Структуроутворення та властивості композиційних матеріалів алмаз–(Fe-CuNi-sn), отриманих гарячим пресуванням

Проведено порівняльне дослідження структури та властивостей композиційних матеріалів алмаз–(Fe-Cu-Ni-Sn), отри-маних гарячим пресуванням (тиск 0,5–40 МПа, температура 20–800 °С) та спіканням у прес-формі (у водні, температура 800 °С, тривалість 1 година) з гарячим допресовуванням за різного тиску....

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Date:	2015
Main Authors:	Геворкян, Е.С., Мечник, В.А., Бондаренко, М.О., Нестеренко, Ю.В., Мельник, О.М., Чишкала, В.О., Литовченко, С.В.
Format:	Article
Language:	Ukrainian
Published:	Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України 2015
Series:	Физическая инженерия поверхности
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/108649
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Структуроутворення та властивості композиційних матеріалів алмаз–(Fe-CuNi-sn), отриманих гарячим пресуванням / Е.С. Геворкян, В.А. Мечник, М.О. Бондаренко, Ю.В. Нестеренко, О.М. Мельник, В.О. Чишкала, С.В. Литовченко // Физическая инженерия поверхности. — 2015. — Т. 13, № 1. — С. 105-119. — Бібліогр.: 28 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-108649
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1086492025-02-09T09:33:46Z Структуроутворення та властивості композиційних матеріалів алмаз–(Fe-CuNi-sn), отриманих гарячим пресуванням Структурообразование и свойства композиционных материалов алмаз–(Fe-Cu-Ni-Sn), полученных горячим прессованием Structurization and properties of composite materials diamond–(Fe-Cu-Ni-Sn), obtained by hot pressing Геворкян, Е.С. Мечник, В.А. Бондаренко, М.О. Нестеренко, Ю.В. Мельник, О.М. Чишкала, В.О. Литовченко, С.В. Проведено порівняльне дослідження структури та властивостей композиційних матеріалів алмаз–(Fe-Cu-Ni-Sn), отри-маних гарячим пресуванням (тиск 0,5–40 МПа, температура 20–800 °С) та спіканням у прес-формі (у водні, температура 800 °С, тривалість 1 година) з гарячим допресовуванням за різного тиску. Проведено сравнительное исследование структуры и свойств композиционных материалов алмаз–(Fe-Cu-Ni-Sn), полученных горячим прессованием (давление 0,5–40 МПа, температура 20–800 °С) и спекания в пресс-форме (в водороде, температура 800 °С, продолжительность 1 час) с горячим допрессованием при разном давлении. A comparative study of the structure and properties of the diamond composite materials (Fe-Cu-Ni-Sn), obtained by hot pressing (pressure 0.5–40 MPa, temperature of 20–800 °C) and the sintering of the mold (in hydrogen temperature is 800 °C, duration 1 hour) with hot before pressure at different pressures. 2015 Article Структуроутворення та властивості композиційних матеріалів алмаз–(Fe-CuNi-sn), отриманих гарячим пресуванням / Е.С. Геворкян, В.А. Мечник, М.О. Бондаренко, Ю.В. Нестеренко, О.М. Мельник, В.О. Чишкала, С.В. Литовченко // Физическая инженерия поверхности. — 2015. — Т. 13, № 1. — С. 105-119. — Бібліогр.: 28 назв. — укр. 1999-8074 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/108649 620.22 – 621.921.34 uk Физическая инженерия поверхности application/pdf Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
description	Проведено порівняльне дослідження структури та властивостей композиційних матеріалів алмаз–(Fe-Cu-Ni-Sn), отри-маних гарячим пресуванням (тиск 0,5–40 МПа, температура 20–800 °С) та спіканням у прес-формі (у водні, температура 800 °С, тривалість 1 година) з гарячим допресовуванням за різного тиску.
format	Article
author	Геворкян, Е.С. Мечник, В.А. Бондаренко, М.О. Нестеренко, Ю.В. Мельник, О.М. Чишкала, В.О. Литовченко, С.В.
spellingShingle	Геворкян, Е.С. Мечник, В.А. Бондаренко, М.О. Нестеренко, Ю.В. Мельник, О.М. Чишкала, В.О. Литовченко, С.В. Структуроутворення та властивості композиційних матеріалів алмаз–(Fe-CuNi-sn), отриманих гарячим пресуванням Физическая инженерия поверхности
author_facet	Геворкян, Е.С. Мечник, В.А. Бондаренко, М.О. Нестеренко, Ю.В. Мельник, О.М. Чишкала, В.О. Литовченко, С.В.
author_sort	Геворкян, Е.С.
title	Структуроутворення та властивості композиційних матеріалів алмаз–(Fe-CuNi-sn), отриманих гарячим пресуванням
title_short	Структуроутворення та властивості композиційних матеріалів алмаз–(Fe-CuNi-sn), отриманих гарячим пресуванням
title_full	Структуроутворення та властивості композиційних матеріалів алмаз–(Fe-CuNi-sn), отриманих гарячим пресуванням
title_fullStr	Структуроутворення та властивості композиційних матеріалів алмаз–(Fe-CuNi-sn), отриманих гарячим пресуванням
title_full_unstemmed	Структуроутворення та властивості композиційних матеріалів алмаз–(Fe-CuNi-sn), отриманих гарячим пресуванням
title_sort	структуроутворення та властивості композиційних матеріалів алмаз–(fe-cuni-sn), отриманих гарячим пресуванням
publisher	Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
publishDate	2015
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/108649
citation_txt	Структуроутворення та властивості композиційних матеріалів алмаз–(Fe-CuNi-sn), отриманих гарячим пресуванням / Е.С. Геворкян, В.А. Мечник, М.О. Бондаренко, Ю.В. Нестеренко, О.М. Мельник, В.О. Чишкала, С.В. Литовченко // Физическая инженерия поверхности. — 2015. — Т. 13, № 1. — С. 105-119. — Бібліогр.: 28 назв. — укр.
series	Физическая инженерия поверхности
work_keys_str_mv	AT gevorkânes strukturoutvorennâtavlastivostíkompozicíjnihmateríalívalmazfecunisnotrimanihgarâčimpresuvannâm AT mečnikva strukturoutvorennâtavlastivostíkompozicíjnihmateríalívalmazfecunisnotrimanihgarâčimpresuvannâm AT bondarenkomo strukturoutvorennâtavlastivostíkompozicíjnihmateríalívalmazfecunisnotrimanihgarâčimpresuvannâm AT nesterenkoûv strukturoutvorennâtavlastivostíkompozicíjnihmateríalívalmazfecunisnotrimanihgarâčimpresuvannâm AT melʹnikom strukturoutvorennâtavlastivostíkompozicíjnihmateríalívalmazfecunisnotrimanihgarâčimpresuvannâm AT čiškalavo strukturoutvorennâtavlastivostíkompozicíjnihmateríalívalmazfecunisnotrimanihgarâčimpresuvannâm AT litovčenkosv strukturoutvorennâtavlastivostíkompozicíjnihmateríalívalmazfecunisnotrimanihgarâčimpresuvannâm AT gevorkânes strukturoobrazovanieisvojstvakompozicionnyhmaterialovalmazfecunisnpolučennyhgorâčimpressovaniem AT mečnikva strukturoobrazovanieisvojstvakompozicionnyhmaterialovalmazfecunisnpolučennyhgorâčimpressovaniem AT bondarenkomo strukturoobrazovanieisvojstvakompozicionnyhmaterialovalmazfecunisnpolučennyhgorâčimpressovaniem AT nesterenkoûv strukturoobrazovanieisvojstvakompozicionnyhmaterialovalmazfecunisnpolučennyhgorâčimpressovaniem AT melʹnikom strukturoobrazovanieisvojstvakompozicionnyhmaterialovalmazfecunisnpolučennyhgorâčimpressovaniem AT čiškalavo strukturoobrazovanieisvojstvakompozicionnyhmaterialovalmazfecunisnpolučennyhgorâčimpressovaniem AT litovčenkosv strukturoobrazovanieisvojstvakompozicionnyhmaterialovalmazfecunisnpolučennyhgorâčimpressovaniem AT gevorkânes structurizationandpropertiesofcompositematerialsdiamondfecunisnobtainedbyhotpressing AT mečnikva structurizationandpropertiesofcompositematerialsdiamondfecunisnobtainedbyhotpressing AT bondarenkomo structurizationandpropertiesofcompositematerialsdiamondfecunisnobtainedbyhotpressing AT nesterenkoûv structurizationandpropertiesofcompositematerialsdiamondfecunisnobtainedbyhotpressing AT melʹnikom structurizationandpropertiesofcompositematerialsdiamondfecunisnobtainedbyhotpressing AT čiškalavo structurizationandpropertiesofcompositematerialsdiamondfecunisnobtainedbyhotpressing AT litovčenkosv structurizationandpropertiesofcompositematerialsdiamondfecunisnobtainedbyhotpressing
