HP-HT-спекание, микроструктура и свойства B₆O-, TiC-содержащих композитов на основе сBN
Изучена возможность использования в качестве связки в композитах с низким содержанием сBN сверхтвердого субоксида бора B₆O, характеризующегося более высокими механическими характеристиками, чем TiC, широко используемый в коммерческих материалах. С помощью аппарата высокого давления типа “тороид” при...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Сверхтвердые материалы |
|---|---|
| Datum: | 2015 |
| Hauptverfasser: | , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
2015
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/126166 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | HP-HT-спекание, микроструктура и свойства B₆O-, TiC-содержащих композитов на основе сBN / Д.В. Туркевич, V. Bushlya, J.-E. Ståhl, И.А. Петруша, Н.Н. Белявина, В.З. Туркевич // Сверхтвердые материалы. — 2015. — № 3. — С. 3-16. — Бібліогр.: 28 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860267389836328960 |
|---|---|
| author | Туркевич, Д.В. Bushlya, V. Ståhl, J.-E. Петруша, И.А. Белявина, Н.Н. Туркевич, В.З. |
| author_facet | Туркевич, Д.В. Bushlya, V. Ståhl, J.-E. Петруша, И.А. Белявина, Н.Н. Туркевич, В.З. |
| citation_txt | HP-HT-спекание, микроструктура и свойства B₆O-, TiC-содержащих композитов на основе сBN / Д.В. Туркевич, V. Bushlya, J.-E. Ståhl, И.А. Петруша, Н.Н. Белявина, В.З. Туркевич // Сверхтвердые материалы. — 2015. — № 3. — С. 3-16. — Бібліогр.: 28 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Сверхтвердые материалы |
| description | Изучена возможность использования в качестве связки в композитах с низким содержанием сBN сверхтвердого субоксида бора B₆O, характеризующегося более высокими механическими характеристиками, чем TiC, широко используемый в коммерческих материалах. С помощью аппарата высокого давления типа “тороид” при давлении 7,7 ГПа в диапазоне температур от 1500 до 2000° С были синтезированы композиты с содержанием сBN 60 % (по объему) и различным составом связок, включающих В6О и TiC. С использованием электронной микроскопии, а также ретгенофазового анализа, изучены микроструктура, фазовый и элементный состав полученных композитов. Методом индентирования изучены их механические свойства. Установлена работоспособность синтезированных композитов при точении закаленной холодноштамповой стали.
Вивчено можливість використання в якості зв’язки в композитах з низьким вмістом cBN надтвердого субоксиду бору B₆O, який характеризується вищими за TiC, що широко використовується у комерційних матеріалах, механічними властивостями. За допомогою апарату високого тиску типу “тороїд” під тиском 7,7 ГПа у діапазоні температур від 1500 до 2000 °С було синтезовано композити із вмістом сBN 60 % (за об’ємом) і різним складом зв’язок, які включають в себе B₆O і TiC. З використанням електронної мікроскопії, а також ретгенофазового аналізу, вивчені мікроструктура, фазовий та елементний склад отриманих композитів. Методом індентування вивчено їх механічні властивості. Встановлено роботоздатність синтезованих композитів під час точіння загартованої холодно штампової сталі.
The article presents a study of the potential for the use of B₆O superhard boron suboxide as a binder in composite materials with a low cBN content. Superhard B₆O is characterized by higher mechanical properties than TiC widely used in commercial materials today. Composites containing 60 vol % cBN and different binder compositions that included B₆O and TiC have been sintered in a toroid-type high-pressure apparatus at a pressure of 7.7 GPa in a temperature range from 1500 to 2000°C. The microstructure, phase and elemental composition of the sintered materials have been examined via electron microscopy and X-ray diffraction analysis. Mechanical properties have been analyzed via indentation techniques. The performance of the cutting tools produced from the sintered composites has been evaluated in turning hardened cold work tool steel.
|
| first_indexed | 2025-12-07T19:02:25Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2015, № 3 3
Получение, структура, свойства
УДК 620.22-419.004.12:661.657.5:621.941
Д. В. Туркевич, V. Bushlya*, J.-E. Ståhl (г. Лунд, Швеция)
И. А. Петруша, Н. Н. Белявина, В. З. Туркевич** (г. Киев)
*volodymyr.bushlya@iprod.lth.se
**vturk@ism.kiev.ua
HP-HT-спекание, микроструктура и свойства
B6O-, TiC-содержащих композитов на основе
сBN
Изучена возможность использования в качестве связки в компо-
зитах с низким содержанием сBN сверхтвердого субоксида бора B6O, характе-
ризующегося более высокими механическими характеристиками, чем TiC, широ-
ко используемый в коммерческих материалах. С помощью аппарата высокого
давления типа “тороид” при давлении 7,7 ГПа в диапазоне температур от 1500
до 2000° С были синтезированы композиты с содержанием сBN 60 % (по объе-
му) и различным составом связок, включающих В6О и TiC. С использованием
электронной микроскопии, а также ретгенофазового анализа, изучены микро-
структура, фазовый и элементный состав полученных композитов. Методом
индентирования изучены их механические свойства. Установлена работоспо-
собность синтезированных композитов при точении закаленной холодноштам-
повой стали.
Ключевые слова: сверхтвердые композиты, кубический нитрид
бора, субоксид бора, карбид титана.
ВВЕДЕНИЕ
Среди инструментальных материалов на основе кубического
нитрида бора (cBN) выделяют материалы с высоким содержанием cBN (70–
95 % (по объему)) с металлической или керамической связкой (группа BH) и
композиты с низким содержанием cBN (45–65 % (по объему)) в керамиче-
ской матрице (группа BL) [1, 2]. Распространенными вариантами систем для
получения композитов BL-группы являются системы cBN–TiC, cBN–TiN и
cBN–Ti(C,N) с небольшим количеством Al в качестве геттера кислорода [3].
Известно, что на операциях чистового точения закаленных сталей [4], а также
жаропрочных никелевых сплавов [5], материалы группы BL имеют значи-
тельно более высокую работоспособность по сравнению с композитами
группы BH.
© Д. В. ТУРКЕВИЧ, V. BUSHLYA, J.-E. STÅHL, И. А. ПЕТРУША, Н. Н. БЕЛЯВИНА, В. З. ТУРКЕВИЧ, 2015
www.ism.kiev.ua/stm 4
В [6] отмечается, что в процессе резания инструментом из композита с
матрицей на основе TiC в контактной зоне деталь–инструмент формируется
защитный адгезионный слой, препятствующий взаимной диффузии элемен-
тов обрабатываемой заготовки и резца. При операциях с низкой скоростью
резания температура в зоне резания невысока, скорость образования и тол-
щина адгезионного слоя невелики и слой удаляется из зоны резания вместе со
стружкой, не препятствуя химическому взаимодействию cBN с обрабатывае-
мым материалом. Использование в качестве связки TiC, имеющего низкую
теплопроводность, позволяет повысить температуру в зоне резания и сохра-
нить постоянное присутствие адгезионного слоя. Более детальный анализ
состава адгезионного слоя, формирующегося на композите со связкой на
основе Ti(C,N), проведен в [7]. Отмечено, что слой состоит из элементов,
входящих в состав заготовки, и высказано предположение о том, что защит-
ное действие адгезионного слоя можно объяснить ограничением площади
контакта материала заготовки и cBN, который приводит к химической дегра-
дации режущей поверхности.
