Алмазный инструмент для резки высокоармированного железобетона с дисперсно-упрочненной наночастицами металлической связкой
Описаны две дисперсно-упрочненные наночастицами WC и ZrO₂ связки, применяемые при производстве алмазного инструмента для резки железобетона. Исследован характер распределения наночастиц по металлической матрице, определены физико-механические и трибологические свойства связок. Показано, что использо...
Saved in:
| Published in: | Сверхтвердые материалы |
|---|---|
| Date: | 2010 |
| Main Authors: | , , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
2010
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63500 |
| 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: | Алмазный инструмент для резки высокоармированного железобетона с дисперсно-упрочненной наночастицами металлической связкой / А.А. Зайцев, Д.А. Сидоренко, Е.А. Левашов, В.В. Курбаткина, В.А. Андреев, С.И. Рупасов, П.В. Севастьянов // Сверхтвердые материалы. — 2010. — № 6. — С. 78-89. — Бібліогр.: 26 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860267772843393024 |
|---|---|
| author | Зайцев, А.А. Сидоренко, Д.А. Левашов, Е.А. Курбаткина, В.В. Андреев, В.А. Рупасов, С.И. Севастьянов, П.В. |
| author_facet | Зайцев, А.А. Сидоренко, Д.А. Левашов, Е.А. Курбаткина, В.В. Андреев, В.А. Рупасов, С.И. Севастьянов, П.В. |
| citation_txt | Алмазный инструмент для резки высокоармированного железобетона с дисперсно-упрочненной наночастицами металлической связкой / А.А. Зайцев, Д.А. Сидоренко, Е.А. Левашов, В.В. Курбаткина, В.А. Андреев, С.И. Рупасов, П.В. Севастьянов // Сверхтвердые материалы. — 2010. — № 6. — С. 78-89. — Бібліогр.: 26 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Сверхтвердые материалы |
| description | Описаны две дисперсно-упрочненные наночастицами WC и ZrO₂ связки, применяемые при производстве алмазного инструмента для резки железобетона. Исследован характер распределения наночастиц по металлической матрице, определены физико-механические и трибологические свойства связок. Показано, что использование дисперсно-упрочненных связок приводит к росту ресурса инструмента до 60 % без снижения скорости резания.
Описано дві дисперсно-зміцнені наночасточками WC і ZrO₂ зв’язки, які застосовують при виробництві алмазного інструменту для різання залізобетону. Досліджено характер розподілення наночасточок по металічній матриці, визначені фізико-механічні та трибологічні властивості зв’язок. Показано, що використання дисперсно-зміцнених зв’язок веде до росту ресурсу інструменту до 60 % без зниження швидкості різання.
The paper describes two bonds dispersion-reinforced with WC and ZrO₂ nanoparticles, which are used in the manufacture of diamond tools for cutting reinforced concrete. The pattern of distribution of nanoparticles in the metal matrix is studied. Physical88 mechanical and tribological properties of the bonds have been determined. The use of dispersionreinforced bonds is demonstrated to ensure a 60% longer tool life without reducing the cutting speed.
|
| first_indexed | 2025-12-07T19:02:40Z |
| format | Article |
| fulltext |
www.ism.kiev.ua; www.rql.kiev.ua/almaz_j 78
Инструмент, порошки, пасты
УДК 621.762:620.22-419:669.25
А. А. Зайцев, Д. А. Сидоренко, Е. А. Левашов,
В. В. Курбаткина, В. А. Андреев, С. И. Рупасов,
П. В. Севастьянов (г. Москва)
Алмазный инструмент для резки
высокоармированного железобетона
с дисперсно-упрочненной наночастицами
металлической связкой
Описаны две дисперсно-упрочненные наночастицами WC и ZrO2
связки, применяемые при производстве алмазного инструмента для резки желе-
зобетона. Исследован характер распределения наночастиц по металлической
матрице, определены физико-механические и трибологические свойства связок.
Показано, что использование дисперсно-упрочненных связок приводит к росту
ресурса инструмента до 60 % без снижения скорости резания.
Ключевые слова: связки для алмазного инструмента, дисперсно-
упрочненные материалы, алмазный отрезной сегментный круг, резка железобе-
тона.