first_indexed	2025-11-25T06:29:18Z
last_indexed	2025-11-25T06:29:18Z
_version_	1849742758210699264
fulltext	Геворкян Е. С., Мечник В. А., Бондаренко М. О., Нестеренко Ю. В., Мельник О. М., Чишкала В. О., Литовченко С. В., 2015 © 105 УДК 620.22 – 621.921.34 СТРУКТУРОУТВОРЕННЯ ТА ВЛАСТИВОСТІ КОМПОЗИЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ АЛМАЗ–(Fe-Cu-Ni-Sn), ОТРИМАНИХ ГАРЯЧИМ ПРЕСУВАННЯМ Е. С. Геворкян1, В. А. Мечник2, М. О. Бондаренко2, Ю. В. Нестеренко3, О. М. Мельник1, В. О. Чишкала4, С. В. Литовченко4 1Українська державна академія залізничного транспорту, Україна, м. Харків, 2Інститут надтвердих матеріалів імені В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, 3Інженерна компанія «SAS», м. Київ, 4Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна Надійшла до редакції 23.03.2015 Проведено порівняльне дослідження структури та властивостей композиційних матеріалів алмаз–(Fe-Cu-Ni-Sn), отри-маних гарячим пресуванням (тиск 0,5–40 МПа, температура 20– 800 °С) та спіканням у прес-формі (у водні, температура 800 °С, тривалість 1 година) з гаря- чим допресовуванням за різного тиску. Встановлено, що гаряче пресування у порівнянні зі спіканням з гарячим допресовуванням дозволяє в 2,4 рази збільшити зносостійкість компо- зиту. Висока зносостійкість композитів зумовлена покращенням алмазоутримання за рахунок покращення міцності контакту алмаз–металева зв’язка та формування стійкої до передчасного руйнування структури металевої зв’язки, а також підвищення гранимці міцності на стиск. Ключові слова: алмаз, залізо, мідь, олово, взаємодія, прошарок, перехідна зона, фаза, компо- зит, зневуглецювання, тиск, температура, структура, властивості, зносостійкість. СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ И СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ АЛМАЗ–(Fe-Cu-Ni-Sn), ПОЛУЧЕННЫХ ГОРЯЧИМ ПРЕССОВАНИЕМ Е. С. Геворкян, В. А. Мечник, М. О. Бондаренко, Ю. В. Нестеренко, О. М. Мельник, В. А. Чишкала, С. В. Литовченко Проведено сравнительное исследование структуры и свойств композиционных материалов алмаз–(Fe-Cu-Ni-Sn), полученных горячим прессованием (давление 0,5–40 МПа, температура 20–800 °С) и спекания в пресс-форме (в водороде, температура 800 °С, продолжительность 1 час) с горячим допрессованием при разном давлении. Установлено, что горячее прессование по сравнению с агломерацией с горячим допрессованием позволяет в 2,4 раза увеличить из- носостойкость композита. Высокая износостойкость композитов обусловлена улучшением ал- мазообразования за счет повышения прочности контакта алмаз–металлическая связка и фор- мирования устойчивой к преждевременному разрушению структуры металлической связи, а так же повышением границы прочности на сжатие. Ключевые слова: алмаз, железо, медь, олово, взаимодействие, прослойка, переходная зона, фаза, композит, обезуглероживания, давление, температура, структура, свойства, износостой- кость. STRUCTURIZATION AND PROPERTIES OF COMPOSITE MATERIALS DIAMOND–(Fe-Cu-Ni-Sn), OBTAINED BY HOT PRESSING E. S. Gevorkian, V. A. Mechnik, M. O. Bondarenko, Iu. V. Nesterenko, O. M. Melnyk, V. A. Chyshkala, S. V. Lytovchenko A comparative study of the structure and properties of the diamond composite materials (Fe-Cu-Ni- Sn), obtained by hot pressing (pressure 0.5–40 MPa, temperature of 20–800 °C) and the sintering of the mold (in hydrogen temperature is 800 °C, duration 1 hour) with hot before pressure at different pressures. Found that compared to hot pressing with a hot before pressure agglomeration enables СТРУКТУРОУТВОРЕННЯ ТА ВЛАСТИВОСТІ КОМПОЗИЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ АЛМАЗ–(Fe-Cu-Ni-Sn)... ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 1, vol. 13, No. 1106 ВСТУП Композиційні алмазовмісні матеріали (КАМ) на основі металевих зв’язок, які міс тять залізо, мідь, нікель і олово, є предме том теоретичних і експериментальних до слід- жень, що зумовлено їхнім широким ви- користанням для виготовлення відрізних кру гів, канатних пил, свердел-коронок, шлі- фувальних і полірувальних інструментів для каменеобробної та гірничовидобувної промисловості [1]. Структура та властивості КАМ залежать від складу, способів та тех- нологічних режимів їхнього одержання [2, 3]. На сьогоднішній день стан теоретич- них і експериментальних досліджень у цій області можна охарактеризувати як етап інтенсивного аналізу різних факторів, що сприяють покращенню властивостей КАМ, вивчення їх зносостійкості та взаємозв’язку між структурою та властивостями [4-9]. Аналіз зазначених робіт показав, що КАМ складу алмаз-(51Fe-32Cu-9Ni-8Sn), одер- жа них спіканням у прес-формах за темпе- ратури 800 °С впродовж 1 години з на с- туп ним гарячим допресуванням, мають не доліки: недостатню зносостійкість, низькі значення твердості металевої зв’язки та гра- ниці міцності під час стискання, передчас- не руйнування перехідної зони алмаз-ме- талева зв’язка за механізмом інтенсивного розтріскування. Тому на сьогодні особливо ак туальними є дослідження підвищення зно состійкості існуючих та створення нових структурованих КАМ з необхідним комплек- сом фізико-механічних властивостей. Для їх об’єктивної оцінки потрібна інформація про структурний та фазовий стан для усіх ланок композиту [10-14]. Дослідження цих КАМ ускладнено через взаємовплив компонентів Тут і надалі склад композиції подано в % (за масою). і продуктів їх взаємодії, відсутність фазових діаграм для складових металевої зв’язки, не- ізотермічні умови спікання. Останні дослідження показали, що в ре- зультаті цілеспрямованої зміни структури та фазового складу перехідної зони алмаз- металева зв’язка КАМ алмаз-(51Fe-32Cu- 9Ni-8Sn) вдається суттєво впливати на їх вла стивості [15]. Було встановлено, що струк тура перехідної зони алмаз-метале- ва зв’язка таких КАМ значно відрізняється від структури зв’язки, оскільки на її форму- вання чинить вплив взаємодія вуглецю, ви діляємого в результаті графітизації по- вер хні алмазних зерен на етапі спікання ком позиції, з її твердими компонентами. Кіль кість вуглецю, на поверхні алмазних час тинок залежить від тривалості спі кан- ня та технологічних параметрів гарячого до пресовування і впливає на формуван ня в перехідній зоні прошарків з Fe3C нано- роз мірної товщини. Наслідком цього є зне- вуг лецювання та підвищення адгезійної міц ності контакту алмаз-металева зв’язка і ек с плуатаційних властивостей КАМ. Отже, підвищення зносостійкості КАМ можна до- сягти зниженням кількості утворюваного вуглецю під час формування алмазовмісних композицій. Зазначену проблему можна ви- рішити шляхом застосування методу одер- жання КАМ гарячим пресуванням. Цей ме- тод дає змогу суттєво зменшити тривалість процесу спікання і, як наслідок, зменшити кількість вуглецю, що вивільнюється при графітизації поверхні алмазних зерен [16- 21]. Проте в жодній із зазначених праць не наводяться ні узагальнюючі результати дослідження, які відбивали б поетапне фор- мування оптимальної структури як зв’я зки КАМ, так і перехідної зони алмаз-зв’язка a 2.4 fold increase the wear resistance of the composite. High wear resistance of composites is due to the improvement of diamond by increasing the strength of the contact diamond–metal bond and the formation of a stable to premature failure of the structure of the metallic bond, as well as an increase in the compressive strength of the border.established that the growth of carbon films on the surface of the irradiated silicon target is observed to energies 7 keV ions and at 19 to the surface of carbon keV. When the ion energy above the specified values on the