Тем не менее, композиты со связками на основе карбида и нитрида титана,
имеют недостатки, связанные с относительно невысокими механическими
свойствами. Твердость TiC, как известно [8], не превышает HV = 26 ГПа, а
коммерческие композиты cBN–TiC имеют твердость ∼ 27 ГПа по Кнупу.
Следовательно, поиск сверхтвердой альтернативы TiC и его аналогам являет-
ся перспективным направлением исследований. Такой альтернативой может
быть субоксид бора (B6O), кристаллическая решетка которого представляет
собой икосаэдры атомов бора, соединенные атомами кислорода [9]. Сверх-
твердый B6O известен своими высокими механическими свойствами, срав-
нимыми с таковыми у cBN. Твердость и трещиностойскость поликристалли-
ческого B6O (с добавкой 2,2 % (по объему) алюминия) может достигать HV =
32–38 ГПа [10–13] и 3 МПа⋅м1/2 cоответственно [14], причем твердость его
композитов при температуре 1000 °С снижается лишь до HV = 17 ГПа [15],
что значительно выше аналогичного показателя у TiC – HV = 5 ГПа [8]. Сте-
хиометрический B6O может быть получен уже при давлении 1 ГПа [16].
Несмотря на перспективность использования B6O как материала связки,
композиты, содержащие субоксид и кубический нитрид бора, изучены недос-
таточно. В [17, 18] сообщается о результатах создания материала, который
содержит B6O, субнитрид бора B13N2 и cBN. Было показано, что B6O и B13N2
не образуют твердых растворов и имеют индивидуальные области первичной
кристаллизации. В [12] исследовано спекание B6O с cBN в разных соотноше-
ниях при давлении 5 ГПа и показано, что твердость и трещиностойкость ком-
позитов зависит от количества cBN в них, достигая максимума при 60 % (по
объему) [19].
В данной работе выполнена серия экспериментов по получению сBN-
содержащих композитов группы BL c керамической связкой на основе со-
единений TiC и B6O, в которых, как ожидается, связка будет сочетать повы-
шенные механические характеристики со способностью образовывать за-
щитный адгезионный слой при работе инструмента. Исследованы особенно-
сти структуры, изменение фазового состава в процессе спекания, механиче-
ские свойства, а также работоспособность при обработке закаленных сталей.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
В качестве исходных веществ были использованы порошки cBN марки
КМ с размером зерна 2–3 мкм (Институт сверхтвердых материалов
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2015, № 3 5
им. В. Н. Бакуля НАН Украины), B6O с размером зерна 1–2 мкм (FICTS,
Дрезден, Германия) [14] и ТiC с размером зерна 4–5 мкм (H. C. Starck GmbH,
Германия). Порошки смешивали трехкратным протиранием шихты через
проволочное сито с размером ячеек 63×63 мкм2.
При спекании использовали смеси порошков трех составов (табл. 1): серия
С1 – cBN–B6O (получение композитов при более высоких параметрах р, Т-
воздействия по сравнению с приведенными в [19]); серия С2 – cBN–TiC (ана-
лог коммерческих материалов со связкой из карбида титана); серия С3 –
cBN–B6O–TiC (вариант с комбинированной связкой на основе соединений
TiC и B6O).
Спекание проводили при давлении 7,7 ГПа и температурах 1500, 1750,
2000 °С. Применение более высоких температур нецелесообразно из-за воз-
можного контактного плавления нитрида и субоксида бора [17, 18].
Таблица 1. Состав порошков
Состав смеси, % (по объему) Серия
cBN B6O TiC
С1 60 40 –
С2 60 – 40
С3 60 20 20
Шихту перед спеканием предварительно уплотняли при давлении 0,1 ГПа
с помощью специальной пресс-формы, получая образец в форме цилиндра
диаметром 13 мм и высотой 7 мм непосредственно в полости графитового
нагревателя ячейки высокого давления (рис. 1). Для создания давления
7,7 ГПа использовали аппарат высокого давления типа “тороид” (АВДТ) [20,
21]. Градуировка аппарата по давлению в зависимости от усилия сжатия пу-
ансонов получена фиксацией фазовых превращений в реперных материалах
Bi (2,54 и 7,7 ГПа) и PbSe (4,32 ГПа) при комнатной температуре. Температу-
ру устанавливали, используя предварительно полученную зависимость тем-
пературы от мощности тока в цепи нагревателя с помощью термопарного
датчика Pt-6 % Rh/Pt-30 % Rh, спай которого размещали в центре образца.
После создания давления образец нагревали до заданной температуры в тече-
ние 5 с. Длительность температурного воздействия при постоянной темпера-
туре составляла 45 с, после чего в течение 10 с уменьшали мощность тока и
снимали давление.
После спекания образцы шлифовали до получения круглой пластины
RNGN090300 (согласно ISO1832:2012). Пробоподготовка перед микроскопи-
ей и индентированием включала полирование алмазной пастой (9 и 1 мкм), а
также коллоидным расствором оксида кремния (0,04 мкм) до получения зер-
кальной поверхности.
Для исследования микроструктуры образцов и поверхностей износа инст-
румента использовали электронный сканирующий микроскоп высокого раз-
решения Hitachi SU8010.
Фазовый состав полученных образцов определяли методом рентгеновской
дифрактометрии в излучении CuKα с использованием дифрактометра Mythen
STOE Darmstad. Энергодисперсионную рентгеновскую спектроскопию про-
водили на образцах серии С3 с применением установки ISIS 300
Microanalysis System Oxford. Микротвердость полученных композитов по
Кнупу определяли как среднее 5–7 индентирований при нагрузке 4,9 Н и
www.ism.kiev.ua/stm 6
выдержке 15 с на микротвердомере Ernst Leitz Wetzlar. Коэффициент трещи-
ностойкости определялся методом индентирования с применением индентора
Виккерса при нагрузке 200 Н на установке Sematic Durometer. Для измерения
глубины лунки на передней поверхности режущей пластины применялся 3D-
микроскоп Alicona Infinite Focus Real 3D. Данный микроскоп и способ обра-
ботки полученных данных позволяют также оценивать потери объема мате-
риала в процессе износа методом Volume Difference Measurement (VDM).
l
7
6
54
3
2 1
Рис. 1. Сборка ячейки высокого давления (четверть осевого сечения): 1 − графитовый
нагреватель; 2 – контейнер из литографского камня; 3 – токоподвод из молибдена (0,4 мм);
4 – теплоизолирующее кольцо из пирофиллита; 5 – осевой нагреватель (смесь графита с
Zr2O); 6 – крышка из графита; 7 – образец; l = 6,5 мм.
Работоспособность полученных образцов исследовали при чистовом то-
чении закаленной холодноштамповой стали Vanadis 4E (HRC 58,6) [22].
Сравнение проводилось по величине фаски износа на задней поверхности
режущей пластины, формирующейся при точении на скорости резания vc =
200 м/мин, подаче f = 0,15 мм/об и глубине резания ap = 0,3 мм при суммар-
ном пути резания 0,87 км.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
cBN–B6O
Результаты рентгеновских и электронно-микроскопических исследований
группы образцов серии С1 (cBN–B6O) свидетельствуют об отсутствии хими-
ческого взаимодействия cBN с B6O во всем диапазоне температур спекания
(1500–2000 °С), поскольку промежуточные слои, возникающие при твердо-
фазных реакциях между компонентами смеси на межфазных границах, в
композите не наблюдаются. Имеет место некоторая пространственная неод-
нородность в распределении частиц cBN по объему матрицы B6O (рис. 2).