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время режущий алмазный инструмент находит
широкое применение во многих отраслях промышленности. В роли металли-
ческих связок для такого инструмента обычно используют Co, Fe, Ni, Cu, Sn
[1—6] и другие металлы и их сплавы, при этом в зависимости от термостой-
кости алмазов, их концентрации в алмазоносном слое и типа обрабатываемо-
го материала подбирают связку с заданным комплексом механических и три-
бологических свойств. В настоящей статье предложен способ повышения
указанных свойств связок для алмазного режущего инструмента, сущность
которого заключается во введении в связку упрочняющих наночастиц. Дан-
ный подход успешно развивается в Национальном исследовательском техно-
логическом университете “Московский институт стали и сплавов” совместно
с ЗАО “Кермет” (г. Москва) последние шесть лет, что нашло отражение в
патентах [7—11]. Как известно [12], дисперсно-упрочненными композицион-
ными материалами называют материалы, содержащие искусственно вводи-
мые в них равномерно распределенные упрочняющие частицы, не взаимо-
действующие активно с матрицей и не растворяющиеся в ней значительно
© А. А. ЗАЙЦЕВ, Д. А. СИДОРЕНКО, Е. А. ЛЕВАШОВ, В. В. КУРБАТКИНА, В. А. АНДРЕЕВ, С. И. РУПАСОВ,
П. В. СЕВАСТЬЯНОВ, 2010
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2010, № 6 79
вплоть до температуры плавления, улучшающие свойства металлов и спла-
вов. Наиболее эффективное упрочнение происходит, когда содержание уп-
рочняющей фазы не превышает 3—15 % (по объему), размер частиц состав-
ляет 0,01—0,05 мкм, среднее расстояние между ними — 0,1—0,5 мкм. Как
показывают теоретические расчеты и многочисленные экспериментальные
данные, в сплавах с дисперсно-упрочненной структурой значительно возрас-
тают твердость, ударная вязкость, прочность на растяжение, изгиб и износо-
стойкость. В [13] рассмотрено три основных упрочняющих фактора, объяс-
няющих увеличение механических свойств сплава при введении твердых
наночастиц в объем металлических сплавов:
— эффект несения (перераспределения) нагрузки упрочняющими части-
цами (f1); основные зависимости для f1 выведены в [14—16];
— упрочнение, связанное с увеличением плотности дислокаций из-за раз-
ницы коэффициентов термического расширения между матрицей и упроч-
няющими частицами (fd); уравнение для fd выведено в [17];
— упрочняющий эффект Орована, связанный с торможением движения
дислокаций на твердых частицах (fOrowan); упрочнение, связываемое с этим
фактором, описывается уравнением Орована-Ашби (Orowan-Ashby) и приве-
дено в [18].
При изготовлении алмазного инструмента есть ограничения по макси-
мальной температуре спекания, обусловленные интенсивной графитизацией
алмаза при температурах выше 900 °С. Традиционные методы упрочнения
связки, заключающиеся во введении в нее микронных порошков (например
WC) в количестве 10—20 % (по массе), требуют увеличения температуры
спекания, в то время как при использовании наноразмерных частиц для эф-
фективного упрочнения связки достаточно всего 2—6 % (по массе), что прак-
тически не влияет на температуру спекания сплава.
Ранее авторами [19—21] на примере связок на основе кобальта, никеля и
железа было показано позитивное влияние добавки небольшого количества
наночастиц на свойства связок и служебные характеристики алмазного инст-
румента.
Поэтому целью данной работы было исследование влияния наночастиц на
структуру и свойства медных связок и алмазного инструмента в целом.
ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
Для приготовления образцов брали порошковую шихту системы Cu—
Co—Fe—WC (далее по тексту связка M), применяемую при производстве
сегментов для алмазных кольцевых сверл (АКС), и шихту системы Cu—Co—
Fe—Sn (далее по тексту — связка К), применяемую при производстве сег-
ментов для алмазных отрезных сегментных кругов (АОСК). Свойства нано-
порошков, используемых в работе, представлены в табл. 1.