surface of the film is not formed and there is erosion of the target material. The structure and mechanical properties of carbon films grown in the range of ion energies fullerene 2,5–11,5keV. Keywords: diamond, iron, copper, tin, interaction, interlayer, transition zone, phase, composite, decarburization, pressure, temperature, structure, properties, wear resistance. Е. С. ГЕВОРКЯН, В. А. МЕЧНИК, М. О. БОНДАРЕНКО, Ю. В. НЕСТЕРЕНКО, О. М. МЕЛЬНИК, В. О. ЧИШКАЛА, С. В. ЛИТОВЧЕНКО ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 1, vol. 13, No. 1 107 та їх властивостей, ні дані про кількість ву глецю, що вивільнюється внаслідок гра- фітизації поверхні алмазних зерен на етапі спікання композиції, та його вплив на фазо- у творення, хоча такий метод видається еко- номічно вигідним та перспективним з огля- ду на високі механічні та експлуатаційні вла стивості виробів. Відзначені моменти є ва гомими як для науки, оскільки дозволя- ють перевірити вже встановлені підходи, а можливо, і поглибити їх, так і для практи- ки, бо дозволяють одержувати КАМ з нови- ми корисними властивостями та накреслю- ють нові області їх використання. Мета даної роботи — провести порів няль- не дослідження особливостей струк туро ут- во рення та фізико-механічних вла сти востей композиційних матеріалів ал маз-(51Fe-32Cu- 9Ni-8Sn), отриманих методами гарячого пре- сування при тиску 0,5–40 МПа в інтервалі тем- ператур 20–800 °С та спіканням в прес-формі за температури 800 °С впродовж 1 години з гарячим допресовуванням за різного тиску. ОБ’ЄКТИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ Об’єктами експериментального до слід жен- ня були: вихідна суміш 51Fe-32Cu-9Ni-8Sn для металевої зв’язки до і після спікання, по передньо відшліфовані зразки КАМ (ді- а метр 10 мм, товщина — 8 мм) та тонкі фольги від них (товщина — 80–100 нм). Для виготовлення сумішей і зразків КАМ ви користовували порошки алмаза АС50 зернистістю 125/100 (ТУ 2–37–344–85), заліза ПЖ1М2 (ГОСТ 9849-74), нікелю ПНЭ (ГОСТ 9722-79), міді ПМС-1 (ГОСТ 4960-75) і олова ПО-1 (ГОСТ 9723-73). По- рошки заліза, міді, нікелю і олова оброб ляли механічно в барабанному млині розмельни- ми кулями з високощільної алюмооксидної кераміки в режимі сухого помелу при швид- кості обер тання млина 200 об./хв., що за- безпечувало ударно-зсувну дію куль на по рошки. Співвідношення маси куль і по- рошків становило 5 : 1, тривалість оброб- лення — 10 годин. Порошкові суміші для металевої зв’язки 51Fe-32Cu-9Ni-8Sn змі- шували у спиртовому середовищі. До них до давали змочений гліцерином алмазний порошок з розрахунку 1,54 карати на 1 см3 шихти (що відповідає відносній кон- центрації К = 35 %) та перемішували без використання розмельних куль. Спікання проводили методами гарячого пресування при тиску 0,5–40 МПа в інтервалі темпера- тур — 20–800 °С та спіканням в прес-формі в печі SNOL 72/100 в середовищі водню за температури 800 °С впродовж 1 години (вільне спікання) з наступним гарячим до- пресовуванням за різного тиску. Гаряче пре- сування зразків КАМ проводили прямим пропусканням змінного струму через гра- фітові прес-форми при температурі 800 °С і питомому тиску 40 МПа у вакуумі [22]. Нагрівання до температури ізотермічної ви- тримки здійснювали з постійною швидкістю 200 °С/хв. Для одержання зразків другого ти пу наважки алмазовмісних сумішей за- кла дали в потрібній кількості в спеціальні форми, виготовлені з жаротривкого сплаву XН77ТЮР (ГОСТ 5632-72). За кімнатної температури та тиску 100 МПа отримува- ли брикети діаметром 10 мм, які в цих са- мих формах піддавали спіканню в печі SNOL 72/100 за температури 800 °С в се- редовищі водню протягом 1 години (вільне спікання) та гарячому допресуванню на пресі ПГР400 10Т при різних тисках [23, 24]. Для запобігання різкого зменшення температу- ри під час гарячого пресування контактуючі поверхні преса і форми ізолювали азбесто- вими матеріалами. Температуру системи під час гарячого допресування зменшували з 800 до 770 °С (швидкість охолодження 10 °С/хв). Зміни способу спікання, тиску та тривалості перебування системи під тиском були критеріями зміни структури і властиво- стей КАМ. Зразки пресували при тиску 100; 160 і 200 МПа. Мікроструктуру металевої зв’язки і пе- рехідної зони алмаз–металева зв’язка зразків КАМ та відповідні дифракційні картини досліджували на трансмісійному мікроскопі SELMI TEM з потенціалом прискорен- ня 125 кВ (роздільна здатність 0,18 нм). Кількісний фазовий склад металевої зв’язки розраховували методом щільно профільного аналізу з використанням пакету MAUD. Тонкі фольги для дослідження отримали СТРУКТУРОУТВОРЕННЯ ТА ВЛАСТИВОСТІ КОМПОЗИЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ АЛМАЗ–(Fe-Cu-Ni-Sn)... ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 1, vol. 13, No. 1108 полірування в електроліті 20 % HClO4 + 30 % HNO3 + H2O. Дифрактограми отримува- ли на дифрактометрі ДРОН 4.13С у ви про- мінюванні мідного анода. Рентгенофазо вий аналіз зроблено за стандартною ме тодикою з використанням програмного па кету X–powder [25]. Дифракційний спектр зразків у вигляді набору уточнених значень міжплощинних відстаней di кристалічної грат ки фази та відносної інтенсивності реф лексів цієї фази Ii ідентифікували, зіставляючи з еталонним, за даними картотеки ICPDS-ASTM [26]. Морфологію поверхні перехідної зони та її хімічний склад вивчали на растровому елек- тронному мікроскопі SELMI SEM — 106M з по тен ціалом прискорення 20 кВ. Кількісні роз рахунки хімічного складу проведено з ви користанням методики ZAF корекції та програмного пакету magelanes 3.1. Похиб- ки визначення складу становили: для важ- ких елементів ~0,01 %, легких ~1 % (за ма- сою). Мікротвердість зразків визначали на приладі ПМТ–3 з використанням індентора Віккерса при навантаженні 4,91 Н. Відбитки наносили у фазах, що не містять зерен ал- мазу. Розміри відбитків вимірювали при збільшенні ×25. Твердість розраховували за формулою Hb = 0,4636P/x2, де Р — наван- таження, x — діагональ відбитку. Міцність на згинання та стискання досліджували за стандартною методикою (похибка ≤5 %). РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕННЯ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ Вихідні речовини і суміші для спікання експериментальних зразків КАМ у по- чатковому стані. На рис. 1 зображені окремі частинки порошків алмазу (а), заліза (б), міді (в), нікелю (г) олова (д) для спікання зразків КАМ у вихідному (насипному) стані, а також вихідної суміші 51Fe-32Cu-9Ni-8Sn (е) і брикет з неї, одержаного за кімнатної температури при тиску 100 МПа (є). На поверхні алмазних зерен (рис. 1, а) відсутні дефекти різного типу (тріщини, сколи) — це свідчить про їх якість. Частинки порошку заліза (рис. 1, б) з розмірами 5–10 мкм ма- ють сферичну форму і дуже щільну струк- туру та схильні до агломерування за рахунок сил міжмолекулярної взаємодії. Частинки порошку міді (рис. 1, в) з середнім розміром 4–6 мкм мають менш щільну та більш тонку просторову дендритну структуру з яскраво вираженими гілками, що обумовлює змен - шення відносно насипної густини та пе- решкоджає їх щільній укладці у вільно на- сипному стані. Частинки порошку нікелю (рис. 1, г) із середнім розміром 6–15 мкм являють собою дендрити округлої форми з ду же щільною структурою, що обумовлює, як і в порошках заліза, високу щільну уклад- ку у насипному стані. Частинки порошку олова (рис. 1, д) мають переважно окру- глу форму, хоча зустрічаються частинки ви довженої та неправильної форм. На їх поверхні спостерігаються напливи металу, а також частинки малого розміру (сателіти). Округла форма