Матрицу составляют крупные частицы B6O размером от 3 до 15 мкм. Микро-
структура образцов, спеченных при температурах 1500 и 2000 °С, подобна
описанной выше.
Химическое взаимодействие субоксида и нитрида бора не наблюдали и
при спекании порошков в условиях более низкого давления 5 ГПа [17, 19]. В
смеси B6O с гексагональным нитридом бора (hBN) образование новых фаз не
фиксировали вплоть до температуры 2430 °С, хотя при 2000 °С при указан-
ном давлении наблюдается контактное эвтектическое плавление компонентов
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2015, № 3 7
бинарной смеси [17]. По данным [19],
при 5 ГПа B6O не взаимодействует
также и с cBN.
Особенностью образцов серии С1,
полученных при температуре
2000 °С, является образование на
поверхности композита в зоне кон-
такта с графитом (см. рис. 1) сплош-
ного алмазного слоя толщиной до
∼ 30 мкм (рис. 3). Очевидно, возмож-
ность кристаллизации алмаза связана
с появлением пресыщенных углеро-
дом расплавов в системе сBN–B6O–С
при достаточно высоких температу-
рах эксперимента. Морфологические
особенности слоя могут свидетельст-
вовать о гетероэпитаксиальной нуклеации алмаза на поверхности частиц cBN
и его росте из раствора в расплаве, контролируемом правилами геометриче-
ского отбора. Отметим, что в [23] описан аналогичный процесс кристаллиза-
ции алмаза на поверхности керамики в системе сBN–Al–С. Также о спонтан-
ной кристаллизации алмаза в наиболее близкой системе hBN–B–С в условиях
высоких давлений и температур сообщалось в [24].
50 мкм
а
200
400
600
800
1000
1200
1400
20 40 60 80 2θ, CuKα
И
н
те
н
си
вн
ос
ть
, о
тн
. е
д.
б
Рис. 3. Алмазный слой на поверхности образца серии С1 (cBN–B6O), спеченном при
2000 °С: а – морфология ростового фронта (“щетка”); б – дифрактограмма поверхности
образца; cBN (♦), B6O (∇), C(d) (⊗), B4C (∅), C(g) (?).
cBN–TiC
В отличие от композитов серии С1, в которых компонент B6O образует
керамическую матрицу, включающую изолированные частицы cBN или их
скопления, структура образцов серии С2 (cBN–TiC), наоборот, характеризи-
руется матрицей из взаимосвязанных скоплений частиц cBN, в которой зоны
TiC преимущественно изолированы друг от друга и имеют размеры от 5 до
20 мкм. Как и в случае с образцами серии С1, на межфазных границах какие-
либо следы химического взаимодействия cBN с TiC отсутствуют даже после
спекания при температуре 2000 °С (рис. 4, а). Вместе с тем результаты рент-
генофазового анализа свидетельствуют о присутствии некоторого количества
диборида и карбонитрида титана (см. рис. 4, б). Вполне возможно, что обра-
зование TiB2 происходит вследствие нестехиометрии TiC, в котором содер-
10 мкм
Рис. 2. Микроструктура образца cBN– B6O,
спеченного при 1750 °С; мелкие светлые
зерна – кубический нитрид бора, крупные
темные области – субоксид бора.
www.ism.kiev.ua/stm 8
жание углерода может снижаться до 40 % (ат.) [25]. В подрешетке титана
вакансии отсутствуют, а в подрешетке углерода при комнатной температуре
количество вакансий достигает 34 %. Титан из TiC реагирует с бором из BN,
азот которого заполняет вакансии в TiC, образуя Ti(C,N). Один из вариантов
такой реакции, не связанной с выделением газообразного азота, можно пред-
ставить следующим соотношением:
11Ti(C0,727, Va0,273) + 2BN = TiB2 + 10Ti(C0,8,N0,2). (1)
10 мкм
а 20 40 60 80 0
500
1000
1500
2000
⊗
2θ, CuKα
И
н
те
н
си
вн
ос
ть
, о
тн
. е
д.
∇
∇ ∇
∇
∇
∇∇∇
♦
♦
♦ ♦⊗
б
Рис. 4. Структура композита cBN–TiC, полученного при 2000 °С: а – скопления мелких
частиц сBN, образующих при спекании матрицу, содержащую TiC (большие темные об-
ласти); б – дифрактограмма образца; cBN (♦), Ti(С,N) (∇), TiB2 (⊗).
cBN–B6O–TiC
В композитах серии С3 (cBN–B6O–TiC), спеченных при температуре
1500 °С, как и в композитах серий С1 и С2, на межфазных границах cBN с
TiC и B6O признаки химического взаимодействия не выявлены (рис. 5). Мат-
рицу составляют крупные темно-серые участки TiC размером до 8 мкм. По
краям таких участков наблюдается химическое взаимодействие, продукты
которого образуют промежуточные слои толщиной 0,5–2 мкм. Также на мик-
рофотографии видны небольшие темные пористые области B6O размером до
3 мкм Наличие пор может свидетельствовать о формировании газообразных
продуктов в процессе HP-HT-обработки.
Особенно отчетливо исходные фа-
зы и продукты химических реакций
видны в композитах, полученных при
температурах 1750 и 2000 °С (рис. 6,
7). При этом следов какого-либо взаи-
модействия с сBN не обнаружено,
B6O сохранился только в виде ло-
кальных включений, отделенных от
TiС кристаллами cBN.
Сопоставление изображений
поверхности образца в обратноотра-
женных электронах и в характеристи-
ческом излучении для элементов,
входящих в начальные составы,
указывает на то, что темно-серые
зерна состоят из бора и азота и,
соответственно, представляют cBN
10 мкм
Рис. 5. Структура композита cBN–TiС–B6O,
полученного при 1500 °С: 1 – TiC; 2 – об-
ласти контакта с TiC, в которых обнаружи-
вается TiB2; 3 – участки В6О с пористой
структурой; 4 – частицы cBN.
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2015, № 3 9
(рис. 8). Светлые области, согласно энергодисперсионной рентгеновской
спектроскопии (EDX), состоят из титана и углерода, а серые, которые каймой
окружают вышеупомянутые светлые, – из титана, бора и углерода. Логично
предположить, что серые области – результат химического взаимодействия
между B6O и TiC с образованием TiB2, который, наряду с В4С, и составляет
основную массу этой каймы. Кроме того, как показывает EDX-анализ,
отдельные зерна B6O, изолированные от TiC зернами cBN, непрореагировали.
5 мкм
10 мкм
Рис. 6. Структура композита cBN–TiС–B6O,
полученного при 1750 °С: 1 – TiC; 2 – про-
дукты взаимодействия TiС с B6O; 3 – уча-
стки В6О с пористой структурой; 4 – части-
цы cBN.
Рис 7. Структура композита cBN–TiС–B6O,
полученного при 2000 °С: 1 – TiC; 2 – про-
дукты взаимодействия TiС с B6O; 3 – уча-
стки В6О с пористой структурой; 4 – части-
цы cBN.
20 мкм
B C
N O Ti
Рис. 8. Результаты EDX-анализа образца cBN–TiС–B6O; T = 2000 °С.
