячем прессовании.
Об авторах
П. А. Логинов
Национальный исследовательский технологический университет (НИТУ) «МИСиС», г. Москва
Россия
Россия
канд. техн. наук, мл. науч. сотр. Научно-учебного центра (НУЦ) СВС МИСиС–ИСМАН
Д. А. Сидоренко
Национальный исследовательский технологический университет (НИТУ) «МИСиС», г. Москва
Россия
Россия
канд. техн. наук, науч. сотр. НУЦ СВС МИСиС–ИСМАН
Е. А. Левашов
Национальный исследовательский технологический университет (НИТУ) «МИСиС», г. Москва
Россия
Россия
докт. техн. наук, проф., акад. РАЕН, зав. кафедрой порошковой металлургии и функциональных покрытий НИТУ «МИСиС», директор НУЦ СВС МИСиС–ИСМАН
В. А. Андреев
ЗАО «Кермет», г. Москва
Россия
Россия
канд. физ.-мат. наук, ген. директор ЗАО «Кермет»
Список литературы
1. Sung C.-M. Brazed diamond grid: a revolutionary design for diamond saws. Diamond Relat. Mater. 1999. Vol. 8. Iss. 8—9. P. 1540—1543.
2. Konstanty J. Powder metallurgy diamond tools. Oxford: Elsevier, 2005.
3. Bakori A., Szymariski A. Practical uses of diamond. War-saw: Ellis Horwood & Polish Scientific Publishers, 1993.
4. Sato K., Yokoyama T., Suzuki K. Production of electro-deposited diamond wheels and grinding performance for hard metals and ceramics. J. Mater. Process. Technol. 1996. Vol. 62. P. 303—308.
5. Li Y., Li G., Jiang H., He Y. New type of matrix material for the manufacture of electroplated diamond tools. Ind. Diamond Rev. 2002. Vol. 62. P. 259—262.
6. De Resende L.W., Corat E.J., Trava-Airoldi V.J., Leite N.F. Multi-layer structure for chemical vapor deposition diamond on electroplated diamond tools. Diamond Relat. Mater. 2001. Vol. 10. P. 332—336.
7. Denkena B., Köhler J., Ermisch A. Wire cutting tool concepts for steel machining. Adv. Mat. Res. 2011. Vol. 325. P. 238—243.
8. Tönshoff H.K., Hillmann-Apmann H. Diamond tools for wire sawing metal components. Diamond Relat. Mater. 2002. Vol. 11. Iss. 3—6. P. 742—748.
9. Köhler J., Ermisch A., Denkena B. Tool concepts for wire cutting of reinforced concrete. In: 1-st Int. conf. on stone and concrete machining. Hannover, 2011. P. 6.
10. Amaral P.M., Coelho A., Anjinho C.A., Fernandes J.C., Rosa L.G. Evaluation of the relationship between diamond tool wear performance and the mechanical properties of the individual metallic binders. Adv. Mater. Forum V. 2010. Vol. 636—637. P. 1467—1474.
11. Konovalov V.A., Aleksandrov V.A., Levin M.D. Influence of the strength of diamond containment and the rate of abrasive wear of a binder on the serviceability of a diamond-abrasive stone-cutting tool. Sintech. Almaz. 1975. P. 26—28.
12. Bogatyreva G.P., Nevstruev G.F., Il’nitskaya G.D., Konovalov V.A., Tkach V.N. The possibilities for improvement of the strength of diamond grit retention in a binder. Sverkhtverdye Materialy. 2001. Iss. 2. P. 20—25.
13. Loginov P.A., Levashov E.A., Kurbatkina V.V., Zaitsev A.A., Sidorenko D.A. Evolution of the microstructure of Cu— Fe—Co—Ni powder mixtures upon mechanical alloying. Powder Technol. 2015. Vol. 276. P. 166—174.
14. Tokova L.V., Zaitsev A.A., Kurbatkina V.V., Levashov E.A., Sidorenko D.A., Andreev V.A. The features of influence of ZrO2 and WC nanodispersed additives on the properties of metal matrix composite. Russ. J. Non-Ferr. Met. 2014. Vol. 55. Iss. 2. P. 186—190.
15. Sidorenko D.A., Zaitsev A.A., Kirichenko A.N., Levashov E.A., Kurbatkina V.V., Loginov P.A., Rupasov S.I., Andreev V.A. Interaction of diamond grains with nanosized alloying agents in metal—matrix composites as studied by Ra-man spectroscopy. Diamond Relat. Mater. 2013. Vol. 38. P. 59—62.
16. Sidorenko D.A., Zaitsev A.A., Kirichenko A.N., Kurbatkina V.V., Levashov E.A., Sevast’yanov P.I., Rupasov S.I. Modification of the Fe—Cu—Co—Sn—P metal matrix with various forms of carbon nanomaterials. Russ. J. Non-Ferr. Met. 2015. Vol. 55. Iss. 6. P. 639—644.
