Закономерности формирования микро- и нанонеоднородностей в переходной зоне алмаз - матрица и их влияние на механические свойства композитов Алмаз - Fe-Cu-Ni-Sn-CrB₂
С использованием методов физического материаловедения установлены закономерности и раскрыты механизмы влияния параметров горячей допрессовки на формирование микр- и наноструктуры в переходной зоне алмаз - матрица и исследовано их влияние на механические характеристики композитов Алмаз - Fe-Cu-Ni-Sn...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
|---|---|
| Дата: | 2011 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
2011
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63259 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Закономерности формирования микро- и нанонеоднородностей в переходной зоне алмаз - матрица и их влияние на механические свойства композитов Алмаз - Fe-Cu-Ni-Sn-CrB₂ / Н.А. Бондаренко, В.А. Мечник // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2011. — Вип. 14. — С. 327-334. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860001978168377344 |
|---|---|
| author | Бондаренко, Н.А. Мечник, В.А. |
| author_facet | Бондаренко, Н.А. Мечник, В.А. |
| citation_txt | Закономерности формирования микро- и нанонеоднородностей в переходной зоне алмаз - матрица и их влияние на механические свойства композитов Алмаз - Fe-Cu-Ni-Sn-CrB₂ / Н.А. Бондаренко, В.А. Мечник // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2011. — Вип. 14. — С. 327-334. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
| description | С использованием методов физического материаловедения установлены закономерности и раскрыты механизмы влияния параметров горячей допрессовки на формирование микр- и наноструктуры в переходной зоне алмаз - матрица и исследовано их влияние на механические характеристики композитов Алмаз - Fe-Cu-Ni-Sn с добавками CrB₂. Установлены параметры системы, обеспечивающие полное обезуглероживание при формировани композиций путем образования стабильных прослоек Fe₃C, Cr₃C₂, Cr₇C₃ толщиной 5-50 нм в переходной зоне, а также существенное повышение износостойкости и эксплуатационных свойств композитов.
С использованием методов физического материаловедения установлены закономерности и раскрыты механизмы влияния параметров горячей допрессовки на формирование микр- и наноструктуры в переходной зоне алмаз - матрица и исследовано их влияние на механические характеристики композитов Алмаз - Fe-Cu-Ni-Sn с добавками CrB₂. Установлены параметры системы, обеспечивающие полное обезуглероживание при формировани композиций путем образования стабильных прослоек Fe₃C, Cr₃C₂, Cr₇C₃ толщиной 5-50 нм в переходной зоне, а также существенное повышение износостойкости и эксплуатационных свойств композитов.
The methods of physical materials science are applied to reveal the patterns and mechanisms of hot after-pressing influence on formation of micro- and nanostructures in the diamond-to-matrix transition zone. An effect of structure on the mechanical properties of the diamond–Fe–Cu–Ni–Sn composites with CrB₂ additives has been investigated. The parameters of the system are determined providing complete decarburization during the composite consolidation, through the formation in the transition zone of stable Fe₃C, Cr₃C₂ and Cr₇C₃ layers with thickness from 5 to 50 nm, and significant increase in durability and service properties of the composites.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:37:01Z |
| format | Article |
| fulltext |
РАЗДЕЛ 2. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ, КОНСТРУКЦИОННЫЕ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
НА ОСНОВЕ АЛМАЗА И КУБИЧЕСКОГО НИТРИДА БОРА
327
УДК 621.762.5
Н. А. Бондаренко, д-р техн. наук; В. А. Мечник, канд. техн. наук
Институт сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля НАН Украины, г. Киев
ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ МИКРО- И НАНОНЕОДНОРОДНОСТЕЙ
В ПЕРЕХОДНОЙ ЗОНЕ АЛМАЗ - МАТРИЦА И ИХ ВЛИЯНИЕ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ
СВОЙСТВА КОМПОЗИТОВ АЛМАЗ - Fe-Cu-Ni-Sn-CrB2
С использованием методов физического материаловедения установлены закономерности и
раскрыты механизмы влияния параметров горячей допрессовки на формирование микр- и
наноструктуры в переходной зоне алмаз - матрица и исследовано их влияние на механические
характеристики композитов Алмаз - Fe-Cu-Ni-Sn с добавками CrB2. Установлены параметры
системы, обеспечивающие полное обезуглероживание при формировани композиций путем
образования стабильных прослоек Fe3C, Cr3C2, Cr7C3 толщиной 5-50 нм в переходной зоне, а также
существенное повышение износостойкости и эксплуатационных свойств композитов.