Данные качественного и количественного рентгенофазового анализа для
образцов серии С3 свидетельствуют о прохождении реакции B6O с TiC с об-
разованием TiB2 и B4C, причем с увеличением температуры интенсивость
реакции возрастает (рис. 9). На дифракторамме образца, спеченного при
1500 °С, присутствуют линии, соответствующие межплоскостным расстоя-
ниям B6O (основные линии 104 и 021 соответствуют межплоскостным рас-
стояниям, близким к 2,568 и 2,284 Å соответственно). На дифрактограммах
образцов, полученных при температурах 1750 и 2000 °С, ситуация меняется.
Рассчитанные периоды решетки ближе к решетке субкарбида бора B13C2 (а =
5,597 Å и с = 12,064 Å), т. е., возможно, происходит образование твердого
раствора на основе решетки B4C и содержащего до ~ 13,3 % (ат.). углерода.
www.ism.kiev.ua/stm 10
Анализ литературных данных [25] показал, что область гомогенности B4C
простирается от 12 до 20 % (ат.) С, что коррелирует с данными приведенного
фазового анализа.
20 30 40 50 60 70 80 90
⊗
⊗
⊗
⊗
⊗
∅
∅ ∅
∅
∅
∅ ∅ ∅♦
♦
♦
♦
♦
♦
♦
♦⊗
⊗
⊗
⊗
⊗
∅∅∅
∅
∅
∅
∅
∅
◊ ◊ ∨
∨
∅
∅
∅
∅
∅ ∅ ∅ ∅
⊗ ⊗
⊗
⊗
⊗
⊗♦
♦
♦
♦
∅ ∨
◊
∅
2θ, CuKα
а
б
вИ
н
те
н
си
вн
ос
ть
, о
тн
. е
д.
Рис. 9. Результаты рентгенофазового анализа образцов серии cBN–TiС–B6O, спеченных
при температурах 1500 (а), 1750 (б) и 2000 (в) °С: cBN (♦), TiB2 (∅), TiС (⊗), B6O (∨), B4С
(◊).
Сводные данные по количественному анализу, приведенные в табл. 2, по-
казывают тенденцию к увеличению содержания диборида титана и уменьше-
нию количества карбида титана в образцах с ростом температуры спекания.
B4C и B6O не учтены при расчетах количества фаз из-за своей рентгено-
аморфности, однако объемное соотношение между cBN и титаносодержащей
фазами в начальных составах (cBN/TiC = 3/1) сохраняется и в результатах
количественного фазового анализа композитов (75,3 % (по объему) сBN к
7,0 (по объему) TiC и 17,7 % (по объему) TiB2 при 2000 °С). Расчет относи-
тельного количества фаз показывает, что при температуре спекания 2000 °С
происходит практически полное прохождение реакции между субоксидом
бора и карбидом титана.
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2015, № 3 11
Таблица 2. Результаты количественного фазового анализа образцов
серии С3
cBN TiC TiB2 Температура
спекания, °С % (по
массе)
% (по
объему)
% (по
массе)
% (по
объему)
% (по
массе)
% (по
объему)
1500 72,9(3) 78,4(4) 14,6(1) 11,1(3). 12,5(7) 10,5(6)
1750 71,0(3) 76,6(4) 12,2(6) 9,3(5) 16,8(3) 14,1(3)
2000 69,8(2) 75,3(3) 9,1(5) 7,0(4) 21,1(1) 17,7(1)
Согласно термодинамическим расчетам, реакция B6O с TiC при заданных
давлениях и температурах наиболее предпочтительно будет протекать по
следующей химической реакции:
3B6O + 5TiC = 5TiB2 + 3CO↑ + 2B4C. (2)
Результат такого взаимодействия, сопровождающегося выделением газо-
вой фазы, и наблюдали при анализе микроструктуры и фазового состава. Рост
температуры и приложение давления увеличивают интенсивность реакции.
Так, при 1500 °С свободная энергия Гиббса ΔG1500= –520 кДж/моль, а при
увеличении темепературы до 2000 °С ΔG2000 = –550 кДж/моль (при атмосфер-
ном давлении). Приложение давления (7,7 ГПа), в свою очередь, приводит к
еще большему сдвигу равновесия реакции вправо: ΔG1500= –780 кДж/моль и
ΔG2000= –810 кДж/моль (с учетом того, что ячейка высокого давления не яв-
ляется газоплотной и СО покидает реакционный объем).
МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОБРАЗЦОВ
И ИХ РАБОТОСПОСОБНОСТЬ
Твердость образцов серии cBN–B6O достигает максимального значения
HK = 34,5 ГПа при температуре спекания равной 1750 °С и незначительно
снижается до HK = 33,5 ГПа при 2000 °С, что, скорее всего, обусловлено по-
терей B6O кислорода и его стехиометричности (рис. 10, а).
1500 2000
20
25
30
35
Т
ве
рд
ос
ть
H
K
, Г
П
а
Температура спекания, °C
а
1400 1600 1800 2000
0
1
2
3
4
5
Температура спекания, °C
П
ор
и
ст
ос
ть
,
%
б
Рис. 10. Зависимость микротвердости по Кнупу (а) и величины пористости образцов серий
С1 (■), С2 (♦) и С3 (▲) (б) от температуры спекания.
Пористость композитов С1, определенная с учетом плотности фаз и их
объемного содержание, при этом снижается с 0,45 до 0,13 % (см. рис. 10, б).
Твердость композитов серии С2 повышается от 25,5 до 31,0 ГПа, а их порис-
www.ism.kiev.ua/stm 12
тость уменьшается от 4,4 до 1,8 % при увеличении температуры спекания от
1500 до 2000 °С. Для композитов серии С3 характерно снижение твердости с
29,0 до 23,5 ГПа и резкое повышение пористости до 2,3 %, что является ре-
зультатом реакции между карбидом титана и субоксидом бора и связанным с
ней образованием газообразных продуктов реакции.
С другой стороны, протекание реакции взаимодействия между обеими фа-
зами связки композита, как видно на рис. 11, а, приводит к повышению ко-
эффициента трещиностойкости. В то же время, увеличение среди продуктов
реакции количества B4C и TiB2 при повышении температуры спекания сни-
жает трещиностойкость полученных композитов.
1500 1750 2000
4
6
8
10
Температура спекания, °C
K
Ic
, М
П
a⋅
м
1/
2
а
100 мкм
б
Рис. 11. Зависимость трещиностойкости образцов серий С1 (■), С2 (♦) и С3 (▲) от темпе-
ратуры спекания (а) и формирование радиальных трещин при индентировании методом
Виккерса (б) (образец серии С3, 1500 °С).
В композитах серий С1 и С2, в которых формирование газообразных про-
дуктов не наблюдали, трещиностойкость повышается с увеличением темпе-
ратуры. Следует также отметить, что трещиностойкость этих двух серий пре-
вышают значения, ранее полученные для материалов со схожими исходными
составами. Можно предположить, что более высокие температура и давление
спекания способствовали повышению трещиностойкости композитов.
Работоспособность полученных композитов оценивали по ряду парамет-
ров износа инструмента при высокоскоростном точении закаленной холод-
ноштамповой стали Vanadis 4E. Для всех композитов типичная морфология
износа включала образование лунки на передней поверхности и площадки
износа по задней поверхности режущей пластины (рис. 12). Отличительной
особенностью для композитов серии cBN–В6О являлось формирование ско-
лов по передней поверхности, как видно из рис. 12, а. Такое скалывание, ско-
рее всего, следует связывать с формированием лунки значительной глубины
и соответствующим ослаблением инструмента, как показано в [4, 5, 26].