17. Zaitsev A.A., Sidorenko D.A., Levashov E.A., Kurbatkina V.V., Rupasov S.I., Andreev V.A., Sevast’yanov P.V. Development and application of the Cu—Ni—Fe—Sn-based dispersion-hardened bond for cutting tools of superhard materials. J. Superhard Mater. 2012. Vol. 34. Iss. 4. P. 270—280.
18. Monteiro S.N., Skury A.L.D., de Azevedo M.G., Bobrovnitchii G.S. Cubic boron nitride competing with diamond as a superhard engineering material — an overview. J. Mater. Res. Technol. 2013. Vol. 2. Iss. 1. P. 68—74.
19. Song Y., Nezu K., Park C.-H., Moriwaki T. Tool wear control in single-crystal diamond cutting of steel by using the ultra-intermittent cutting method. Int. J. Machine Tools Manufact. 2009. Vol. 49. Iss. 3—4. P. 339—343.
20. Lane B.M., Shi M., Dow T.A., Scattergood R. Diamond tool wear when machining Al6061 and 1215 steel. Wear. 2010. Vol. 268. Iss. 11—12. P. 1434—1441.
21. Neo K.S., Rahman M., Li X.P., Khoo H.H., Sawa M., Maeda Y. Performance evaluation of pure CBN tools for machining of steel. J. Mater. Process. Technol. 2003. Vol. 140. Iss. 1—3. P. 326—331.
22. Zaitsev A.A., Sidorenko D.A., Levashov E.A., Kurbatkina V.V., Andreev V.A., Rupasov S.I., Sevast’yanov P.V. Diamond tools in metal bonds dispersion-strengthened with nanosized particles for cutting highly reinforced concrete. J. Superhard Mater. 2010. Vol. 32. No. 6. P. 423—431.
23. Loginov P., Mishnaevsky Jr.L., Levashov E., Petrzhik M. Diamond and cBN hybrid and nanomodified cutting tools with enhanced performance: Development, testing and modeling. Mater. Design. 2015. Vol. 88. P. 310—319.
24. Tillmann W., Ferreira M., Steffen A., Rüster K., Möller J., Bieder S., Paulus M., Tolan M. Carbon reactivity of binder metals in diamond—metal composites — characterization by scanning electron microscopy and X-ray diffraction. Diamond Relat. Mater. 2013. Vol. 38. P. 118—123.
25. De Oliveira L.J., Cabral S.C., Filgueira M. Study hot pressed Fe-diamond composites graphitization. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2012. Vol. 35. P. 228—234.
26. Werninghaus T., Hahn J., Richter F., Zahn D.R.T. Raman spectroscopy investigation of size effects in cubic boron nitride. Appl. Phys. Lett. 1997. Vol. 70. P. 958—960.
27. Sachdev H. Influence of impurities on the morphology and Raman spectra of cubic boron nitride. Diamond Relat. Mater. 2003. Vol. 12. Iss. 8. P. 1275—1286.
28. Kutsay O., Yan C., Chong Y.M., Ye Q., Bello I., Zhang W.J., Zapien J.A., Zhou Z.F., Li Y.K., Garashchenko V., Gontar A.G., Novikov N.V., Lee S.T. Studying cubic boron nitride by Ra-man and infrared spectroscopies. Diamond Relat. Mater. 2010. Vol. 19. Iss. 7—9. P. 968—971.
29. Mermoux M., Jomard F., Tavarès C., Omnès F., Bustarret E. Raman characterization of boron-doped {111} homoepitaxial diamond layers. Diamond Relat. Mater. 2006. Vol. 15. Iss. 4—8. P. 572—576.
30. Panov V.S., Chuvilin A.M. Tekhnologiya i svoistva spechennykh tverdykh splavov i izdelii iz nikh [Technology and properties of sintered hard alloys and their products]. Moscow: MISIS, 2001.
31. Itoh H., Matsudaira T., Naka S., Hamamoto H., Obayashi M. Formation process of tungsten borides by solid state reaction between tungsten and amorphous boron. J. Mater. Sci. 1987. Vol. 22. P. 2811—2815.
Рецензия
Для цитирования:
Логинов П.А., Сидоренко Д.А., Левашов Е.А., Андреев В.А. РАЗРАБОТКА НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА ИЗ СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ С НАНОМОДИФИЦИРОВАННОЙ СВЯЗКОЙ ДЛЯ ОБРАБОТКИ СТАЛИ И ЧУГУНА. Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2017;(1):64-75. https://doi.org/10.17073/1997-308X-2017-1-64-75
For citation:
Loginov P.A., Sidorenko D.A., Levashov E.A., Andreev V.A. DEVELOPMENT OF NEXT GENERATION DIAMOND TOOLS BASED ON SUPERHARD MATERIALS WITH NANOMODIFIED BINDER FOR STEEL AND CAST IRON MACHINING. Powder Metallurgy аnd Functional Coatings. 2017;(1):64-75. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1997-308X-2017-1-64-75
Просмотров: 998
Послать статью по эл. почте 