Ключевые слова: алмаз, переходная зона, карбид, композит, графит, наноструктура,
диффузия, механические свойства.
Введение
Композиционные алмазосодержащие материалы (КАМ) но основе порошков железа, меди,
никеля и олова широко используют для изготовления отрезных кругов, канатных пил, шлифовальных и
других инструментов для камнеобрабатывающей и добывающей промышленности. Такие КАМ изготов-
ляют горячим прессованием, горячим изостатическим прессованием, свободным спеканием, а также
свободным спеканием с использованием последующего горячего прессования [1]. Для улучшения струк-
туры и повышения показателей износостойкости и эксплуатационных свойств КАМ в их состав вводят
добавки диборида хрома (CrB2) в малых количествах по сравнению с основными компонентами [1; 2].
Несмотря на большое количество публикаций в этой предметной области много вопросов
остаются дискуссионными и требуют тщательного исследования. Введение необходимого количества
в состав шихты алмаз - 51%Fe-32%Cu-9%Ni-8%Sn CrB2 при правильном сочетании давления и
продолжительности горячей допрессовки композиции, которая подвергалась свободному спеканию
при температуре 800 °С в течение 60 мин, способствует улучшению структуры с одновременным
улучшением механических характеристик КАМ [3; 4]. Избыток CrB2 в составе исходных веществ,
превышение давления горячей допрессовки и, наоборот, снижение этих параметров не позволяет
получить КАМ требуемой структуры и высокой износостойкости. В первом случае в матрице вокруг
алмаза образуются трещины и сколы, что приводит к разрушению переходной зоны по механизму
интенсивного растрескивания, преждевременному выпадению частиц алмаза с матрицы и, как
следствие, интенсивному изнашиванию КАМ. Во втором случае в переходной зоне проявляются
графитовые включения, микропустоты и другие недостатки. Результаты исследований КАМ этой
системы [5-7] свидетельствуют о возможности формирования в переходной зоне алмаз-матрица
выраженной иерархии структурных неоднородностей.
До настоящего времени не остаються неисследоваными процессы формирования структурних
неоднородностей в переходной зоне за счет взаимодействия углерода, образовавшегося при часитч-
ной графитизации алмазов, с компонентами матрицы, которые могут существенно влиять на служеб-
ные и эксплуатационные свойства КАМ. Установление закономерностей диффузионного формирова-
ния стабильных наноструктурных образований в переходой зоне алмаз - матрица имеет фундамента-
льное значение для получения таких КАМ различного функционального назначения.
В настоящей работе приведены результаты экспериментальных исследований особенностей
формирования микро- и наноструктурных образований в переходной зоне алмаз - матрица и их вли-
Выпуск 14. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
328
яние на механические свойства композитов Алмаз - 49,98% Fe-31,36% Cu-8,82% Ni-7,84%Sn-2,0%
CrB2 (здесь и далее-% (мас.)), полученных свободным спеканием при температуре 800 °С в течение
60 мин с последующей горячей допрессовкой при различных технологических режимах.
Материалы и методы исследований
В качестве исходных веществ для изготовления образцов КАМ использовали порошки алмаза
АС 160Т зернистостью 400/315 (ТУ 2-37-344-85), железа ПЖ1М2 (ГОСТ 9849-74), меди ПМС-1
(ГОСТ 4960-75), никеля ПНЭ-1 (ГОСТ 9722-79), олова ПО-1 (ГОСТ 9723-73) и диборида хрома
(Донецкий завод химических реактивов). Способы приготовления исходных веществ,
алмазосодержащей шихты и получения образцов КАМ детально описаны в [8].