частинок добре сприяє їх щільній укладці у насипному стані. Форма і розміри порошків заліза, міді, нікелю і оло- ва у вихідній суміші 51Fe-32Cu-9Ni-8Sn не змінюється (рис. 1, е). Тут спостерігається відносно рівномірний розподіл компонентів, що суттєво для одержання якісних КАМ. Під впливом навантаження в процесі бри кетування форма частинок змінюється несуттєво, ознаки їх зварювання відсутні (рис. 2, б–д), хоча, у порівнянні з початко- вим станом, вони ущільнені краще (рис. 1, б–д). При ущільненні сферична форма ча- стинок олова перетворюється у поліедричну (рис. 2, г) У згаданих пресовках спо сте рі- гаються порушення суцільності, що обу- мовлено недостатнім тиском холодного пре- сування. Міцність пресовок обумовлюється лише затисненням частинок. Проте, під час пресування вихідної су- міші 51Fe-32Cu-9Ni-8Sn усі частинки де- фор муються через контактування між со - бою. У цьому випадку ущільнення скла до вих металевої зв’язки відбувається шляхом підлаштування поверхонь суміжних час тинок одна до одної. Такий механізм пре сування порошків сприяє суттєвому збіль шенню площі контакту, що важливо для спікання таких систем [27]. Процес утворення міцної пресовки може також впливати і на механізм її руйнування після наступного спікання. Взаємопроникнення частинок буде зменшу- вати ймовірність ут во рення крихких сколів Е. С. ГЕВОРКЯН, В. А. МЕЧНИК, М. О. БОНДАРЕНКО, Ю. В. НЕСТЕРЕНКО, О. М. МЕЛЬНИК, В. О. ЧИШКАЛА, С. В. ЛИТОВЧЕНКО ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 1, vol. 13, No. 1 109 з шихти алмаз–(51Fe-32Cu-9Ni-8Sn) гарячим пресуванням при тиску 0,5–40 МПа в інтер- валі температур 20–800 °С, характеризується гетерофазною структурою (рис. 3). Основні його фази — твердий розчин на основі міді і олова з незначною кількістю залі за і нікелю (рис. 3, б), твердий розчин на ос нові заліза і нікелю з незначною кількістю міді і олова (рис. 3, в) і твердий розчин на ос нові міді і олова з незначною кількістю ні ке лю і заліза (рис. 3, г). Виявлено, що в області контакту та сприяти руйнуванню між частинками з кра щим зрощуванням са- мих частинок. Ме тодом рентгенівської флю- орометрії встановлено, що доля домішок у вихідних речовинах (порошки заліза, міді, нікелю і олова) не перевищує 0,2 % (мас.), що свідчить про якісь виготовлених в Україні порошків. Структура і фазовий склад металевої зв’язки. Мікрорентгеноспектральним ана- лізом виявлено, що зразок КАМ, одержа ний а б в а б в г д Рис. 2. Мікрофотографії поверхонь брикетів з порошків заліза (а), міді (б), нікелю (в), олова (г) та брикету з уміші 51Fe-32Cu-9Ni-8Sn (д), одержаних за кімнатної температури при тиску 100 МПа г д е Рис. 1. Мікрофотографії порошків алмазу (а), заліза (б), міді (в), нікелю (г), олова (д) та вихідної суміші 51Fe-32Cu-9Ni-8Sn (е) у початковому стані СТРУКТУРОУТВОРЕННЯ ТА ВЛАСТИВОСТІ КОМПОЗИЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ АЛМАЗ–(Fe-Cu-Ni-Sn)... ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 1, vol. 13, No. 1110 в ме талевій зв’язці спостерігається відносно рів номірний розподіл фаз та відсутність на міжфазних границях тріщин та пор (рис. 4, а і б), що позитивно впливає на ме- ханічні і експлуатаційні властивості зразків КАМ. На рис. 5 представлена рентгенограма зразка КАМ алмаз–(51Fe-32Cu-9Ni-8Sn), отриманого гарячого пресування при ти- ску 0,5–40 МПа в інтервалі температур 20– 800 °С. Зареєстровані на рентгенограмі ін- терференційні максимуми від площин (111) і (220) для фаз Салмаз; (111), (200) і (220) — міді (параметр гратки а = 3,615 Å); (110), (200) і (211) — заліза (а = 2,8664 Å); (600), (755) — Cu40,5Sn11 (а = 18, 011 Å); (551), (660) і (844) — Cu9NiSn3 (а = 18, 01 Å) відповідають даним картотеки ASTM [26] та відповідними експериментальними даними для міді і за- лі за [28]. Дифракційні дані (міжплощинна від даль, відносна інтенсивність, кути 2θ), фази та індекси кристалічної гратки (hkl), що відповідають рентгенівським інтер фе- ренційним максимумам) наведені в табл. 1. Аналіз отриманих результатів показав, що в процесі формування зразка КАМ від- бувається взаємодія елементів, яка спри- чи няє утворення інтерметалідів Cu40,5Sn11 і Cu9NiSn3 та твердих розчинів на основі за ліза і міді, що підтверджується змі ною па раметрів кристалічної гратки, порівняно з чис тими елементами для заліза (а = 2,864 Å) і міді (а = 3,615 Å). Слід відзначити, що при дослідженні даної композиції мікро- рентгеноспектральним ана лізом утворен- ня інтерметалідів Cu40,5Sn11 і Cu9NiSn3 не виявлено, що обумовлено точністю самого методу. Таким чином, в процесі формування зраз- ка КАМ відбувається активна взаємодія а б в г Рис. 3. Мікрорентгеноспектральний аналіз структури зразка алмаз–(51Fe-32Cu-9Ni-8Sn), одержаного гарячим пресуванням (а): сірі фази — твердий розчин на основі міді, олова і заліза (+1), темні фази — твердий розчин на основі заліза, нікелю, міді і олова (+2), світлі фази — твердий розчин на основі міді, олова, нікелю і заліза (+3) Е. С. ГЕВОРКЯН, В. А. МЕЧНИК, М. О. БОНДАРЕНКО, Ю. В. НЕСТЕРЕНКО, О. М. МЕЛЬНИК, В. О. ЧИШКАЛА, С. В. ЛИТОВЧЕНКО ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 1, vol. 13, No. 1 111 елементів, яка може суттєво впливати на його структуру та фізико-механічні властивості. Результати структурного дослідження зра з ків КАМ методом просвічувальної елек тронної мікроскопії (ПЕМ) наведені на рис. 6. Видно, що структура металевої зв’яз- ки в оточенні алмазного зерна складається з фаз міді, а контакт алмаз-металева зв’язка щільний, границі між зернами тонкі, чітко сформовані, без видимих пор і тріщин (рис. 6, а і в), що позитивно впливає на алма- зоутримання, механічні та експлуатаційні властивості. У цьому випадку структура ме талевої зв’язки відзначається зернистою будовою матеріалу (фази міді) з чисель- ними включеннями другої фази як по ме- жам зерен, так і рівномірно розподіленими в матриці зерна. На кільцевих відбитках мікро елек тро но- грами цього зразка чітко видно присутність фаз міді (рис. 6, б і г). Зерна цієї фази текстуровані за напрямком (200), (111) і (220). Присутність дифракційних максимумів на кільцевих відбитках свідчить про наявність в досліджуваному зразку текстури, а також на низький ступінь кристалічності фази Cu. Дислокаційна картина металевої зв’язки неоднорідна з явними максимумами та мі- німумами за щільністю ямок травлення, які Таблиця 1 Характеристика зразка металевої зв’язки КАМ, одержаного з вихідної шихти di, нм 2θ, град Ii Фаза hkl 0,30192 29,5879 616,63 Cu9NiSn3,Cu40,5Sn11 551, 600 0,21278 42,4848 838,69 Cu40,5Sn11 660 0,20781 43,5515 917,95 Cu9NiSn3, Cu 111 0,20478 44,2303 988,82 C 111 0,20351 44,6182 761,82 Fe 110 0,18290 49,4667 489,59 Cu9NiSn3 844 0,18030 50,6303 678,86 Cu, Cu40,5Sn11 200, 755 0,155501 59,6485 335,76 Cu9NiSn 120 0,11757 81,9515 391,59 Fe 211 а б Рис. 4. Мікроструктура металевої зв’язки зразка КАМ, одержаного з шихти алмаз–(51Fe-32Cu-9Ni-8Sn) гаря- чим пресуванням 20 40 60 80 100 400 600 800 1000 1200 755600Cu40.5Sn11 211 220 220 200 200 844 110 111 111 660551 Fe Cалмаз Cu Cu9NiSn3 2Θ,deg In te ns yt y Рис. 5. Рентгенограма з поверхні зразка КАМ, одер- жаного з шихти алмаз–(51Fe-32Cu-9Ni-8Sn) гарячим пресуванням СТРУКТУРОУТВОРЕННЯ ТА ВЛАСТИВОСТІ КОМПОЗИЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ АЛМАЗ–(Fe-Cu-Ni-Sn)... ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 1, vol. 13, No. 1112 ідентифікуються як виходи дислокацій на поверхню зерен міді (рис. 7, а). При цьому дуже інтенсивно утворюються дефекти. По- казано (рис. 7, а) лінії ковзання, утворення яких пов’язане, очевидно, з підвищенням щільності дислокацій. Слід відзначити, що в усідніх зернах лінії ковзання мають різний напрямок. Це свідчить про те, що кожне зер- но деформується по-різному, зміщуючись відносно один одного. За порушення зв’язку між ними іноді з’являються тріщини. Особливістю мікроструктури металевої зв’язки є присутність фаз Cu9NiSn3 (рис. 7, а) та чисельних дислокаційних петель, які ут- ворилися в умовах взаємодії елементів при спіканні. Біля дрібніших частинок за лі за ча- стинок щільність утворених інтер металідів (Cu9NiSn3) є трохи вищою (рис. 7, в). Аналізуючи мікроструктуру отриманих зраз ків, слід відмітити, що металева зв’яз ка характеризується відсутністю пор на між- фазних границях, що позитивно впливає на їх теплофізичні та механічні вла стивості. На кільцевих відбитках мікро електронограми (МЕГ) цього зразка чітко вид но присутність міді (рис. 7, б), заліза і фаз Cu9NiSn3 (рис. 7, г), що вказує на трифазну структуру металевої зв’язки. Зерна фази міді текстуровані за напрямком (111) і (220). Зерна фази заліза текстуровані за напрямком (111), а зерна фази Cu9NiSn3 — за напрямками (511). Дослідження показали, що ріст і залі ко- вування дефектів під час гарячого пресування у зв’язці композиту визначають дислокаційні механізми. Дефекти або залі ковуються в умо- вах дії навантажень стис ку, розпадаючись на дислокаційні петлі, або зростають при напру- женнях розтягу, ви пускаючи міжвузлові пет- лі. Отримані результати свідчать про актив- ну взаємодію елементів під час формування композиції, яка спричиняє утворення нових фаз Cu40,5Sn11 і Cu9NiSn3, що дозволяє одер- жувати КАМ методом гарячого пресування. Порівняння особливостей структуро- утворення у системі алмаз–(Fe-Cu-Ni-Sn) в процесі гарячого пресування і спікання в прес-формі в печі з гарячим допресо- вуванням. Порівняння структури КАМ складу алмаз-(51Fe-32Cu-9Ni-8Sn), одер- жаних гарячим пресуванням, зі структурою аналогічних КАМ, одержаних спікання в пе чі в середовищі водню в прес-формах за тем- ператури 800 °С впродовж 1 год з наступним гарячим допресовуванням при тиску 100, 160 і 200 МПа [10, 15], показало як загальну ідентичність, так і принципові відмінності. Такі відмінності найбільш характерні для С алмаз Сu 10 мкм Cu 200 Cu 111 Cu 220 а б в г Рис. 6. Електронно-мікроскопічні зображення поверхонь зразка КАМ (а, в) і мікроелектронограми її фрагментів (б, г). Одержано з шихти алмаз–(51Fe-32Cu-9Ni-8Sn) гарячим пресуванням С алмаз Сu 1 мкм Cu 111 Cu 200 Cu 10 мкм Cu 111 Cu 220 Fe 10 мкм Cu9NiSn3 Fe 110 Cu9NiSn3 511 а б в г Рис. 7. Електронно-мікроскопічні зображення структури ділянок металевої зв’язки (а, в) і мікроелектронограми її фрагментів (б, г) зразка КАМ, одержаного з шихти алмаз–(51Fe-32Cu-9Ni-8Sn) гарячим пресуванням Е. С. ГЕВОРКЯН, В. А. МЕЧНИК, М. О. БОНДАРЕНКО, Ю. В. НЕСТЕРЕНКО, О. М. МЕЛЬНИК, В. О. ЧИШКАЛА, С. В. ЛИТОВЧЕНКО ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 1, vol. 13, No. 1 113 ком позиції в процесі її спікання в прес- формах з гарячим допресовуванням [10, 15]. Так, структура металевої зв’язки зразків КАМ першого і другого типу — ідентична. Воно складається з твердих розчинів на основі заліза і міді змінного складу та сполук Cu9NiSn3. Відзначимо, що в структурі металевої зв’язки зразків першого типу є присутність фаз Cu40,5Sn11, а в структурі металевої зв’язки зразків другого типу — присутність фаз Ni3Sn. Найбільша відмінність у структурі зра зків другого типу [15] є присутність перехідної зони алмаз–металева зв’язка (рис. 8). Аналіз зазначеної роботи показав, що — перехідна зона в КАМ, отриманих за недостатніх тисків (нижче 200 МПа) та тривалості гаря- чого допресування (менше 3 хв), складається з фаз γ-Cu, Ni3Sn з графітовими включення- ми (рис. 8, а), що є причиною її передчасно- го руйнування за механізмом інтенсивного розтріскування і випадіння зерен алмазів із зв’язки та інтенсивного зношування КАМ (рис. 8, б). Під час спікання композиції ев- тектична рідина в системі Cu-Sn контактує з алмазом і перешкоджає взаємодії вуглецю ((0,0150–0,0180 % (мас.)) який отримується внаслідок графітизації поверхні алмазних зерен під час формування композиції на етапі спікання з твердою фазою α-Fe. Усе це є причиною утворення графітових вклю- чень в перехідній зоні, що погіршує ме ха- нічні та експлуатаційні властивості таких ком позитів. Основною відмінністю струк- тури перехідної зони КАМ, одержаних за тиску щонайменше 200 МПа, від структу- ри КАМ, виготовлених при більш низькому тиску, є присутність у перших прошарків Fe3C нанорозмірної товщини та відсутність графітових включень (рис. 8, г, д). Це зумов- лено тим, що вуглець, який отримується при графітизації поверхневих шарів алмаз них зерен на етапі спікання композиції, про- взаємодіяв з α-Fe під час гарячого допресу- вання, утворюючи карбіди заліза, що суттєво поліпшує алмазоутримання (рис. 8, в). Порівняння характеру взаємодії та струк- тури КАМ, одержаних гарячим пресуванням і спіканням в прес-формі в печі з наступним гарячим допресовуванням свідчить про те, що у структурі композиційних матеріалів першого типу відсутні перехідна зона ал- маз-металева зв’язка та наноструктури з Fe3C (див. рис. 6 і 7). Причиною цього є відсутність вуглецю із-за короткочасного спікання. У цьому випадку на границі поділу алмаз-металева зв’язка спостерігається іде - альний механічний контакт (алмаз кон так- тує з міддю і залізом) за відсутності не- суцільностей, пор, графітових включень та карбідних прошарків, що позитивно впли- ває на алмазоутримання, механічні та екс- плуатаційні властивості таких КАМ. Результати визначення мікротвердості, міцності на згин та стиск досліджуваних зра зків наведено в табл. 2. Вона наочно де- монструє, що механічні властивості КАМ Ni3Sn yCu С–Алмаз 350 нм С–Графит Ni3Sn yCu С–Алмаз 350 нм С–Графит α-Fe Fe3C 120 нм Ni3Sn Fe3C С–Алмаз α-Fe 0,5 мкм а б в г д е Рис. 8. Електронно-мікроскопічні зображення стру к тури зразків КАМ, одержаних з шихти ал- маз–(51Fe-32Cu-9Ni-8Sn) спіканням в прес-формі в печі за тем ператури 800 °С впродовж 1 год з га- рячим до пре совуванням при: (а) — р = 100 МПа; (б, в) — р = 160 МПа; (г–е) — р = 200 МПа (а, б, г, д — ПЕМ-зображення перехідної зони алмаз–металева зв’язка, в, е — РЕМ-зображення зв’язки в оточенні алмаза) СТРУКТУРОУТВОРЕННЯ ТА ВЛАСТИВОСТІ КОМПОЗИЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ АЛМАЗ–(Fe-Cu-Ni-Sn)... ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 1, vol. 13, No. 1114 складу алмаз-51Fe-32Cu-9Ni-8Sn залежать від способу та технологічних параметрів їх одер жання. Так, збільшення тиску гарячо го допресовування з 100 до 200 МПа та три - валості процесу з 2 до 3 хв композиції піс - ля спікання в прес-формі за температу ри 800 °С впродовж 1 год підвищило мік ро- твердість ділянок зв’язки для фаз g-Cu з 2, 60 ГПа (зразок 1) до 2,99 ГПа (зразок 5) і відповідно для NiSn3 та a-Fe з 2,76 до 3,63 ГПа, з 2, 93 до 4,34 ГПа. При цьому міцність на стиск підвищується з 730 до 846 МПа і згин — з 640 до 680 МПа. Значен- ня мікротвердості ділянок металевої зв’язки і границі міцності під час стискання зразків КАМ, одержаних гарячим пресуванням, май же не змінилися, а границя міцності під час згинання підвищується з 640 до 810 МПа, що є важливим для розроблення технології одержання КАМ підвищеної зносостійкості та інструментів на їх основі. Зміна показників мікротвердості, міц но с ті на стиск та згин досліджуваних зразків свід- чить про те що взаємодія між елемента ми під час їх одержання відбувається не од наково, і пе ред усім, вона залежить від спо собу і тех- но логічних параметрів їх одер жан ня та по-різ- ному