Preview

Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Механические свойства и износостойкость металломатричных композитов на основе сплава Fe–Ni–Cu с полыми корундовыми микросферами

https://doi.org/10.17073/1997-308X-2022-1-66-75

Полный текст:

Аннотация

Данная работа посвящена разработке композиционных материалов на основе сплава Fe–Ni–Cu с добавкой полых корундовых микросфер (ПКМ). Композиты были получены методом порошковой металлургии: смешиванием исходных металлических порошков в смесителях различных типов с последующим горячим прессованием. Компактные образцы композитов Fe–Ni–Cu + ПКМ характеризовались высокой относительной плотностью и однородностью микроструктуры. Введение ПКМ приводит к снижению прочности до 30 % (с 1125 до 800 МПа при концентрации ПКМ 15 об.%), однако полученные композиционные материалы сохраняли высокую пластичность. Методом микромеханического моделирования было установлено, что в таких композитах области концентрации напряжений возникают не на границе между ПКМ и матрицей, а на внутренней поверхности самих микросфер. В объеме матрицы вокруг ПКМ, напротив, происходят релаксация напряжений и формирование «разгруженных» областей. Введение ПКМ в матрицу на основе сплава Fe–Ni–Cu позволяет увеличить износ при трении о бетон марки М300 на 50–170 % при использовании фракции 70–100 мкм и на 160–325 % в случае фракции 100–140 мкм. При трении ПКМ выполняют роль резервуара для продуктов износа (частиц бетона), благодаря чему трущаяся поверхность материала матрицы остается свободной от продуктов износа и напрямую контактирует с обрабатываемым материалом. Интенсивный износ композитов с ПКМ делает их перспективными для использования в качестве связки алмазного инструмента, предназначенного для сухой резки бетона и железобетона.

Об авторах

М. Я. Бычкова
Национальный исследовательский технологический университет (НИТУ) «МИСИС»
Россия

канд. техн. наук, науч. сотр. НУЦ СВС МИСиС–ИСМАН, науч. сотр. лаборатории «In situ диагностика структурных превращений», ст. препод. кафедры порошковой металлургии и функциональных покрытий (ПМиФП)

119991, г. Москва, Ленинский пр-т, 4 



О. С. Манакова
Национальный исследовательский технологический университет (НИТУ) «МИСИС»
Россия

канд. техн. наук, зав. лабораторией НУЦ СВС

г. Москва



А. С. Ахметов
Национальный исследовательский технологический университет (НИТУ) «МИСИС»
Россия

учеб. мастер кафедры ПМиФП

г. Москва



А. Кайсинов
Национальный исследовательский технологический университет (НИТУ) «МИСИС»
Россия

магистрант кафедры ПМиФП

г. Москва



Е. Н. Авдеенко
Национальный исследовательский технологический университет (НИТУ) «МИСИС»
Россия

канд. техн. наук, мл. науч. сотр. лаборатории «In situ диагностика структурных превращений» 

г. Москва



П. А. Логинов
Национальный исследовательский технологический университет (НИТУ) «МИСИС»
Россия

канд. техн. наук, ст. науч. сотр. лаборатории «In situ диагностика структурных превращений», ст. препод. кафедры ПМиФП 

г. Москва



С. Воротыло
Национальный исследовательский технологический университет (НИТУ) «МИСИС»
Россия

канд. техн. наук, мл. науч. сотр. лаборатории «In situ диагностика структурных превращений»

г. Москва



Список литературы

1. Loginov P.A., Sidorenko D.A., Levashov E.A., Petrzhik M.I., Bychkova M.Ya., Mishnaevsky Jr.L. Hybrid metallic nanocomposites for extra wear-resistant diamond machining tools. Int. J. Refract. Met. H. 2018. Vol. 71. P. 36—44.

2. Konstanty J. Powder metallurgy diamond tools. Oxford: Elsevier, 2006.

3. Konstanty J.S., Tyrala D. Wear mechanism of iron-base diamond-impregnated tool composites. Wear. 2013. Vol. 303. Iss. 1—2. P. 533—540.