Электронно-микроскопические изображения переходной зоны алмаз - матрица образцов
КАМ и соответствующие дифрактограммы получили с помощью трансмиссионного микроскопа
SELMI TEM при ускоряющем напряжении 125 кВ при кратности увеличения 100000-300000. Тонкие
фольги для исследования получили электролитическим полированием в электролите 20% HClO4 +
30% HNO3 + H2O. Съемку дифрактограмм производили на рентгеновском дифрактометре Дрон 4.13 С
в излучении медного анода. Рентгенофазный анализ осуществляли по стандартной методике с
использованием программного пакета X-powder. Идентифицировали фазы с использованием
картотеки ASTM с базой PDF2. Морфологию поверхности переходной зоны алмаз – матрица и ее
химический состав осуществляли с помощью сканирующего электронного микроскопа SELMI SEM
106M при ускоряющем напряжении 20 кВ и диаметре електронного зонда 0,7 мкм. Количественные
расчеты химического состава выполняли по стандартной методике ZAF-коррекции с использованием
программного пакета magelanes 3.1. Погрешность определения химического состава для тяжелых
элементов составляла около 0,01%, для легких - около 1% ( % вес.). Микротвердость образцов КАМ
изучали с помощью микротвердомереа ПМТ-3 при нагрзке 4,91Н по стандартной методике.
Отпечатки осуществляли в фазах, не содержащих частиц алмаза и диборида хрома. При испытании
на прочность определяли пределы прочности при сжатии и изгибе по стандартной методике
(погрешность £ 5%). На износостойкость образцы КАМ испытывали в промышленных условиях на
стационарном станке «Breton FR 800» при однопроходном резании гранита Капустинского
месторождения толщиной 15 мм отрезными кругами диаметром 320 мм.
Результаты и обсуждения
Рентгеновскими исследованиями выявили, что при давлении около 100 МПа в процессе
горячей допрессовки композиции Алмаз - 49,98% Fe-31,36% Cu-8,82% Ni-7,84%Sn-2,0% CrB2,
которая подвергалась свободному спеканию при температуре 800 °С в течение 60 мин, структура
матрицы образца 1 состоит из фаз a-Fe, g-Cu и Cалмаз (рис. 1). Результаты анализа полученных
дифрактограмм свидетельствуют о том, что при формировании композиции углерод не
взаимодействует с твердыми фазами a-Fe и CrB2, или же о его отсутствии. Это может быть
следствием того, что новых фаз здесь очень мало по сравнению с основными компонентами или же
того, что заданные технологические условия для их образования не подходят.
РАЗДЕЛ 2. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ, КОНСТРУКЦИОННЫЕ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
НА ОСНОВЕ АЛМАЗА И КУБИЧЕСКОГО НИТРИДА БОРА
329
а
б
Рис. 1. Дифрактограммы матрицы образца КАМ, полученного на основе шихты Алмаз - 49,98%
Fe-31,36% Cu-8,82% Ni-7,84%Sn-2,0% CrB2 свободным спеканием при температуре 800 °С в
течение 60 мин с последующим горячим прессованием и давлении 160 МПа и продолжительности
выдержки 2 мин.
Исследуем фазообразование в этой системе другими методами физического
материаловедения. В результате исследования методом просвечивающей электронной микроскопии
(ПЭМ) установлено, что структура переходной зоны алмаз - матрица полученных образцов КАМ в
зависимости от технологических режимов горячей допрессовки существенно отличается. Так,
структура переходной зоны образца 1, полученного свободным спеканием при температуре 800 °С в
течение 60 мин с последующим горячим прессованием при давлении p = 100 МПа и
продолжительности выдержки t = 1 мин, состоит из фаз g-Cu, Ni3Sn и графитовых включений (рис. 2,
а).