Низкая работоспособность материалов серии С1 также очевидна при ана-
лизе рис. 13. Износ по передней и задней поверхности в 5–7 раз превышает
аналогичные параметры для инструмента серии cBN–TiC. Для обоих мате-
риалов характерно снижение износа с повышением температуры спекания, в
то время как для серии С3 имеет место его увеличение. Это следует отнести
как к повышению пористости при росте температуры спекания (см. рис. 10,
б), так и к появлению карбида бора, обладающего низкой прочностью в ре-
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2015, № 3 13
зультате реакции (2), что проявлялось в образовании микроскалываний и
локальных выкрашиваний на рабочих поверхностях иструмента.
1 мм
а
1 мм
б
Рис. 12. Износ режущих пластин из композитов серий С1 (а) и С2 (б), спеченных при
1500 °С.
1500 1750 2000
0
500
1000
1500
2000
2500
Ф
ас
к
а
и
зн
ос
а,
м
к
м
Температура спекания, °C
а
1500 1750 2000
0
150
300
450
600
750
Температура спекания, °C
Г
лу
би
н
а
кр
ат
ер
а,
м
к
м
б
Рис. 13. Зависимость фаски износа по задней поверхности (а) и глубины лунки на перед-
ней поверхности режущей пластины (б), сформировавшихся при точении инструментом из
композитов серий С1 (■), С2 (♦), С3 (▲), от температуры спекания композита.
Результаты дифференциальных объемных измерений (volume differential
measurement, VDM) потери объема материала в процессе износа приведены
на рис. 14. Видно, что потери для инструмента из композита серии С1 на
порядок превышают аналогичную величину для инструмента из композита
серии С2, что дополнительно подтверждает низкую работоспособность ком-
позита cBN–В6О.
Профиль износа,
мкм
а
Профиль износа,
мкм
б
Рис. 14. Результаты VDM-анализа для композитов серии С1 (а) и С2 (б), спеченных при
1750 °С.
www.ism.kiev.ua/stm 14
Детальное рассмотрение поверхностей износа при большем увеличении
(рис. 15) показало, что серия С1 характеризуется преимущественным изно-
сом субоксида бора, в то время как зерна кубического нитрида бора остаются
практически нетронутыми.
10 мкм
а
20 мкм
б
Рис. 15. Поверхность износа композитов серии С1 (а) и С2 (б), спеченных при 1500 °С.
Согласно [27], окисление субоксида бора с формированием В2О3 начина-
ется при температуре 600 °С, в то время как для cBN аналогичная температу-
ра составляет ∼ 1300 °С. С другой стороны TiC, который использовался в
качестве связки в серии С2 также имеет низкую стойкость к окислению, осо-
бенно при температурах выше 700 °С [28], однако микрофотографии поверх-
ности износа указывают на несоответствие интенсивности износа и темпера-
туры начала окисления. На рис 15, б отчетливо видно, что преимущественно
изнашивается кубический нитрид бора, а крупные включения TiC изнашива-
ются незначительно. Согласно данным испытаний работоспособности полу-
ченных композитов, высокие механические свойства серии cBN–B6O нивели-
руются низкой химической стойкостью связующей фазы B6O по отношению
к обрабатываемому материалу, вследствие чего эти композиты значительно
уступают композитам со связкой из TiC. Серия образцов со связкой на основе
B6O и TiC обладает невысокими механическими свойствами и низкой рабо-
тоспособностью, что связано с протеканием реакции (1) и связанными с ней
увеличением пористости и формированием B4C.
ВЫВОДЫ
При получении композитов cBN–B6O не наблюдали протекания реакций
или промежуточных фаз во всем диапазоне температур спекания. Твердость
таких композитов максимальна при температуре спекания 1750 °С и достига-
ет 34,5 ГПа, а трещиностойкость составляет 6,4 МПа⋅м1/2 при температуре
спекания 2000 °С.
По данным электронно-микроскопических исследований композитов
cBN–TiC также не обнаружено взаимодействия между исходными состав-
ляющими, в то время как рентгеновский фазовый анализ указывают на обра-
зование Ti(C, N) и незначительного количества TiB2. Твердость и трещино-
стойкость композитов возрастают с повышением температуры спекания и
достигают 30,5 ГПа и 4,8 МПа⋅м1/2 соответственно.
При спекании композитов cBN–TiC–B6O происходит химическое взаимо-
действие между субоксидом бора и карбидом титана с образованием TiB2 и
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2015, № 3 15
B4C по реакции 3B6O + 5TiC = 5TiB2 + 3CO↑ + 2B4C. Интенсивность реакции
значительно возрастает с увеличением температуры спекания, твердость
композитов при этом уменьшается по мере увеличения температуры спека-
ния с 29 ГПа при 1500 °С до 23,5 ГПа при 2000 °С. Аналогичная картина
характерна и для трещиностойкости, которая уменьшается от 8,5 до
6,2 МПа⋅м1/2.
Наибольшей работоспособностью при точении закаленной холодноштам-
повой стали Vanadis 4E обладает композит cBN–TiC.
Работа выполнена в рамках исследовательского проекта Sustainable
Production Initiative (SPI). Авторы признательны компании “Uddeholm Tooling
AB” (Швеция) и ее сотруднику S. Gunnarssonтам за поддержку. Один из ав-
торов благодарит Шведский Институт за предоставленную исследователь-
скую стипендию. Авторы также признательны Институту сверхтвердых ма-
териалов им. В. Н. Бакуля НАН Украины и Лундскому университету (Шве-
ция) за сотрудничество.
Вивчено можливість використання в якості зв’язки в композитах з ни-
зьким вмістом cBN надтвердого субоксиду бору B6O, який характеризується вищими за
TiC, що широко використовується у комерційних матеріалах, механічними властивостя-
ми. За допомогою апарату високого тиску типу “тороїд” під тиском 7,7 ГПа у діапазоні
температур від 1500 до 2000 °С було синтезовано композити із вмістом сBN 60 % (за
об’ємом) і різним складом зв’язок, які включають в себе B6O і TiC. З використанням елек-
тронної мікроскопії, а також ретгенофазового аналізу, вивчені мікроструктура, фазовий
та елементний склад отриманих композитів. Методом індентування вивчено їх механічні
властивості. Встановлено роботоздатність синтезованих композитів під час точіння
загартованої холодно штампової сталі.
Ключові слова: надтверді композити, кубічний нітрід бору, субоксид
бору, карбід титану.
The article presents a study of the potential for the use of B6O superhard bo-
ron suboxide as a binder in composite materials with a low cBN content. Superhard B6O is char-
acterized by higher mechanical properties than TiC widely used in commercial materials today.
Composites containing 60 vol % cBN and different binder compositions that included B6O and
TiC have been sintered in a toroid-type high-pressure apparatus at a pressure of 7.7 GPa in a
temperature range from 1500 to 2000°C. The microstructure, phase and elemental composition
of the sintered materials have been examined via electron microscopy and X-ray diffraction
analysis. Mechanical properties have been analyzed via indentation techniques. The perform-
ance of the cutting tools produced from the sintered composites has been evaluated in turning
hardened cold work tool steel.
Keywords: superhard composites, cubic boron nitride, boron suboxide, tita-
nium carbide.