Таблица 1. Свойства нанопорошков плазмохимического метода
получения
Наночастицы d, нм Sуд, м2/г ρнас, г/см3 Примеси,
% (по массе)
Фазовый состав
ZrO2 10—40 10—14 0,5 0,1—0,05 тетрагональная и моно-
клинная фазы ZrO2
WC 20—100 6—9 2,4 до 5 % WC, W2C
www.ism.kiev.ua; www.rql.kiev.ua/almaz_j 80
Исходные порошковые смеси готовили в центробежной планетарной
мельнице МПП-1 (Россия) при контролируемом соотношении массы шаров и
массы смеси и варьируемой длительности обработки. Полученную шихту с
различным содержанием добавок нанопорошков спекали при температуре
Tс = 700—900 °C. Образцы для определения механических и трибологиче-
ских свойств готовили по технологии горячего прессования в инертной атмо-
сфере на установке DSP-475 “Dr Freetch” при температуре 800 °С для связки
К и при 850 °С для связки M, давление прессования p = 350 кг/см2. Испыта-
ния на трехточечный изгиб проводили на универсальной испытательной сер-
вогидравлической машине марки LF-100kN фирмы “Walter & Bai AG”
(Швейцария) по ГОСТ 18228—94. 7
Измерения твердости выполнены на твердомере марки ТР 5006 по шкале
В (ГОСТ 20017). Плотность определяли методом гидростатического взвеши-
вания по ГОСТ 25281 с использованием аналитических весов фирмы AND
(Япония). Аддитивную плотность образца с нанодобавками рассчитывали по
формуле
нанодоб
21
21
21
адд
ρ
−+
ρ
=ρ
V
V
V mmm
m , (1)
где ρадд — аддитивная плотность образца, г/см3; m — масса образца, г; mV21 —
масса связки в образце, г; ρV21 и ρнанодоб — плотность связки и нанодобавки
соответственно, г/см3.
Пористость образцов рассчитывали по формуле
%100П
адд
адд
ρ
ρ−ρ
= , (2)
где ρ — реальная плотность образца, г/см3.
Плотность и механические свойства определяли на трех различных образ-
цах, результаты измерений обрабатывали статистически.
Трибологические испытания проводили на автоматизированной машине
трения “Tribometer” фирмы “CSM Instruments” по схеме неподвижный ша-
рик—вращающийся диск. Условия испытаний следующие: контртело — ша-
рик Al2O3 диаметром 3 мм; нормальная нагрузка — 2 Н; линейная скорость
вращения — 10 м/с; среда — воздух; диаметр дорожки — 6,1 мм; пробег L =
122—500 м. Исследование бороздки износа (трека) образца проводили на про-
филометре S8P фирмы “Mahr”. Износ связки Wсв рассчитывали по формуле
LF
RSW π= 2
св , (3)
где R — радиус трека, мм; S — средняя площадь сечения бороздки износа
(трека), мм2; L — пробег, м; F — нормальная нагрузка, Н.
Испытания АОСК проводили на мостовом отрезном станке “Алмаз” (Рос-
сия). Основные параметры резания представлены в табл. 2.
Таблица 2. Основные параметры резания
Армирование бетона,
% (по объему)
Глубина реза
за проход, мм
Частота
вращения, мин–1
Нагрузка
по току, А
Охлаждение
6 4 1500 8—10 водное, 10 л/мин
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2010, № 6 81
Обрабатываемым материалом был монолитный бетон марки М400 с гра-
нитным наполнителем и средним армированием 6 % (по объему) (арматура
№ 12 и № 24); диаметр АОСК — 500 мм; посадочный диаметр — 50, 30 сег-
ментов геометрией 40×4,0×9,0 мм на круг.
Испытания АКС проводили на сверлильной машине dm28 (фирма
“Еurodima”, Австрия); диаметр АКС — 102 мм, по 9 сегментов размером
23×4×7 мм на сверло. Режим испытания: частота вращения сверла —
300 мин–1; ток двигателя при испытании — 8 А (поддерживали постоянным);
охлаждение водное — 10 л/мин. Обрабатываемый материал — тот же бетон с
армированием 7—12 % (по объему); та же арматура.
РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА
Важной задачей при разработке дисперсно-упрочненных материалов яв-
ляется нахождение эффективного способа введения наночастиц в сплав.