Выпуск 14. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
330
а б в
Рис. 2. Электронно-микроскопические изображения (ПЭМ) фрагментов переходной зоны алмаз -
матрица образцов КАМ 1 (а) и 2 (б), полученных на основе исходной шихты свободным спеканием с
последующим горячим прессованием при давлении p = 100 МПа и различной продолжительности
процесса ;в - типичное изображение поверхности матрицы в окрестности алмаза (РЭМ) для образ-
ца 1: а - t = 1 мин; б - t = 2 мин
При этом в переходной зоне наблюдаются участки, разрушенные по механизму интенсивного
растрескивания, что снижает служебные свойства и износостойкость КАМ. При увеличении
продолжительности горячей допрессовки от одной до 2 мин в переходной зоне образца 2 кроме фаз g-
Cu и Ni3Sn выявляются трещины по всей толщине переходного слоя (рис. 2, б). В этом случае на
границе раздела алмаз - матрица матрица отслаивается от поверхности алмаза и появляются
микропустоты на межфазных границах (рис. 2, в). Полученные результаты позволяют считать, что
наличие жидкой фазы на основе тройной эвтектики Cu-Sn-Ni на границе раздела алмаз - матрица
препятствует диффузии атомов углерода, которые образовались при частичной графитизации
алмазов на этапе свободного спекания композиции, в кристаллическую решетку a-Fe и CrB2. Все это
является причиной образования графитовых включений и несовершенства переходной зоны, что
приводит к преждевременному выпадению частиц алмаза из матрицы КАМ и их интенсивному изна-
шиванию.
Структура переходной зоны образцов КАМ 3 и 4, полученных при большем давлений
(160 МПа) в отличие от образцов 1 и 2, полученных при меньшем давлении (100 МПа), существенно
отличается (рис. 3). Так, переходная зона алмаз - матрица образца 3, полученного в течение 2 мин,
состоит из фазы a-Fe и карбидных прослоек Fe3C толщиной 10-50 нм без графитовых включений, мик-
ротрещин и микропустот (рис. 3, а). При увеличении продолжительности горячей допрессовки от 2 до 3
мин в структуре переходной зоны образца 4 кроме фаз a-Fe, Fe3C проявляются стойкие карбидные
прослойки Cr3C2 толщиной 5-10 нм (рис. 3, б), которых не наблюдалось в образце 3. Характерная
особенность этого образца состоит в отсутствии микропустот и микротрещин как на границе раздела
алмаз - матрица, так и на межфазных границах, а структура матрицы вокруг алмаза не отличается
зернистостью (рис. 3, в), что свидетельствует о структурном совершенстве и высоких алмазоудержании
и износостойкости образца 4. Полученные результаты позволяют считать, что на этапе горячей
допрессовки в исследуемой системе при давлении 160 МПа и продолжительности выдержки под
давлением 3 мин (образец 4) происходит диффузия или гетеродиффузия атомов углерода,
образовавшихся при частичной графитизации алмазных зерен на этапе свободного спекания, в
кристаллическую решетку a-Fe и CrB2 с одновременным совершенствованием структуры и
улучшением служебных и эксплуатационных свойств КАМ.
РАЗДЕЛ 2. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ, КОНСТРУКЦИОННЫЕ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
НА ОСНОВЕ АЛМАЗА И КУБИЧЕСКОГО НИТРИДА БОРА
331
а б
в
Рис. 3. То же, что на рис. 2, для образцов 3 (а) и 4 (б); в - типичное изображение матрицы вокруг
алмаза (РЭМ) для образца 4: при р = 160 МПа, t = 2 мин (а); t = 3 мин (б)
При повышении давления горячей допрессовки от 160 до 200 МПа в структуре переходной
зоны алмаз - матрица образцов 5 и 6 независимо от продолжительности процесса кроме фаз a-Fe,
Fe3C, и Cr3C2 образуются прослойки из Cr7C3 толщиной 5 - 10 нм (рис. 4).
а б в
Рис. 4. То же, что на рис. 3, для образцов 5 (а) и 6 (б); типичное изображение матрицы вокруг
алмаза (РЭМ) для образца 6: при р = 200 МПа, t = 2 мин (а); t = 3 мин (б)
Механизм образования этих наноструктур обусловлен тем, что при большем давлении
(200 МПа) атомы углерода, которые образовались при частичной графитизации алмазов на этапе
свободного спекания композиции при температуре 800 °С в течение 60 мин, легко входят или
диффундируют в кристаллическую решетку a-Fe и CrB2, что приводит к полному обезуглероживанию
и совершенствованию структуры с одновременным улучшением служебных свойств и износостойкости
КАМ.