1. ISO 513:2012 E. Classification and application of hard cutting materials for metal removal
with defined cutting edges – Designation of the main groups and groups of application.
2. Haplin T., Byrne G., Barry J., Ahearne E. The performance of polycrystalline cubic boron
nitride tools in continuous, semi-interrupted, and interrupted hard machining // J. Eng. Manuf.
– 2009. – 223. – P. 947–953.
3. Angseryd J., Elfwing M., Olsson E., Andrén H.-O. Detailed microstructure of a cBN based
cutting tool material // Int. J. Refract. Met. Hard Mater. – 2009. – 27, N 2. – P. 249–255.
4. Bushlya V. M., Gutnichenko O. A., Zhou J. M. et al. Tool wear and tool life of PCBN, binder-
less cBN and wBN–cBN tools in continuous finish hard turning of cold work tool steel // J.
Superhard Mater. – 2014. – 36, N 1. – P. 49–60.
5. Bushlya V., Gutnichenko O., Zhou J. et al. Effects of cutting speed when turning age hardened
Inconel 718 with PCBN tools of binderless and low-CBN grades // Mach. Sci. Technol. –
2013. – 17, N 4. – P. 497–523.
www.ism.kiev.ua/stm 16
6. Hooper R. M., Shakib J. I., Brookes C. A. Microstructure and wear of TiC–Cubic BN tools //
Mater. Sci. Eng. A. – 1988. – 105–106, Part 2. – P. 429–433.
7. Angseryd J., Andrén, H.-O. An in-depth investigation of the cutting speed impact on the
degraded microstructure of worn PCBN cutting tools // Wear. – 2011. – 271, N 9–10. –
P. 2610–2618.
8. Ståhl J.-E. Metal Cutting – Theories and Models. – Fargesta, Sweden: SECO Tools, 2012. –
580 р.
9. Kobayashi M., Higashi I. Structure of B6O boron-suboxide by Rietveld refinement // J. Mater.
Sci. – 1993. – 28. – P. 2129–2134.
10. Rizzo H. F., Simmons W. C., Bielstein H. O. The existence and formation of the solid
B6O // J. Electrochem. Soc. – 1962. – 109, N 11. – P. 1079–1082.
11. Sasai R., Fukatsu H., Kojima T., Itoh H. High pressure consolidation of B6O-diamond mix-
tures // J. Mater. Sci. – 2001. – 36, N 22. – P. 5339–5343.
12. Itoh H., Maekawa I., Iwahara H. High pressure sintering of B6O powder and properties of
sintered compact // Zairyo/J. Soc. Mater. Sci., Japan. – 1998. – 47, N 10. – P. 1000–1005.
13. Itoh H., Yamamoto R., Iwahara H. B6O–c-BN composites prepared by high-pressure sinter-
ing // J. Am. Ceram. Soc. – 2000. – 83, N 3. – P. 501–506.
14. Shabalala T. C., McLachlan D. S., Sigalas I., Herrmann M. Hard and tough boron suboxide
based composites // Ceramics Int. – 2008. – 34, N 7. – P. 1713–1717.
15. Herrmann M., Swarnakar A. K., Thiele M., Van der Biest O., Sigalas I. High temperature
properties of B6O-materials // J. Eur. Ceram. Soc. – 2011. – 31, N 13. – P. 2387–2392.
16. Соложенко В. Л., Куракевич A. A., Туркевич В. З., Туркевич Д. В. Синтез субоксида бора
B6O при давлении до 1 ГПа // Сверхтв. материалы. – 2005. – № 3. – C. 14–18.
17. Solozhenko V., Kurakevych O., Turkevich V., Turkevich D. Phase Diagram of the B–B2O3
System at 5 GPa: Experimental and Theoretical Studies // J. Phys. Chem. В. – 2008. – 112. –
P. 6683–6687.
18. Solozhenko V. L., Turkevich V. Z., Kurakevych O. O. et al. Phase equilibria in the B–BN–
B2O3 system at 5 GPa // J. Phys. Chem. C. – 2013. – 117, N 36. – P. 18642–18647.
19. Itoh H., Yamamoto R., Iwahara H. B6O–c-BN composites prepared by high-pressure sinter-
ing // J. Am. Ceram. Soc. – 2000. – 83, N 3. – P. 501–506.
20. Pat. 3854854 USA. High pressure apparatus / L. F. Vereschagin, L.G. Khvostantsev. – Publ.
17.12.74.
21. Хвостанцев Л. Г., Слесарев В. Н. Аппараты высокого давления большого объема для
физических исследований // Успехи физических наук. – 2008. – 178, № 10. – С. 1099–
1104.
22. Uddeholm vanadis®¨ 4 extra superclean. – http://www.uddeholm.com/files/
PB_Uddeholm_vanadis_4_extra_english.pdf.
23. Petrusha I. A., Smirnova T. I., Osipov A. S., Britun V. F. Crystallization of diamond on the
surface of cBN ceramics at high pressures and temperatures // Diamond Relat. Mater. −
2004. − 13. − P. 666–670.
24. Созин Ю. И., Петруша И. А., Семенович В. А. Влияние обработки бора в азотной плаз-
ме тлеющего разряда на структурные особенности образующегося BNг // Сверхтв. ма-
териалы. – 1989. – № 5. – С. 11–15.
25. Landolt-Börnstein New Series IV/19B. – http://materials.springer.com
26. Bushlya V., Zhou J., Avdovic P., Ståhl J.-E. Performance and wear mechanisms of whisker-
reinforced alumina, coated and uncoated PCBN tools when high-speed turning aged Inconel
718 // Int. J. Adv. Manuf. Tech. – 2013. – 66, N 9–12. − P. 2013–2021.
27. Herrmann M., Thiele M., Jaenicke-Roessler K. et al. Oxidation resistance of B6O-materials
with different additives // J. Eur. Ceram. Soc. − 2011. − 31, N 9. − P. 1771–1777.
28. Voitovich R. F., Pugach A. High-temperature oxidation of titanium carbide // Sov. Powder
Metall. Metal Ceram. − 1972. − 11, N 2. − P. 132–136.