4. Malevich N., Müller C.H., Dreier J., Kansteiner M., Biermann D., De Pinho Ferreira M., Tillmann W. Experimental and statistical analysis of the wear of diamond impregnated tools. Wear. 2021. Vol. 468—469. Paper 203574.

5. Liu W., Gao D. Study on the anti-wear performance of diamond impregnated drill bits. Int. J. Refract. Met. H. 2021. Vol. 99. Paper 105577.

6. Mechnik V.A., Bondarenko N.A., Kolodnitskyi V.M., Zakiev V.I., Zakiev I.M., Ignatovich S.R., Yutskevych S.S. Mechanical and tribological properties of Fe—Cu—Ni—Sn materials with different amounts of CrB2 used as matrices for diamond-containing composites. J. Superhard Mater. 2020. Vol. 4. P. 251—263.

7. Mechnik V.A., Bondarenko M.O., Kolodnitskyi V.M., Zakiev V.I., Zakiev I.M., Kuzin M., Gevorkyan E.S. Influence of diamond—matrix transition zone structure on mechanical properties and wear of sintered diamond-containing composites based on Fe—Cu—Ni—Sn matrix with varying CrB2 content. Int. J. Refract. Met. H. 2021. Vol. 100. Paper 105655.

8. Mechnik V.A., Bondarenko N.A., Dub S.N., Kolodnitskyi V.M., Nesterenko Yu.V., Kuzin N.O., Zakiev I.M., Gevorkyan E.S. A study of microstructure of Fe—Cu—Ni— Sn and Fe—Cu—Ni—Sn—VN metal matrix for diamond containing composites. Mater. Charact. 2018. Vol. 146. P. 209—216.

9. Loginov P.A., Sidorenko D.A., Shvyndina N.V., Sviridova T.A., Churyumov A.Yu., Levashov E.A. Effect of Ti and TiH2 doping on mechanical and adhesive properties of Fe— Co—Ni binder to diamond in cutting tools. Int. J. Refract. Met. H. 2019. Vol. 79. P. 69—78.

10. Lv X., Lin Z., Zhu Y., Zhao J., Zhao G. Effect of PMMA pore former on microstructure and mechanical properties of vitrified bond CBN grinding wheels. Ceram. Int. 2013. Vol. 39. P. 1893—1899.

11. Mao J.B., Zhang F.L., Liao G.C., Zhou Y.M., Huang H.P., Wang C.Y., Wu S.H. Effect of granulated sugar as pore former on the microstructure and mechanical properties of the vitrified bond cubic boron nitride grinding wheels. Mater. Design. 2014. Vol. 60. P. 328—333.

12. Ding W.F., Xu J.H., Chen Z.Z., Yang C.Y., Song C.J., Fu Y.C. Fabrication and performance of porous metal-bonded CBN grinding wheels using alumina bubble particles as pore-forming agents. Int. J. Adv. Manuf. Technol. 2013. Vol. 67. P. 1309—1315.

13. Zhao B., Yu T., Ding W., Li X. Effects of pore structure and distribution on strength of porous Cu—Sn—Ti alumina composites. Chinese J. Aeronaut. 2017. Vol. 30 (6). P. 2004—2015.

14. Wang C.C., Zhang F.L., Pan J.S., Mao J.B., Long Y., Huang H.P., Wang C.Y., Lin H.T., Deng X., Wu S.H. An experimental study on preparation of vitrified bond diamond grinding wheel with hollow spherical corundum granules as pore former. Int. J. Adv. Manuf. Technol. 2017. Vol. 93. P. 595—603.

15. Wu Y., Yan Q., Zhang X. Wear behavior of metal bond diamond composite with hollow spherical silica particles as pore former. Int. J. Adv. Manuf. Technol. 2019. Vol. 104. P. 4757—4767.