Результаты определения микротвердости, пределов прочности при сжатии sс и изгибе sи ,
приведенные в табл. 1, свидетельствуют о том, что повышение давления горячего прессования и
содержание в составе исходных веществ диборида хрома способствуют улучшению механических
Выпуск 14. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
332
характеристик КАМ. Так, при повышении давления от 100 до 160 МПа в образце 4 в сравнении с
образцом 1 повышается показателей микротвердость светлых фаз от 1,90 до 2,50 ГПа. При этом
повышается также микротвердость смешанных и светлых фаз, и прочность при сжатии и изгибе
соответственно от 620 до 720 и 610 до 645 МПа.
Таблица 1. Механические характеристики исследуемых образцов КАМ
Обра-
зец
Давление горячей
допрессовки р,
МПа
HKN при нагрузке 4,91 Н, ГПа
sс, МПа sи, МПаСветлые
фазы
Смешанные
фазы
Темные
фазы
1 100 1,90 2,00 2,20 620 610
2 100 1,93 2,16 2,36 690 630
3 160 2,44 2,76 2,92 700 640
4 160 2,50 2,82 3,46 720 645
5 200 2,80 3,03 3,98 780 635
6 200 2,92 3,48 4,12 840 620
При дальнейшем повышении давления горячей допрессовки от 160 до 200 МПа микротвер-
дость всех фаз, а также прочность при сжатии и изгибе повышаются, но не так интенсивно, как в
предыдущем случае. Увеличение продолжительности выдержки композиции под давлением в мень-
шей степени виляют на формирование механических характеристик, чем давление. Промышленные
испытания АОСК диаметром 320 мм из КАМ на серийной связке Fe-32%Cu-9%Ni-8%Sn (круг 1) и
опытного (круг 2) , оснащенного разработанными КАМ (рабочие элементы разработаны по техноло-
гическим режимам для образцов 5), проводили на стационарном станке «Breton FR800» в условиях
резания гранита Капустинского месторождения толщиной 15 мм. При этом все КАМ изготовили из
алмазов АС 160Т зернистостью 400/315 при концентрации К = 35%. Результаты испытаний приведе-
ны в табл. 2. Сравнительные результаты показали, что износостойкость опытного алмазного отрезно-
го круга, разработанного на основе нових КАМ (5), в 2,3 раза превышает аналогичный параметр для
серийного круга. При этом эффект от разработанных КАМ в условиях повышенной производитель-
ности обработки намного значительнее вследствие более высоких их служебных свойств (теплопро-
водности, термостойкости и износостойкости).
Таблица 2. Результаты промышленных испытаний алмазних кругов
№ кру-
га
Характеристи-
ка круга
Скорость про-
дольной пода-
чи, мм/мин
Производитель-
ность резания,
см2/мин
Объем наблю-
дений, м2 пло-
щади резания
Удельный расход
алмазов, карат/м2
площади резания
1 Серийный
3000
4000
450
600
10
1,52
1,78
2 Опытный
3000
4000
450
600
10
0,66
0,70
Кроме того, опытные КАМ обеспечили надежную работу инструмента в условиях высокой
производительности в течение всего периода эксплуатации. На рабочей поверхности инструмента не
виявили разрушений и повреждений, а также отрывов КАМ от корпуса круга. Приведенные резуль-
таты промышленных испытаний свидетельствуют об эффективности разработанных композицион-
ных алмазосодержащих материалов и конкурентноспособности инструментов на их основе.
Заключение
Таким образом, методами рентгенофазного и структурного анализов установлено, что
структура переходной зоны алмаз – матрица полученных образцах КАМ существенно отличается и
зависит как от давления, так и продолжительности горячей допрессовки. Выявлено, что структура
РАЗДЕЛ 2. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ, КОНСТРУКЦИОННЫЕ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
НА ОСНОВЕ АЛМАЗА И КУБИЧЕСКОГО НИТРИДА БОРА
333
переходной зоны отличается от структуры матрицы вдали от алмазных частиц, поскольку на ее
формирование влияет взаимодействие атомов углерода, образующихся при частичной графитизации
алмазов на этапе свободного спекания композиции, с компонентами матрицы. Установлено, что
переходная зона образцов КАМ исследуемой системы при недостаточных значениях давления и
продолжительности горячей допрессовки сформирована преимущественно из g-Cu фазы с
выделениями углерода в виде тонких пластинок сильно разупорядоченного графита и Ni3Sn. В этом
случае эвтектическая жидкость в системе Cu-Sn-Ni препятствует диффузии атомов углерода в
кристаллическую решетку a-Fe и CrB2 что является причиной разрушения переходной зоны по
механизму интенсивного растрескивания и преждевременного выпадения алмазов из матрицей
композита и как следствие интенсивного изнашивания КАМ. При достаточном давлении (³ 160 МПа)
и продолжительности выдержки под давлением (не менее 3 мин) в переходной зоне образуются
прослойки Fe3C, Cr3C2 и Cr7C3 толщиной 5-50 нм, что существенно улучшает механические и
эксплуатационные характеристики КАМ.