Применительно к сплавам, получаемым методами порошковой металлургии,
перспективным способом является смешение исходной порошковой шихты
сплава с упрочняющей фазой в смесительных устройствах типа планетарной
центробежной мельницы (ПЦМ). В процессе обработки смеси в ПЦМ проис-
ходят множественные соударения размольных тел (обычно это стальные или
твердосплавные шары) между собой и стенками барабана, что приводит к
эффективному перемешиванию компонентов смеси, а также к так называе-
мому механическому активированию. Под механическим активированием
понимают увеличение активности шихты в процессах спекания или химиче-
ского взаимодействия за счет увеличения поверхности частиц (или межфаз-
ной поверхности в случае многокомпонентных систем), а также за счет ин-
тенсивной упругой и пластической деформации, увеличения дефектности
кристаллической решетки. В данной работе механическое активирование
является сопутствующим процессом, положительно влияющим на спекание
смесей. Эволюция структуры порошка в процессе смешения представлена на
рис. 1. Из рисунка видно, что в результате обработки шихты в ПЦМ происхо-
дит агломерация частиц бронзы (крупные светлые включения) с железными и
кобальтовыми частицами (мелкие серые частицы).
Для исследованных составов были найдены оптимальное время смешения
связки с наночастицами и соотношение шаров к материалу. На рис. 2 пред-
ставлены результаты исследования микроструктуры методом ПЭМ горяче-
прессованных компактных образцов двух однофазных модельных систем. В
качестве модельных выбраны порошки кобальта (марки Co extra fine) и меди
(ПМС-1) с добавками наночастиц WC.
а
б
Рис. 1. Морфология порошка связки К после смешения в ПЦМ: исходный порошок (а),
обработка в ПЦМ в течение 6 (б) и 10 (в) мин. ×1000.
www.ism.kiev.ua; www.rql.kiev.ua/almaz_j 82
в
Рис. 1. (Продолжение).
200 нм
а
50 нм
б
0,2 мкм
в
50 нм
г
Рис. 2. Микроструктура горячепрессованных сплавов Cu + наноWC (a, б) и
Co + наноWC (в, г).
В результате смешения, как видно из рис. 2, наночастицы достаточно рав-
номерно распределены по границам зерен сплава Cu + WC (рис. 2, a, б). Для
сплава с кобальтовой матрицей упрочняющая фаза обнаружена не только на
межзеренной границе, но и внутри зерна (см. рис. 2, в). По мнению авторов,
наночастицы остаются в теле зерна в результате движения межзеренных гра-
ниц на стадии твердофазного спекания при горячем прессовании, когда под-
вижность границ из-за внешнего давления значительно усиливается.
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2010, № 6 83
В табл. 3 и 4 приведены механические свойства безалмазных сегментов с
дисперсно-упрочненной связкой.
Таблица 3. Свойства дисперсно-упрочненных образцов со связкой
M, температура горячего прессования Tc = 850 °С
Состав,
% (по массе)
Время обработки
в ПЦМ, мин
Пористость,
%
Твердость,
HRB 1,5/980
Прочность при
изгибе σb, МПа
Мисх 0 4 105 1260±60
М “0” 3 5 107 1060±50
М + 2WC 3 6 105 1050±160
М + 4WC 3 5 108 1050±70
М + 6WC 3 6 107 900±30
M + 0,5ZrO2 3 5 109 1260±30
M + 1,25ZrO2 3 6 108 1010±160
M + 2,5ZrO2 3 6 110 980±20
Примечание. Образец с маркировкой “0” представляет собой исходную шихту, обработан-
ную в ПЦМ при заданном времени.
Таблица 4. Свойства дисперсно-упрочненных образцов со связкой К,
температура горячего прессования Tc = 800 °С
Состав,
% (по массе)
Время обработки
в ПЦМ, мин
Пористость
П, %
Твердость HRB
1,5/980
Прочность при
изгибе σb, МПа
Кисх 0 1 94 720±20
К “0” 3 2 96 800±20
К “0” 6 2 97 830±30
К “0” 10 2 97 860±60
К + 4WC 3 2 97 570±20
К + 4WC 6 2 99 630±50
К + 4WC 10 2 100 690±50
К + 0,5ZrO2 3 2 96 650±30
К + 1,25ZrO2 3 2 98 670±50
К + 1,25ZrO2 6 2 100 770±30
К + 2,5ZrO2 3 2 99 630±50
К + 2,5ZrO2 6 2 100 740±50
Введение в связку М наночастиц приводит к росту пористости образцов
после горячего прессования на 1—2 % с одновременным повышением твер-
дости на 2—5 ед. HRB по сравнению с исходной связкой.