впливає на структуру і вла стивості КАМ. Випробування зразків КАМ на зно со- стій кість проводили на спеціальному стенді при шліфуванні кварцитового пісковику при вертикальному навантаженні на зразок 10 кг, швидкості ковзання 4 м/с впродовж 600 с. В якості охолоджувальної рідини використо- вували звичайну воду. Зносостійкість зразків визначали ваговим методом. Результати ви- пробувань наведені в табл. 3. Дослідження показали, що масовий знос зразків КАМ, так само як і механічні властивості залежать від способу та технологічних режимів їх одер- жання (табл. 3). Так, порівняльні результати показали, що після шліфування кварцитового Таблиця 2 Механічні властивості отриманих зразків КАМ Тиск, МПа Трива- лість про- цесу, хв Мікротвердість Hv, ГПа Границя міц- ності під час стискання σc, МПа Границя міц- ності під час згинання, σз, МПа γ-Cu Ni3Sn α-Fe Спікання в прес-формах в печі з гарячим допресовуванням [15] 100 2 2,60 2,76 2,93 730 620 160 2 2,70 2,82 3,46 750 645 160 3 2,80 3,03 3,98 780 655 200 2 2,92 3,48 4,12 840 675 200 3 2,99 3,63 4,34 846 680 Гаряче пресування 20 5 2,88 – 4,18 842 790 40 5 2,90 – 4,36 845 810 Таблиця 3 Результати випробувань на зношування отриманих зразків КАМ Тиск, МПа Тривалість процесу, хв Масовий знос Im, г Спікання в прес-формах в печі з гарячим допресовуванням 100 2 0,96 160 2 0,84 160 3 0,75 200 2 0,68 200 3 0,54 Гаряче пресування 20 5 0,58 40 5 0,39 Е. С. ГЕВОРКЯН, В. А. МЕЧНИК, М. О. БОНДАРЕНКО, Ю. В. НЕСТЕРЕНКО, О. М. МЕЛЬНИК, В. О. ЧИШКАЛА, С. В. ЛИТОВЧЕНКО ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 1, vol. 13, No. 1 115 пісковику в однакових умовах в результаті підвищення тиску гарячого допресовування від 100 до 200 МПа масовий знос Im є мен- шим, ніж для зразків, які отримані при мен- шому тиску гарячого допресовування зразка. Цей ефект пов’язаний з тим, що під час га- рячого допресовування композиції, вуглець, який утворився в ре зультаті графітизації поверхні алмазів на етапі спікання в прес- формах в печі, продифундував в кристалічну решітку a-Fe з утворенням в перехідній зоні наноструктури з Fe3C (див. рис. 8, г, д). Схожа тенденція залежності зносу від тиску зберігається для зразків КАМ, одер- жаних гарячим пресуванням. Виявлено, що при збільшенні тиску гарячого пресування композиції від 20 до 40 МПа масовий знос Im, зменшується (табл. 3). Ця обставина пов’язана з тим, що при підвищенні тиску гарячого пре- сування композиції границя міцності під час згинання суттєво підвищується. При цьо- му зносостійкість зразків КАМ, одержаних гарячим пресуванням, на відміну від зно- состійкості зразків КАМ, одержаних спі- канням в прес-формі в печі з гарячим допре- совування, зростає суттєвіше. Для уточнення отриманих результатів були проведені додаткові випробування розроблених КАМ на зносостійкість під час їх роботи в промислових умовах. Об’єктами промислового випробування, впроваджен- ня та вдосконалення складу і технології ви- робництва були алмазні відрізні сегментні круги 1A1RSS/C2°320 × 3,0 × 12,0 × 32-АС 160Т 400/315-35-М6-14 (ГОСТ 22747-90) (круг 1) та дослідні круги 1A1RSS/C2°320 × 3,0 × 12,0 × 32-АС160Т 400/315-35 М6-14 (круг 2) і 1A1RSS/C2°320 × 3,0 × 12,0 × 32 - АС160Т 400/315-35 М6-14. Робочі сегменти розмірами 40,0 мм × 12,0 мм × 3,2 мм для оснащення алмазних відрізних кругів ви го- товлені за такими технологічними режима- ми: для круга 1 — спіканням в прес-формі в печі в середовищі водню при температурі 800 °С впродовж 1 год з наступним гаря- чим допресовуванням при тиску 100 МПа (СТП 90.502-85); для круга 2 — гарячим пресуванням гарячим пресуванням при тиску 0,5–40 МПа в інтервалі температур 20 –800 °С; для круга 3 — гарячим пресу- ванням гарячим пресуванням при тиску 0,5– 40 МПа в інтервалі температур 20–800 °С. Випробування інструментів проводили при розпилюванні граніту Капустянського родо- вища на стаціонарному верстаті Breton FR 800 на фірмі ООО «Інстех» (м. Київ, Україна) за таких умов: глибина однопрохідного рі- зання 0,010 м; швидкість поздовжньої по- дачі — від 3,0 до 4,0 м/хв.; об’ємна витра- та охолоджувальної рідини (звичайна во да) 20 л/хв. Порівняльні результати (табл. 4) показали, що зносостійкість алмазного від- різного сегментного круга, сегменти якого розроблені гарячим пресуванням при ти- ску 40 МПа (круг 3), в 2,4 рази перевищу- ють зносостійкість круга, сегменти якого розроблені спіканням в прес-формах в печі за температури 800 °С впродовж 1 год з га- рячим допресовуванням (круг 1). Це можна пояснити наступним чином. Ме талева зв’язка в оточенні алмазних зерен КАМ круга 3 складається з фаз Cu і a-Fe при відсутності графітових включень (див. рис. 6 і 7). В цьому випадку границі між зернами тонкі, чітко сформовані із щільним кон- тактом, без видимих пор та тріщин, про- являєть-ся висока адгезія алмазних зерен до ме талевої зв’язки, що суттєво покращує Таблиця 4 Результати промислових випробувань алмазних кругів на зносостійкість Номер круга Швидкість поздовжньої прорізки, м/хв Продуктивність різання, см2/хв Об’єм спостереження, м2 пл. різ. Знос алмазов- місного шару по радіусу, мм Питома витра- та алмазів, карат/м2 пл. різ. 1 3,0 300 10 4,0 0,66 4,0 400 10 4,8 0,80 2 3,0 300 10 2,6 0,44 4,0 400 10 3,2 0,53 3 3,0 300 10 1,6 0,27 4,0 400 10 1,7 0,28 СТРУКТУРОУТВОРЕННЯ ТА ВЛАСТИВОСТІ КОМПОЗИЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ АЛМАЗ–(Fe-Cu-Ni-Sn)... ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 1, vol. 13, No. 1116 алмазоутримання та підвищує механічні властивості КАМ. В той же час перехідна зона в КАМ для круга 1 складається з фаз g-Cu, Ni3Sn з графітовими включеннями (див. рис. 8, а, б), що є причиною її перед часного руйнуван- ня за механізмом ін тенсивного розтріскування і випадіння зе рен алмазів із зв’язки та інтенсивного зношування КАМ (див. рис. 8, в). Крім то го, розроблений інструмент (3) під час рі зання граніту забезпечує надійну ро- боту в умовах підвищеної продуктивності весь термін експлуатації без видимих ско лів оброблювальної поверхні. На робочій поверхні інструмента не виявлено ділянок, зруйнованих за механізмом інтенсивного розтріскування зв’язки композита в околиці алмазних зерен, а також відривів робочих елементів ні від кор- пуса круга, ні від під кладки композита. Ре- зультати випро бу вань свідчать про якість роз- роблених КАМ та конкурентоспроможність інструментів на їх основі. Таким чином, одержані результати свід- чать про те, що застосована технологія за - безпечує поліпшення структури і ме ха нічних властивостей композитів сис теми алмаз- (Fe-Cu-Ni-Sn) формування ме та левої зв’язки з підвищеними пара мет рами міцності. Вста новлені за ко но мірності є ак туальними і ва гомими як для теорії, ос кільки вони по глиблюють вже відомі підходи щодо про- гнозування фізичного ста ну алмазовмісних композицій під час їх формування, так і для технології, бо дозволяють впливати на вза- ємодією елементів у потрібному напрямку та одержувати КАМ з новими корисними властивостями. ВИСНОВКИ Проведено порівняльне дослідження стру- ктури та властивостей композиційних ма - теріалів складу алмаз-(51Fe-32Cu-9Ni-8Sn), отриманих методами гарячого пре су вання при тиску 0,5–40 МПа в ін тервалі температур 20–800 °С та спіканням в прес-формі в печі в середовищі водню за температури 800 °С впродовж 1 год з га рячим допресовуванням за різного тис ку. Встанов лено переваги га- рячого пресу вання перед спіканням в прес- фор мах в печі з гарячим до пресовуванням: 1. Гаряче пресування дозволяє сформу ва ти структуру металевої зв’язки, яка скла- да ється з твердих розчинів на основі за- ліза і міді змінного складу і фаз Cu40,5Sn11 і Cu9NiSn3, що забезпечує високу адгезію ал мазних зерен до металевої зв’язки, по- кращення механічних властивостей та суттєве підвищення зно состійкості ком- позиційних матеріалів. 