Большие внутренние резервы и высокая износостойкость КАМ исследуемой системы
непосредственно вследствие возможных наноструктурных образований Fe3C, Cr3C2 и Cr7C3 в
переходной зоне алмаз - матрица оказываются неиспользованными. В этой связи разработка методов
контролирования процессов диффузионного формирования переходной зоны алмаз – матрица в целях
обеспечения воспроизведения и управления свойствами КАМ является актуальной задачей для
технологии получения их различных структурных классов и функционального назначения.
З використанням методів фізичного матеріалознавства встановлені закономірності і
розкриті механізми впливу параметрів гарячого допресування на формування мікро- і
наноструктури в перехідній зоні алмаз - матриця та досліджено їх вплив на механічні
характеристики композитів алмаз - Fe-Cu-Ni-Sn з добавками CrB2. Встановлено параметри
системи, які забезпечують повне зневуглецювання при формуванні композицій шляхом утворення
стабільних прошарків Fe3C, Cr3C2, Cr7C3 завтовшки 5-50 нм у перехідній зоні, А також значне
підвищення зносостійкості та експлуатаційних властивостей композитів.
Ключові слова: алмаз, перехідна зона, карбід, композит, графіт, наноструктура, дифузія,
механічні властивості.
The methods of physical materials science are applied to reveal the patterns and mechanisms of hot
after-pressing influence on formation of micro- and nanostructures in the diamond-to-matrix transition zone.
An effect of structure on the mechanical properties of the diamond–Fe–Cu–Ni–Sn composites with CrB2
additives has been investigated. The parameters of the system are determined providing complete decarburi-
zation during the composite consolidation, through the formation in the transition zone of stable Fe3C, Cr3C2
and Cr7C3 layers with thickness from 5 to 50 nm, and significant increase in durability and service proper-
ties of the composites.
Key words: diamond, transition zone, carbide, composite, graphite, nanostructure, diffusion, me-
chanical properties.
Литература
1. Основы создания алмазосодержащих композиционных материалов для породоразрушающих
инструментов / 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. Пат. 64274 Україна, МПК B24D3/04, B22F3/12, E21B10/46, C22C29/14. Шихта для виготов-
лення абразивного матеріалу / М. О. Бондаренко, В. А. Мечник, О. М. Жуковський та ін.; заяв.
та патентнопер. ІНМ ім. В. М. Бакуля НАН України.- Заявл. 24.02.03; Опубл. 15.12.05, Бюл.
№ 12.
3. Влияние диффузии и химических реакций на структуру и свойства бурових вставок. 2. Ре-
зультаты аттестации структурного состояния сверхтвердых материалов состава алмаз – твер-
дый сплав ВК6 / Н. В. Новиков, Н. А. Бондаренко, А. Н. Жуковский, и др. // Физ. мезомехани-
ка. – 2006. – Т. 9. - № 2. – С. 107–116.
Выпуск 14. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
334
4. Мечник В. А. Энергетические аспекты эффекта улучшения структуры сверхтвердых материа-
лов. Система алмаз - (Fe+Cu+Ni+Sn+CrB2) // Пробл. машиностроения. – 2007. – Т. 10. - № 4.
– С.92–98.
5. Структуроутворення в системі алмаз - Fe-Cu-Ni-Sn-CrB2 в умовах вільного спікання /
М. О. Бондаренко, В. А. Мечник, В. М. Ткач, О. В. Панов // Породоразрушающий и металлоо-
брабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. на-
уч. тр. – К.: ИСМ им. В. Н. Бакуля НАН Украины, 2009. – Вып. 12. - С. 10–16.