В результате обработки связки К в ПЦМ наблюдали увеличение пористо-
сти горячепрессованных образцов на 1 %, что для чистой связки К (см. об-
разцы с маркировкой “0” в табл. 4) может быть объяснено образованием пре-
пятствующих спеканию оксидных слоев. С ростом длительности обработки в
ПЦМ, несмотря на возросшую пористость, для всех образцов наблюдается
увеличение твердости и прочности на изгиб, что обусловлено измельчением
зеренной структуры связки и более равномерным перераспределением нано-
www.ism.kiev.ua; www.rql.kiev.ua/almaz_j 84
частиц. Микроструктурные исследования горячепрессованных образцов под-
тверждают уменьшение среднего размера зерна сплава при увеличении вре-
мени обработки в ПЦМ (рис. 3). По сравнению с исходной связкой образцы с
наночастицами, благодаря эффекту дисперсного упрочнения, имеют повы-
шенную на 3—6 ед. HRB твердость.
20 мкм
а
20 мкм
б
20 мкм
в
Рис. 3. Микроструктура горячепрессованных образцов связки К при различных временах
смешения в ПЦМ: исходная (а), обработка в ПЦМ в течение 6 (б) и 10 (в) мин.
РЕЗУЛЬТАТЫ СРАВНИТЕЛЬНЫХ ИСПЫТАНИЙ АЛМАЗНОГО
ИНСТРУМЕНТА С ДИСПЕРСНО-УПРОЧНЕННОЙ СВЯЗКОЙ
Результаты сравнительных испытаний алмазного отрезного сегментного
круга Ø 500 мм при резке армированного бетона марки М400 (наполнитель
гранитный) со средним процентом армирования ∼ 5 % приведены на рис. 4.
Вопреки ожиданиям упрочнение связки К наноразмерным WC не дало за-
метного положительного эффекта (увеличение ресурса на 10 % лежит в дове-
рительном интервале измерений эксперимента). В то же время упрочнение
связки оксидом циркония привело к ощутимому росту ресурса круга на 60 %.
При этом не происходит снижения скорости резания. Все исследованные
алмазные круги работали в режиме самозатачивания.
В табл. 5 приведены некоторые данные по сверлению высокоармирован-
ного железобетона сверлами Ø 100 мм с алмазными сегментами со связ-
кой М.
При постановке эксперимента по сверлению серийно выпускаемых про-
мышленностью железобетонных плит из-за неравномерности распределения
арматуры трудно выбрать для сверления два участка с одинаковым армиро-
ванием. Поэтому приведенные в табл. 5 данные представляют собой выбо-
рочные испытания с максимально близким процентом армирования железо-
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2010, № 6 85
бетона. Практика испытаний показывает, что ресурс сверла от степени арми-
рования железобетона зависит нелинейно (рис. 5).
+10 %
+60 %
0
1
2
3
4
5
6
7
8
K K+WC K+ZrO
2
Ресурс АОСК, м
2
Рис. 4. Результаты испытаний АОСК Ø 500 мм при резке армированного бетона марки
М400.
Таблица 5. Результаты сравнительных испытаний сверл Ø 100 мм
по сверлению высокоармированного железобетона марки М400
Тип сегмента
Процент армирования
железобетона,
% (по объему)
Скорость сверления,
см/мин
Удельный ресурс
сверла, мм/м
9,5 0,87 8,83
9,9 0,99 7,58
M + алмаз
11,1 0,77 13,17
10,6 0,83 5,67
9,9 1,09 5,92
(M + WC) + алмаз
9,5 1,01 7,92
10,4 5,42 5,42
10,2 8,50 8,50
(M + ZrO2) + алмаз
11,4 8,42 8,42
Из рис. 5 видно, что 4—5 % армирования — это критическое содержание
арматуры, при котором происходит интенсивный износ алмазных зерен, в
том числе их заполировывание, что приводит к резкому увеличению износа
сегментов и снижению скорости резания. Из многочисленных эксперимен-
тальных данных [22—23] известно, что алмазный инструмент для резки Fe,
Ni изнашивается значительно быстрее, чем для Al, Cu, что не может быть
объяснено только различием в механических свойствах этих металлов. Глав-
ной причиной снижения ресурса алмазного инструмента является то, что Fe и
Ni каталитически ускоряют процесс графитизации алмаза. Вероятный меха-
низм такого превращения приведен в [24].