16. Yin Y., Fang J., Xue Q. Effect of fly ash cenosphere pore formers on the microstructure and mechanical properties of vitrified diamond grinding wheels. Int. J. Refract. Met. H. 2017. Vol. 67. P. 82—89.

17. Yin Y., Xu P., Fang J., Yang J. Effect of fly ash cenosphereSiO2 core-shell microspheres on physical properties and microstructures of vitrified bond diamond tools. Diam. Relat. Mater. 2020. Vol. 103. Paper 107703.

18. Перегудов А.Б., Ешидоржиев В.Д., Петржик М.И., Климова А.И. Оценка износостойкости искусственных гарнитурных зубов in vitro при модельном возвратно-поступательном движении. Стоматология для всех: International Dental Review. 2013. No. 4. С. 20—25. Peregudov A.B., Eshidorzhiev V.D., Petrzhik M.I., Klimova A.I. Evaluation of the wear resistance of artificial garniture teeth in vitro during model reciprocating motion. Stomatologiya dlya vsekh (International Dental Review). 2013. No. 4. P. 20—25 (In Russ.).

19. Petrzhik M.I., Levashov E.A. Modern methods for investigating functional surfaces of advanced materials by mechanical contact testing. Crystallogr. Rep. 2007. Vol. 52. Iss. 6. P. 966—974.

20. Петржик М.И., Филонов М.Р., Печеркин К.А., Левашов Е.А., Олесова В.Н., Поздеев А.И. Износостойкость и механические свойства сплавов медицинского назначения. Известия вузов. Цветная металлургия. 2005. No. 6. С. 62—69. Petrzhik M.I., Filonov M.R., Pecherkin K.A., Levashov E.A., Olesova V.N., Pozdeev A.I. Wear resistance and mechanical properties of medical alloys. Izvestiya Vuzov. Tsvetnaya Metallurgiya (Izvestiya. Non-Ferrous Metallurgy). 2005. Vol. 6. P. 62—69 (In Russ.).

21. Xuan C., Shibata H., Sukenaga S., Jonsson P.G., Nakajima K. Wettability of Al2O3, MgO and Ti2O3 by liquid iron and steel. ISIJ Int. 2015. Vol. 55. No. 9. P. 1882—1890.

22. Raghavan V. Al—Fe—O (aluminum-iron-oxygen). J. Phase Equilib. Diff. 2010. Vol. 31. P. 367.

23. Puso M.A., Sanders J., Settgast R., Liu B. An embedded mesh method in a multiple material ALE. Comput. Method. Appl. M. 2012. Vol. 245—246. P. 273—289.

24. Zhang P., Karimpour M., Balint D., Lin J., Farrugia D. A controlled Poisson Voronoi tessellation for grain and cohesive boundary generation applied to crystal plasticity analysis. Comp. Mater. Sci. 2012. Vol. 64. P. 84—89.

25. Loginov P.A., Avdeenko E.N., Zaitsev A.A., Levashov E.A. Structure and properties of powder alloys Fe—(45— 15)%Ni—(10—5)%Cu, obtained via mechanical alloying. CIS Iron Steel Rev. 2021. Vol. 22. P. 82—87.


Рецензия

Для цитирования:


Бычкова М.Я., Манакова О.С., Ахметов А.С., Кайсинов А., Авдеенко Е.Н., Логинов П.А., Воротыло С. Механические свойства и износостойкость металломатричных композитов на основе сплава Fe–Ni–Cu с полыми корундовыми микросферами. Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2022;(1):66-75. https://doi.org/10.17073/1997-308X-2022-1-66-75

For citation:


Bychkova M.Y., Manakova O.S., Akhmetov A.S., Kaysinov A., Avdeenko E.N., Loginov P.A., Vorotilo S. Mechanical properties and wear resistance of Fe–Ni–Cu-based metal matrix composites reinforced with hollow corundum microspheres. Powder Metallurgy аnd Functional Coatings. 2022;(1):66-75. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1997-308X-2022-1-66-75

Просмотров: 106


ISSN 1997-308X (Print)
ISSN 2412-8767 (Online)