6. Вплив тиску на структуру і властивості композитів Алмаз - Fe-Cu-Ni-Sn-CrB2, отриманих
гарячим пресуванням / М. О. Бондаренко, В. А. Мечник, С. В. та ін. // Породоразрушающий и
металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения:
Сб. науч. тр. – К.: ИСМ им. В. Н. Бакуля НАН Украины, 2009. - Вып. 12. – С. 16–23.
7. Вплив тривалості гарячого пресування на кінетику усадки і структуру алмазовмісних компо-
зитів на основі металевих матриць / М. О. Бондаренко, В. А. Мечник, М.В. Супрун, Д. Л. Ко-
ростишевський // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и
технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. – К.: ИСМ им. В. Н. Бакуля НАН
Украины, 2009. -Вып. 12. – С. 23–30.
8. Бондаренко М. О., Мечник В. А., Супрун М. В. Особливості усадки і її швидкості в системі
Салмаз – Fe-Cu-Ni-Sn-CrB2 при гарячому пресуванні зразків, попередньо отриманих вільним
спіканням // Сверхтвердые матер. – 2009. - № 4. – С. 29–39.
Поступила 07. 06. 11
УДК 621.385:621.921
В. Н. Ткач, д-р физ.-мат. наук, С. В. Ткач, канд. техн. наук, Е. Ф. Кузьменко,
Т. Н. Беляева, Т. А. Сороченко
Институт сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля НАН Украины, г. Киев
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ШЛИФ-, МИКРО- И
СУБМИКРОПОРОШКОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СКАНИРУЮЩЕГО
ЭЛЕКТРОННОГО МИКРОСКОПА
Установлены критерии и определены возможности использования современной цифровой
сканирующей электронной микроскопии при анализе гранулометрического и морфологического
состава порошков алмаза, кубического нитрида бора, абразивных частичек других материалов для
эффективного их использования в промышленности.
Ключевые слова: сканирующий электронный микроскоп, алмаз, порошки, гранулометриче-
ский анализ.
Для эффективного использования порошков алмаза, кубического нитрида бора, карбидных WC-
и TiC-зерен, других абразивных зерен в технике и промышленности необходимо достоверное
определение их геометрических и морфологических характеристик (максимального, минимального и
среднего размера частичек, их периметра, площади, фактора формы и прочее), распределения зерен по
размеру.
Различают прямые и косвенные методы определения указанных параметров частичек/зерен. К
наиболее употребляемым косвенным методам анализа морфологических характеристик порошков можно
отнести метод ситового анализа [1, 2]. Морфологические характеристики частичек, полученные с
использованием лазерной гранулометрии [3], оптической [4], проекционной и просвечивающей
электронной микроскопии [5] имеют свои положительные и отрицательные стороны. Кроме
геометрических размеров частичек важно также иметь данные по качественному и количественному
анализу содержимого примесей, как на поверхности, так и в их объеме. В связи с этим наиболее
эффективным методом определения размеров и элементного состава частичек/зерен можно считать
(методы сканирующей электронной микроскопии - СЭМ) и рентгеноспектрального анализа [6].