2. Збільшення тиску гарячого допресо ву- вання від 100 до 200 МПа композиції ал- маз-(51Fe-32Cu-9Ni-8Sn) після спікання в прес-формі за температури 800 °С впро- довж 1 год дозволяє отримувати в пе ре- хід ній зоні алмаз-металева зв’язка вза мін часточок структурно вільного гра фіту, що ут ворюється при графітизації по верх ні алмазних зерен, нанокарбіди Fe3C, при- сутність яких забезпечує іс тотне під- вищення зносостійкості ком позитів. 3. Міцність на згин і зносостійкість зра зків композиційних алмазовмісних матеріалів, отриманих гарячим пресуванням, в 1,3 і 2,4 ра зи відповідно вищі, ніж при спі- канні в прес-формах в печі з гарячим до- пресовуванням. 4. Суттєве підвищення зносостійкості ком- позиційних алмазовмісних матеріалів, от ри маних гарячим пресуванням, зумов- лено застосуванням тиску 40 МПа при швидкості нагрівання 200 °С/хв. ЛІТЕРАТУРА 1. Бондаренко Н. А. Основы создания алма- зосодержащих композиционных материа- лов для породоразрушающих инструмен- тов / Н. А. Бондаренко, А. Н. Жуковский, В. А. Мечник; под ред. Н. В. Новикова. — К.: ИСМ им. В. Н. Бакуля НАН Украины, 2008. — 456 с. 2. Новиков Н. В. Физико-математическое мо- делирование процессов спекания многоком- понентных алмазосодержащих композиций. 1. Математическая модель / Н. В. Новиков, Н. А. Бондаренко // Физическая мезомеха- ника. — 2004. — Т. 7, № 3.— С. 71–77. 3. Новиков Н. А., Бондаренко Н. А., Кулик О. Г., Меч ник В. А., Жуковский А. Н. Фи зи ко- математическое моделирование про цессов спекания многокомпонентных ал ма зо- содержащих композиций. 2. Физико-хими- ческие особенности формирования струк- туры и свойств // Физическая мезомеханика. — 2004. — Т. 7, № 3. — С. 79–87. 4. Бондаренко Н. А., Жуковский А. Н., Меч- ник В. А. Анализ основных теорий спекания Е. С. ГЕВОРКЯН, В. А. МЕЧНИК, М. О. БОНДАРЕНКО, Ю. В. НЕСТЕРЕНКО, О. М. МЕЛЬНИК, В. О. ЧИШКАЛА, С. В. ЛИТОВЧЕНКО ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 1, vol. 13, No. 1 117 материалов. 1. Спекание в изотермичес- ких и неизотермических условиях (обзор) // Сверхтвердые материалы. — 2005. — № 6. — С. 3–17. 5. Бондаренко Н. А., Жуковский А. Н., Мечник В. А. Анализ основных теорий спекания материалов. 2. Химические реакции и про- цессы зародышеобразования. Основные по ложения моделирования спекания сверх- твердых композиционных алмазосодержа- щих материалов (обзор) // Сверхтвердые ма- териалы. — 2006. — № 1. — С. 3–15. 6. Бондаренко М. О. Мечник В. А., Суп- рун М. В. Особливості усадки і її швидкості в системі Салмаз — Fe-Cu-Ni-Sn-CrB2 при гарячому пресуванні зразків, попередньо отриманих вільним спіканням // Сверхтвер- дые материалы. — 2009. — № 4. — С. 29–39. 7. Бондаренко М. О., Мечник В. А., Суп- рун М. В. Енергетичний стан і механізми пе ренесення маси при гарячому пресуванні сплавів Fe-Cu-Ni-Sn і Fe-Cu-Ni-Sn-CrB2 // Фізика і хімія твердого тіла. — 2009. — Т. 10, № 2. — С. 463–472. 8. Мечник В. А. Оцінка впливу взаємодії вугле- цю із сполуками карбідів, боридів, нітридів і силіцидів на структуру і властивості ком позитів алмаз — Fe-Cu-Ni-Sn // Пробле- мы машиностроения. — 2011. —Т. 11, № 5. — С. 72–75. 9. Мечник В. А. Вплив домішок CrB2, TiB2 і WC на структуроутворення в системі ал маз — Fe-Cu- Ni-Sn: Отримання, властивості, за стосування // Физическая инженерия по верхности. — 2013. — Т. 11, № 4. — С. 378–392. 10. Мечник В. А. Композиційні алмазовмісній матеріали алмаз — Fe-Cu-Ni-Sn з прог- но зовано стабільними характерис ти ками // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2012. — № 5. — С. 34–42. 11. Геворкян Э. С., Тимофеева Л. А., Чишка- ла В. А., Кислый П. С. Горячее прессование нанопорошков монокарбида вольфрама при нагревании электрическим током // Нано- структурное материаловедение. — 2006 . — № 2. — С. 46–51. 12. Геворкян Э. С., Мельник О. М., Чишка- ла В. А., Сирота В. В. Фазовые и струк- турные состояния в нанокристаллических порошках на основе диоксида циркония // Огнеупоры и техническая керамика. — 2012. — № 7–8. — С. 26–31. 13. Кислый П. С., Геворкян Э. С., Шкуропатен- ко В. А., Гуцаленко Ю. Г. Получение мате- риалов из нанопорошков оксида алюминия с применением современных методов кон- солидации // Сверхтвердые материалы. — 2010. — № 5. — С. 28–35. 14. Геворкян Э. С., Мельник О. М., Чишка- ла В. А. Некоторые особенности струк- турообразования циркониевой керамики с до бавками нано-WC // Огнеупоры и тех- ническая керамика. — 2013. — № 7–8. — С. 22–26. 15. Мечник В. А. Одержання композиційних матеріалів алмаз–Fe-Cu-Ni-Sn підвищеної зносостійкості // Порошкова металургія. — 2013. — № 9/10. — С.115–127. 16. Бондаренко Н. А., Новиков Н. В., Меч- ник В. А., Олейник Г. С., Верещака В. М. Структурные особенности сверхтвердых композитов системы алмаз–твердый сплав ВК6, отличающихся износостойкостью // Сверхтвердые материалы. — 2004. — № 6. — С. 3–14. 17. Новиков Н. В., Бондаренко Н. А., Жуков- ский А. Н., Мечник В. А. Влияние диффу- зии и химических реакций на структуру и свойства буровых вставок. 2. Результаты аттестации структурного состояния сверх- твердых материалов состава алмаз–твердый сплав ВК6 // Физическая мезомеханика. — 2006. — Т. 9, № 2. — С. 107–116. 18. Мечник В. А. Структурные особенности и свойства композитов алмаз–(51Fe + 32Cu + 9Ni + 8Sn), отличающихся способами спе кания // Науковий вісник національного гірничого університету. — 2007. — № 7. — С. 10–14. 19. Майстренко А. Л., Иванов С. А., Переяс- лов В. П., Волошин М. Н. Интенсивное елек троспекание алмазосодержащих ком- позиционных материалов // Сверхтвердые ма териалы. — 2000. — № 5. — С. 39–45. 20. Кущ В. И., Иванов С. А., Майстренко А. Л., Переяслов В. П. Исследование механизма и кинетики уплотнения при интенсивном электроспекании. Сообщение 1. Лаборатор- ные исследования // Сверхтвердые материа- лы. — 2007. — № 2. — С. 18–25. 21. Кущ В. И., Иванов С. А., Майстренко А. Л., Переяслов В. П. Исследование механизма и кинетики уплотнения при интенсивном электроспекании. Сообщение 2. Теоретиче- ская модель и ее проверка // Сверхтвердые материалы. — 2007. — № 4. — С. 21–29. 22. Пат. 72841 Україна, МПК (2012.01) B22F3/00. Пристрій для гарячого пресуван- ня порошків шляхом прямого пропускання електричного струму / М. О. Азаренков, СТРУКТУРОУТВОРЕННЯ ТА ВЛАСТИВОСТІ КОМПОЗИЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ АЛМАЗ–(Fe-Cu-Ni-Sn)... ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 1, vol. 13, No. 1118 Е. С. Геворкян, С. В. Литовченко та інші; заявник і патентовласник Е. С. Геворкян. — № u 201203031. — Заяв. 15.03.2012; опубл. 27.08.2012; Бюл. № 116. — 6 с. 23. Пат. 64274 Україна, МПК B24D3/04, B22F3/12, E21B10/46, C22C29/14. Шихта для виготовлення абразивного матеріалу / М. О. Бондаренко, В. А. Мечник, О. М. Жу- ковський та інші; заявник і патентовласник ІНМ ім. В. М. Бакуля НАН України. — Заяв. 24.02.2003; опубл. 15.12.2005; Бюл. № 12. — 5 с. 24. Пат. 63989 Україна, МПК B24D3/04, B24Д3/06. Надтвердий композиційний ма- теріал / М. О. Бондаренко, А. Ф. Лисовсь- кий, В. А. Мечник; заявник і патентовлас- ник ІНМ ім. В. М. Бакуля НАН України. — Заяв. 04.04.2011; опубл. 25.10.2011; Бюл. № 20. — 4 с. 25. Kraus W. and Nolze G. Powder Cell-A program for the representation and manipulation of crystal structures and calculation of the re- sulting X-ray powder patterns // J. Appl. Cryst. — 1996. — No. 29. — P. 301–303. 