Division of Production and Materials Engineering, Поступила 31.10.14
Lund University, Швеция
Ин-т сверхтвердых материалов
им. В. Н. Бакуля НАН Украины
<<
/ASCII85EncodePages false
/AllowTransparency false
/AutoPositionEPSFiles true
/AutoRotatePages /None
/Binding /Left
/CalGrayProfile (Dot Gain 20%)
/CalRGBProfile (sRGB IEC61966-2.1)
/CalCMYKProfile (U.S. Web Coated \050SWOP\051 v2)
/sRGBProfile (sRGB IEC61966-2.1)
/CannotEmbedFontPolicy /Warning
/CompatibilityLevel 1.4
/CompressObjects /Off
/CompressPages true
/ConvertImagesToIndexed true
/PassThroughJPEGImages true
/CreateJobTicket false
/DefaultRenderingIntent /Default
/DetectBlends true
/DetectCurves 0.1000
/ColorConversionStrategy /LeaveColorUnchanged
/DoThumbnails true
/EmbedAllFonts true
/EmbedOpenType false
/ParseICCProfilesInComments true
/EmbedJobOptions true
/DSCReportingLevel 0
/EmitDSCWarnings false
/EndPage -1
/ImageMemory 1048576
/LockDistillerParams true
/MaxSubsetPct 100
/Optimize false
/OPM 1
/ParseDSCComments true
/ParseDSCCommentsForDocInfo true
/PreserveCopyPage true
/PreserveDICMYKValues true
/PreserveEPSInfo true
/PreserveFlatness true
/PreserveHalftoneInfo false
/PreserveOPIComments false
/PreserveOverprintSettings true
/StartPage 1
/SubsetFonts true
/TransferFunctionInfo /Remove
/UCRandBGInfo /Preserve
/UsePrologue false
/ColorSettingsFile ()
/AlwaysEmbed [ true
]
/NeverEmbed [ true
]
/AntiAliasColorImages false
/CropColorImages true
/ColorImageMinResolution 300
/ColorImageMinResolutionPolicy /OK
/DownsampleColorImages false
/ColorImageDownsampleType /Bicubic
/ColorImageResolution 300
/ColorImageDepth 8
/ColorImageMinDownsampleDepth 1
/ColorImageDownsampleThreshold 1.50000
/EncodeColorImages true
/ColorImageFilter /FlateEncode
/AutoFilterColorImages false
/ColorImageAutoFilterStrategy /JPEG
/ColorACSImageDict <<
/QFactor 0.15
/HSamples [1 1 1 1] /VSamples [1 1 1 1]
>>
/ColorImageDict <<
/QFactor 0.15
/HSamples [1 1 1 1] /VSamples [1 1 1 1]
>>
/JPEG2000ColorACSImageDict <<
/TileWidth 256
/TileHeight 256
/Quality 30
>>
/JPEG2000ColorImageDict <<
/TileWidth 256
/TileHeight 256
/Quality 30
>>
/AntiAliasGrayImages false
/CropGrayImages true
/GrayImageMinResolution 300
/GrayImageMinResolutionPolicy /OK
/DownsampleGrayImages false
/GrayImageDownsampleType /Bicubic
/GrayImageResolution 300
/GrayImageDepth 8
/GrayImageMinDownsampleDepth 2
/GrayImageDownsampleThreshold 1.50000
/EncodeGrayImages true
/GrayImageFilter /FlateEncode
/AutoFilterGrayImages false
/GrayImageAutoFilterStrategy /JPEG
/GrayACSImageDict <<
/QFactor 0.15
/HSamples [1 1 1 1] /VSamples [1 1 1 1]
>>
/GrayImageDict <<
/QFactor 0.15
/HSamples [1 1 1 1] /VSamples [1 1 1 1]
>>
/JPEG2000GrayACSImageDict <<
/TileWidth 256
/TileHeight 256
/Quality 30
>>
/JPEG2000GrayImageDict <<
/TileWidth 256
/TileHeight 256
/Quality 30
>>
/AntiAliasMonoImages false
/CropMonoImages true
/MonoImageMinResolution 1200
/MonoImageMinResolutionPolicy /OK
/DownsampleMonoImages false
/MonoImageDownsampleType /Bicubic
/MonoImageResolution 1200
/MonoImageDepth -1
/MonoImageDownsampleThreshold 1.50000
/EncodeMonoImages true
/MonoImageFilter /CCITTFaxEncode
/MonoImageDict <<
/K -1
>>
/AllowPSXObjects false
/CheckCompliance [
/None
]
/PDFX1aCheck false
/PDFX3Check false
/PDFXCompliantPDFOnly false
/PDFXNoTrimBoxError true
/PDFXTrimBoxToMediaBoxOffset [
0.00000
0.00000
0.00000
0.00000
]
/PDFXSetBleedBoxToMediaBox true
/PDFXBleedBoxToTrimBoxOffset [
0.00000
0.00000
0.00000
0.00000
]
/PDFXOutputIntentProfile (None)
/PDFXOutputConditionIdentifier ()
/PDFXOutputCondition ()
/PDFXRegistryName ()
/PDFXTrapped /False
/CreateJDFFile false
/Description <<
/CHS <FEFF4f7f75288fd94e9b8bbe5b9a521b5efa7684002000500044004600206587686353ef901a8fc7684c976262535370673a548c002000700072006f006f00660065007200208fdb884c9ad88d2891cf62535370300260a853ef4ee54f7f75280020004100630072006f0062006100740020548c002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e003000204ee553ca66f49ad87248672c676562535f00521b5efa768400200050004400460020658768633002>
/CHT <FEFF4f7f752890194e9b8a2d7f6e5efa7acb7684002000410064006f006200650020005000440046002065874ef653ef5728684c9762537088686a5f548c002000700072006f006f00660065007200204e0a73725f979ad854c18cea7684521753706548679c300260a853ef4ee54f7f75280020004100630072006f0062006100740020548c002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e003000204ee553ca66f49ad87248672c4f86958b555f5df25efa7acb76840020005000440046002065874ef63002>
/DAN <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>
/DEU <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>
/ESP <FEFF005500740069006c0069006300650020006500730074006100200063006f006e0066006900670075007200610063006900f3006e0020007000610072006100200063007200650061007200200064006f00630075006d0065006e0074006f0073002000640065002000410064006f0062006500200050004400460020007000610072006100200063006f006e00730065006700750069007200200069006d0070007200650073006900f3006e002000640065002000630061006c006900640061006400200065006e00200069006d0070007200650073006f0072006100730020006400650020006500730063007200690074006f00720069006f00200079002000680065007200720061006d00690065006e00740061007300200064006500200063006f00720072006500630063006900f3006e002e002000530065002000700075006500640065006e00200061006200720069007200200064006f00630075006d0065006e0074006f00730020005000440046002000630072006500610064006f007300200063006f006e0020004100630072006f006200610074002c002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e003000200079002000760065007200730069006f006e0065007300200070006f00730074006500720069006f007200650073002e>
/FRA <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>
/ITA <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>
/JPN <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>
/KOR <FEFFc7740020c124c815c7440020c0acc6a9d558c5ec0020b370c2a4d06cd0d10020d504b9b0d1300020bc0f0020ad50c815ae30c5d0c11c0020ace0d488c9c8b85c0020c778c1c4d560002000410064006f0062006500200050004400460020bb38c11cb97c0020c791c131d569b2c8b2e4002e0020c774b807ac8c0020c791c131b41c00200050004400460020bb38c11cb2940020004100630072006f0062006100740020bc0f002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e00300020c774c0c1c5d0c11c0020c5f40020c2180020c788c2b5b2c8b2e4002e>
/NLD (Gebruik deze instellingen om Adobe PDF-documenten te maken voor kwaliteitsafdrukken op desktopprinters en proofers. De gemaakte PDF-documenten kunnen worden geopend met Acrobat en Adobe Reader 5.0 en hoger.)
/NOR <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>
/PTB <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>
/SUO <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>
/SVE <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>
/ENU (Use these settings to create Adobe PDF documents for quality printing on desktop printers and proofers. Created PDF documents can be opened with Acrobat and Adobe Reader 5.0 and later.)