Использование компьютерной техники значительно упростило указанные исследования [7]. В работе [8],
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-63259 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2223-3938 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:37:01Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Бондаренко, Н.А. Мечник, В.А. 2014-05-31T08:01:05Z 2014-05-31T08:01:05Z 2011 Закономерности формирования микро- и нанонеоднородностей в переходной зоне алмаз - матрица и их влияние на механические свойства композитов Алмаз - Fe-Cu-Ni-Sn-CrB₂ / Н.А. Бондаренко, В.А. Мечник // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2011. — Вип. 14. — С. 327-334. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 2223-3938 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63259 621.762.5 С использованием методов физического материаловедения установлены закономерности и раскрыты механизмы влияния параметров горячей допрессовки на формирование микр- и наноструктуры в переходной зоне алмаз - матрица и исследовано их влияние на механические характеристики композитов Алмаз - Fe-Cu-Ni-Sn с добавками CrB₂. Установлены параметры системы, обеспечивающие полное обезуглероживание при формировани композиций путем образования стабильных прослоек Fe₃C, Cr₃C₂, Cr₇C₃ толщиной 5-50 нм в переходной зоне, а также существенное повышение износостойкости и эксплуатационных свойств композитов. С использованием методов физического материаловедения установлены закономерности и раскрыты механизмы влияния параметров горячей допрессовки на формирование микр- и наноструктуры в переходной зоне алмаз - матрица и исследовано их влияние на механические характеристики композитов Алмаз - Fe-Cu-Ni-Sn с добавками CrB₂. Установлены параметры системы, обеспечивающие полное обезуглероживание при формировани композиций путем образования стабильных прослоек Fe₃C, Cr₃C₂, Cr₇C₃ толщиной 5-50 нм в переходной зоне, а также существенное повышение износостойкости и эксплуатационных свойств композитов. The methods of physical materials science are applied to reveal the patterns and mechanisms of hot after-pressing influence on formation of micro- and nanostructures in the diamond-to-matrix transition zone. An effect of structure on the mechanical properties of the diamond–Fe–Cu–Ni–Sn composites with CrB₂ additives has been investigated. The parameters of the system are determined providing complete decarburization during the composite consolidation, through the formation in the transition zone of stable Fe₃C, Cr₃C₂ and Cr₇C₃ layers with thickness from 5 to 50 nm, and significant increase in durability and service properties of the composites. ru Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения Инструментальные, конструкционные и функциональные материалы на основе алмаза и кубического нитрида бора Закономерности формирования микро- и нанонеоднородностей в переходной зоне алмаз - матрица и их влияние на механические свойства композитов Алмаз - Fe-Cu-Ni-Sn-CrB₂ Article published earlier |
| spellingShingle | Закономерности формирования микро- и нанонеоднородностей в переходной зоне алмаз - матрица и их влияние на механические свойства композитов Алмаз - Fe-Cu-Ni-Sn-CrB₂ Бондаренко, Н.А. Мечник, В.А. Инструментальные, конструкционные и функциональные материалы на основе алмаза и кубического нитрида бора |
| title | Закономерности формирования микро- и нанонеоднородностей в переходной зоне алмаз - матрица и их влияние на механические свойства композитов Алмаз - Fe-Cu-Ni-Sn-CrB₂ |
| title_full | Закономерности формирования микро- и нанонеоднородностей в переходной зоне алмаз - матрица и их влияние на механические свойства композитов Алмаз - Fe-Cu-Ni-Sn-CrB₂ |
| title_fullStr | Закономерности формирования микро- и нанонеоднородностей в переходной зоне алмаз - матрица и их влияние на механические свойства композитов Алмаз - Fe-Cu-Ni-Sn-CrB₂ |
| title_full_unstemmed | Закономерности формирования микро- и нанонеоднородностей в переходной зоне алмаз - матрица и их влияние на механические свойства композитов Алмаз - Fe-Cu-Ni-Sn-CrB₂ |
| title_short | Закономерности формирования микро- и нанонеоднородностей в переходной зоне алмаз - матрица и их влияние на механические свойства композитов Алмаз - Fe-Cu-Ni-Sn-CrB₂ |
| title_sort | закономерности формирования микро- и нанонеоднородностей в переходной зоне алмаз - матрица и их влияние на механические свойства композитов алмаз - fe-cu-ni-sn-crb₂ |
| topic | Инструментальные, конструкционные и функциональные материалы на основе алмаза и кубического нитрида бора |
| topic_facet | Инструментальные, конструкционные и функциональные материалы на основе алмаза и кубического нитрида бора |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63259 |
| work_keys_str_mv | AT bondarenkona zakonomernostiformirovaniâmikroinanoneodnorodnosteivperehodnoizonealmazmatricaiihvliânienamehaničeskiesvoistvakompozitovalmazfecunisncrb2 AT mečnikva zakonomernostiformirovaniâmikroinanoneodnorodnosteivperehodnoizonealmazmatricaiihvliânienamehaničeskiesvoistvakompozitovalmazfecunisncrb2 |