26. Selected powder diffraction data for education straining (Search manual and data cards). Published by the Internatoinal Centre for diffraction data. USA, 1988. — 432 p. 27. Selig R. P. Fundamentals of pressing of metal powder; ed. by W. E. Kingston // The Physics of Powder Metallurgy. — McGraw — Hill, Bo- ok Comp. Inc, 1951. — P. 344–371. 28. Свойства элементов. В 2-х ч. Ч. 1. Физиче- ские свойства: Справ. / Под ред. Г. В. Сам- сонова. — М.: Металлургия, 1976. — 600 с. LІTERATURA 1. Bondarenko N. A. Osnovy sozdaniya alma- zosoderzhaschih kompozicionnyh materialov dlya porodorazrushayuschih instrumentov / N. A. Bondarenko, A. N. Zhukovskij, V. A. Me- chnik ; pod red. N. V. Novikova. — K.: ISM im. V. N. Bakulya NAN Ukrainy, 2008. — 456 p. 2. Novikov N. V. Fiziko-matematicheskoe mo- de lirovanie processov spekaniya mno go kom- ponentnyh almazosoderzhaschih kom po zicij. 1. Matematicheskaya model’ / N. V. No vikov, N. A. Bondarenko // Fizicheskaya me zo me- hanika. — 2004. — Vol. 7, No. 3. — P. 71–77. 3. Novikov N. A., Bondarenko N. A., Ku- lik O. G., Mechnik V. A., Zhukovskij A. N. Fiziko-matematicheskoe modelirovanie pro- cessov spekaniya mnogokomponentnyh al- ma zosoderzhaschih kompozicij. 2. Fiziko- himicheskie osobennosti formirovaniya struk tury i svojstv // Fizicheskaya me zo- mehanika. — 2004. — Vol. 7, No. 3. — P. 79–87. 4. Bondarenko N. A., Zhukovskij A. N., Me- chnik V. A. Analiz osnovnyh teorij speka-niya materialov. 1. Spekanie v izotermicheskih i neizotermicheskih usloviyah (obzor) // Sverh tverdye materialy. — 2005. — No. 6. — P. 3–17. 5. Bondarenko N. A., Zhukovskij A. N., Me- chnik V. A. Analiz osnovnyh teorij spe kaniya materialov. 2. Himicheskie re a kcii i processy zarodysheobrazovaniya. Os novnye polozheniya modelirovaniya spe kaniya sverhtverdyh kom- pozicionnyh almazosoderzhaschih materialov (obzor) // Sverhtverdye materialy. — 2006. — No. 1. — P. 3–15. 6. Bondarenko M. O. Mechnik V. A., Suprun M. V. Osoblivostі usadki і її shvidkostі v sistemі Salmaz–Fe-Cu-Ni-Sn-CrB2 pri garyachomu presuvannі zrazkіv, poperedn’o otrimanih vіl’nim spіkannyam // Sverhtverdye materialy. — 2009. — No. 4. — P. 29–39. 7. Bondarenko M. O., Mechnik V. A., Su- prun M. V. Energetichnij stan і mehanіzmi perenesennya masi pri garyachomu presuvannі splavіv Fe-Cu-Ni-Sn і Fe-Cu-Ni-Sn-CrB2 // Fіzika і hіmіya tverdogo tіla. — 2009. — Vol. 10, No. 2. — P. 463–472. 8. Mechnik V. A. Ocіnka vplivu vzaєmodії vug- lecyu іz spolukami karbіdіv, boridіv, nіt- ridіv і silіcidіv na strukturu і vlastivostі kom- pozitіv almaz–Fe-Cu-Ni-Sn // Problemy ma shinostroeniya. — 2011. — Vol. 11, No. 5. — P. 72–75. 9. Mechnik V. A. Vpliv domіshok CrB2, TiB2 і WC na strukturoutvorennya v sistemі almaz– Fe-Cu-Ni-Sn: Otrimannya, vlastivostі, zasto - suvannya // Fizicheskaya inzheneriya po ver- hnosti. — 2013. — Vol. 11, No. 4. — P. 378– 392. 10. Mechnik V. A. Kompozicіjnі almazovmіsnіj ma terіali almaz–Fe-Cu-Ni-Sn z prognozovano stabіl’nimi harakteristikami // Fіziko-hіmіchna mehanіka materіalіv. — 2012. — No. 5. — P. 34–42. 11. Gevorkyan E. S., Timofeeva L. A., Chish- kala V. A., Kislyj P. S. Goryachee pressovanie nanoporoshkov monokarbida vol’frama pri na grevanii elektricheskim tokom // Nano- strukturnoe materialovedenie. — 2006 . — No. 2. — P. 46–51. 12. Gevorkyan E. S., Mel’nik O. M., Chishkala V. A., Sirota V.V. Fazovye i strukturnye sostoyaniya v nanokristallicheskih poroshkah na osnove Е. С. ГЕВОРКЯН, В. А. МЕЧНИК, М. О. БОНДАРЕНКО, Ю. В. НЕСТЕРЕНКО, О. М. МЕЛЬНИК, В. О. ЧИШКАЛА, С. В. ЛИТОВЧЕНКО ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 1, vol. 13, No. 1 119 dioksida cirkoniya // Ogneupory i tehnicheskaya keramika. — 2012. — No. 7–8. — P. 26–31. 13. Kislyj P. S., Gevorkyan E. S., Shku ro pa ten- ko V. A., Gucalenko Yu. G. Poluchenie ma- terialov iz nanoporoshkov oksida alyuminiya s primeneniem sovremennyh metodov kon- solidacii // Sverhtverdye materialy. — 2010. — No. 5. — P. 28–35. 14. Gevorkyan E. S., Mel’nik O. M., Chishkala V. A. Nekotorye osobennosti strukturoobrazovaniya cirkonievoj keramiki s dobavkami nano-WC // Ogneupory i tehnicheskaya keramika. — 2013. — No. 7–8. — P. 22–26. 15. Mechnik V. A. Oderzhannya kompozicіjnih materіalіv almaz–Fe-Cu-Ni-Sn pіdvischenoї znosostіjkostі // Poroshkova metalurgіya. — 2013. — No. 9/10. — P. 115–127. 16. Bondarenko N. A., Novikov N. V., Mech- nik V. A., Olejnik G. S., Vereschaka V. M. Stru kturnye osobennosti sverhtverdyh kom- pozitov sistemy almaz-tverdyj splav VK6, otlichayuschihsya iznosostojkost’yu // Sverh- tverdye materialy. — 2004. — No. 6. — P. 3–14. 17. Novikov N. V., Bondarenko N. A., Zhu kov- skij A. N., Mechnik V. A. Vliyanie diffuzii i himicheskih reakcij na strukturu i svojstva burovyh vstavok. 2. Rezul’taty attestacii stru kturnogo sostoyaniya sverhtverdyh ma- terialov sostava almaz-tverdyj splav VK6 // Fizicheskaya mezomehanika. — 2006. — Vol. 9, No. 2. — P. 107–116. 18. Mechnik V. A. Strukturnye osobennosti i svoj- stva kompozitov almaz–(51Fe + 32Cu + 9Ni + 8Sn), otlichayuschihsya sposobami spe kaniya // Naukovij vіsnik nacіonal’nogo gіr nichogo unіversitetu. — 2007. — No. 7. — P. 10–14. 19. Majstrenko A. L., Ivanov S. A., Pereyaslov V. P., Voloshin M. N. Intensivnoe elektrospekanie almazosoderzhaschih kompozicionnyh ma- terialov // Sverhtverdye materialy. — 2000. — No. 5. — P. 39–45. 20. Kusch V. I., Ivanov S. A., Majstrenko A. L., Pereyaslov V. P. Issledovanie mehanizma i ki netiki uplotneniya pri intensivnom elek- trospekanii. Soobschenie 1. Laboratornye is sledovaniya // Sverhtverdye materialy. — 2007. — No. 2. — P. 18–25. 21. Kusch V. I., Ivanov S. A., Majstrenko A. L., Pereyaslov V. P. Issledovanie mehanizma i ki netiki uplotneniya pri intensivnom ele k- trospekanii. Soobschenie 2. Teoreticheskaya model’ i ee proverka // Sverhtverdye materialy. — 2007. — No. 4. — P. 21–29. 22. Pat. 72841 Ukraїna, MPK (2012.01) B22F3/00. Pristrіj dlya garyachogo presuvannya po- rosh kіv shlyahom pryamogo propuskannya elek trichnogo strumu / M. O. Azarenkov, E. S. Gevorkyan, S. V. Litovchenko ta іnshі; zayavnik і patentovlasnik E. S. Gevorkyan. — No. u 201203031. — Zayav. 15.03.2012; opubl. 27.08.2012; Byul. No. 116. — 6 p. 23. Pat. 64274 Ukraїna, MPK B24D3/04, B22F3/12, E21B10/46, C22C29/14. Shihta dlya vigotovlennya abrazivnogo materіalu / M. O. Bondarenko, V. A. Mechnik, O. M. Zhu- kovs’kij ta іnshі; zayavnik і patentovlasnik ІNM іm. V. M. Bakulya NAN Ukraїni. — Zayav. 24.02.2003; opubl. 15.12.2005; Byul. No. 12. — 5 p. 24. Pat. 63989 Ukraїna, MPK B24D3/04, B24D3/06. Nadtverdij kompozicіjnij materіal / M. O. Bondarenko, A. F. Lisovs’kij, V. A. Me- chnik; zayavnik і patentovlasnik ІNM іm. V. M. Bakulya NAN Ukraїni. — Zayav. 04.04.2011; opubl. 25.10.2011; Byul. No. 20. — 4 p. 25. Kraus W. and Nolze G. Powder Cell-A program for the representation and manipulation of cry- stal structures and calculation of the resulting X-ray powder patterns // J. Appl. Cryst. — 1996. — No. 29. — P. 301–303. 26. Selected powder diffraction data for education straining (Search manual and data cards). Published by the Internatoinal Centre for diffraction data. USA, 1988. — 432 p. 27. Selig R. P. Fundamentals of pressing of metal powder; ed. by W. E. Kingston // The Physics of Powder Metallurgy. — McGraw-Hill, Book Comp. Inc, 1951. — P. 344–371. 28. Svojstva elementov. V 2-h ch. Ch. 1. Fizicheskie svojstva: Sprav. / Pod red. G. V. Samsonova. — M.: Metallurgiya, 1976. — 600 p.

Структуроутворення та властивості композиційних матеріалів алмаз–(Fe-CuNi-sn), отриманих гарячим пресуванням

Institution

Similar Items