/RUS ()
>>
/Namespace [
(Adobe)
(Common)
(1.0)
]
/OtherNamespaces [
<<
/AsReaderSpreads false
/CropImagesToFrames true
/ErrorControl /WarnAndContinue
/FlattenerIgnoreSpreadOverrides false
/IncludeGuidesGrids false
/IncludeNonPrinting false
/IncludeSlug false
/Namespace [
(Adobe)
(InDesign)
(4.0)
]
/OmitPlacedBitmaps false
/OmitPlacedEPS false
/OmitPlacedPDF false
/SimulateOverprint /Legacy
>>
<<
/AddBleedMarks false
/AddColorBars false
/AddCropMarks false
/AddPageInfo false
/AddRegMarks false
/ConvertColors /NoConversion
/DestinationProfileName ()
/DestinationProfileSelector /NA
/Downsample16BitImages true
/FlattenerPreset <<
/PresetSelector /MediumResolution
>>
/FormElements false
/GenerateStructure true
/IncludeBookmarks false
/IncludeHyperlinks false
/IncludeInteractive false
/IncludeLayers false
/IncludeProfiles true
/MultimediaHandling /UseObjectSettings
/Namespace [
(Adobe)
(CreativeSuite)
(2.0)
]
/PDFXOutputIntentProfileSelector /NA
/PreserveEditing true
/UntaggedCMYKHandling /LeaveUntagged
/UntaggedRGBHandling /LeaveUntagged
/UseDocumentBleed false
>>
]
>> setdistillerparams
<<
/HWResolution [2400 2400]
/PageSize [612.000 792.000]
>> setpagedevice
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-126166 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0203-3119 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T19:02:25Z |
| publishDate | 2015 |
| publisher | Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Туркевич, Д.В. Bushlya, V. Ståhl, J.-E. Петруша, И.А. Белявина, Н.Н. Туркевич, В.З. 2017-11-16T19:41:01Z 2017-11-16T19:41:01Z 2015 HP-HT-спекание, микроструктура и свойства B₆O-, TiC-содержащих композитов на основе сBN / Д.В. Туркевич, V. Bushlya, J.-E. Ståhl, И.А. Петруша, Н.Н. Белявина, В.З. Туркевич // Сверхтвердые материалы. — 2015. — № 3. — С. 3-16. — Бібліогр.: 28 назв. — рос. 0203-3119 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/126166 620.22-419.004.12:661.657.5:621.941 Изучена возможность использования в качестве связки в композитах с низким содержанием сBN сверхтвердого субоксида бора B₆O, характеризующегося более высокими механическими характеристиками, чем TiC, широко используемый в коммерческих материалах. С помощью аппарата высокого давления типа “тороид” при давлении 7,7 ГПа в диапазоне температур от 1500 до 2000° С были синтезированы композиты с содержанием сBN 60 % (по объему) и различным составом связок, включающих В6О и TiC. С использованием электронной микроскопии, а также ретгенофазового анализа, изучены микроструктура, фазовый и элементный состав полученных композитов. Методом индентирования изучены их механические свойства. Установлена работоспособность синтезированных композитов при точении закаленной холодноштамповой стали. Вивчено можливість використання в якості зв’язки в композитах з низьким вмістом cBN надтвердого субоксиду бору B₆O, який характеризується вищими за TiC, що широко використовується у комерційних матеріалах, механічними властивостями. За допомогою апарату високого тиску типу “тороїд” під тиском 7,7 ГПа у діапазоні температур від 1500 до 2000 °С було синтезовано композити із вмістом сBN 60 % (за об’ємом) і різним складом зв’язок, які включають в себе B₆O і TiC. З використанням електронної мікроскопії, а також ретгенофазового аналізу, вивчені мікроструктура, фазовий та елементний склад отриманих композитів. Методом індентування вивчено їх механічні властивості. Встановлено роботоздатність синтезованих композитів під час точіння загартованої холодно штампової сталі. The article presents a study of the potential for the use of B₆O superhard boron suboxide as a binder in composite materials with a low cBN content. Superhard B₆O is characterized by higher mechanical properties than TiC widely used in commercial materials today. Composites containing 60 vol % cBN and different binder compositions that included B₆O and TiC have been sintered in a toroid-type high-pressure apparatus at a pressure of 7.7 GPa in a temperature range from 1500 to 2000°C. The microstructure, phase and elemental composition of the sintered materials have been examined via electron microscopy and X-ray diffraction analysis. Mechanical properties have been analyzed via indentation techniques. The performance of the cutting tools produced from the sintered composites has been evaluated in turning hardened cold work tool steel. Работа выполнена в рамках исследовательского проекта Sustainable Production Initiative (SPI). Авторы признательны компании “Uddeholm Tooling AB” (Швеция) и ее сотруднику S. Gunnarssonтам за поддержку. Один из авторов благодарит Шведский Институт за предоставленную исследовательскую стипендию. Авторы также признательны Институту сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля НАН Украины и Лундскому университету (Швеция) за сотрудничество. ru Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України Сверхтвердые материалы Получение, структура, свойства HP-HT-спекание, микроструктура и свойства B₆O-, TiC-содержащих композитов на основе сBN HP-HT sintering, microstructure, and properties of B₆O and TiC-containing composites based on cBN Article published earlier |
| spellingShingle | HP-HT-спекание, микроструктура и свойства B₆O-, TiC-содержащих композитов на основе сBN Туркевич, Д.В. Bushlya, V. Ståhl, J.-E. Петруша, И.А. Белявина, Н.Н. Туркевич, В.З. Получение, структура, свойства |
| title | HP-HT-спекание, микроструктура и свойства B₆O-, TiC-содержащих композитов на основе сBN |
| title_alt | HP-HT sintering, microstructure, and properties of B₆O and TiC-containing composites based on cBN |
| title_full | HP-HT-спекание, микроструктура и свойства B₆O-, TiC-содержащих композитов на основе сBN |
| title_fullStr | HP-HT-спекание, микроструктура и свойства B₆O-, TiC-содержащих композитов на основе сBN |
| title_full_unstemmed | HP-HT-спекание, микроструктура и свойства B₆O-, TiC-содержащих композитов на основе сBN |
| title_short | HP-HT-спекание, микроструктура и свойства B₆O-, TiC-содержащих композитов на основе сBN |
| title_sort | hp-ht-спекание, микроструктура и свойства b₆o-, tic-содержащих композитов на основе сbn |
| topic | Получение, структура, свойства |
| topic_facet | Получение, структура, свойства |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/126166 |
| work_keys_str_mv | AT turkevičdv hphtspekaniemikrostrukturaisvoistvab6oticsoderžaŝihkompozitovnaosnovesbn AT bushlyav hphtspekaniemikrostrukturaisvoistvab6oticsoderžaŝihkompozitovnaosnovesbn AT stahlje hphtspekaniemikrostrukturaisvoistvab6oticsoderžaŝihkompozitovnaosnovesbn AT petrušaia hphtspekaniemikrostrukturaisvoistvab6oticsoderžaŝihkompozitovnaosnovesbn AT belâvinann hphtspekaniemikrostrukturaisvoistvab6oticsoderžaŝihkompozitovnaosnovesbn AT turkevičvz hphtspekaniemikrostrukturaisvoistvab6oticsoderžaŝihkompozitovnaosnovesbn AT turkevičdv hphtsinteringmicrostructureandpropertiesofb6oandticcontainingcompositesbasedoncbn AT bushlyav hphtsinteringmicrostructureandpropertiesofb6oandticcontainingcompositesbasedoncbn AT stahlje hphtsinteringmicrostructureandpropertiesofb6oandticcontainingcompositesbasedoncbn AT petrušaia hphtsinteringmicrostructureandpropertiesofb6oandticcontainingcompositesbasedoncbn AT belâvinann hphtsinteringmicrostructureandpropertiesofb6oandticcontainingcompositesbasedoncbn AT turkevičvz hphtsinteringmicrostructureandpropertiesofb6oandticcontainingcompositesbasedoncbn |