www.ism.kiev.ua; www.rql.kiev.ua/almaz_j 86
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0
% армирования
R, мм/м
Рис. 5. Зависимость удельного ресурса сверла R от степени армирования железобетона.
Как видно из экспериментальных данных, приведенных в табл. 5, сегмент
со связкой М + WC имеет увеличенный до 40 % ресурс. Следует обратить
внимание на то, что, несмотря на возросшую твердость связки, скорость свер-
ления осталась неизменной. Скорость сверления v армированного бетона
зависит от многих переменных нелинейно и в общем случае при использова-
нии алмазов с заданными крупностью, статической и динамической прочно-
стью, термостойкостью является сложной функцией многих переменных (4):
),,,,,,,( алмсвармбалм σ= WAWWCnFfV , (4)
где F — нормальная нагрузка на сверло; n — частота вращения сверла; Салм
— концентрация алмазов в сегменте (каратность); Wб — износостойкость
бетона; Wарм — износостойкость арматуры; А — процентное содержание
арматуры; Wсв — износостойкость связки; σалм — прочность алмазоудержа-
ния.
Поскольку для всех исследованных сегментов условия испытания и кон-
центрация алмазов были одинаковы, то в (4) в результате введения наноча-
стиц в связку могли измениться только два параметра — износостойкость
связки Wсв и прочность алмазоудержания σалм.
Результаты трибологических испытаний связки К приведены в табл. 6.
Для этих испытаний образцы были получены при температуре горячего прес-
сования 800 °С.
Из табл. 6 видно, что в результате введения наночастиц происходит уве-
личение износостойкости более чем в три раза. По литературным данным
износостойкость хорошо коррелирует с твердостью материала [25], в то вре-
мя как достоверной зависимости твердости и прочности алмазоудержания не
обнаружено.
Из [26] известно, что высота выступа алмазного зерна из связки p (0 < p <
0,5D, где D — диаметр алмазного зерна) определяется соотношением скоро-
сти износа связки и алмазов. С ростом твердости, а значит и износостойкости
связки, высота выступа алмазного зерна p должна уменьшаться, что в свою
очередь, должно привести к снижению скорости сверления. Тем не менее, по
результатам эксперимента не наблюдали снижения скорости сверления (см.
табл. 5). Поэтому вероятным объяснением установленного эффекта является
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2010, № 6 87
рост прочности алмазоудержания за счет введения наночастиц. Механизм
увеличения прочности алмазоудержания в дисперсно-упрочненных наноча-
стицами связках в настоящее время до конца не изучен и исследования про-
должаются.
Таблица 6. Износостойкость связки К
Состав, % (по массе) Время обработки в ПЦМ, мин Wсв × 104, мм3/(Н·м)
Кисх 0 8,1
К + 4WC 6 6,6
К + 1,25ZrO2 3 5,9
К + 1,25ZrO2 6 2,2
К + 2,5ZrO2 3 7,6
К + 2,5ZrO2 6 5,8
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Разработан способ введения упрочняющих наночастиц в связки для ал-
мазного инструмента, обеспечивающий равномерное распределение упроч-
няющей фазы как по границам зерен связки, так и в теле зерна.
Изучены механические и трибологические свойства дисперсно-
упрочненных связок. Показано, что в результате введения наночастиц проис-
ходит рост твердости на 3—6 ед. HRB, предела прочности на изгиб — до
50 МПа и износостойкости — более чем в 3 раза.
Проведены сравнительные стендовые испытания АОСК и АКС для резки
высокоармированного железобетона. Для АКС Ø 100 мм построена зависи-
мость удельного ресурса сегмента от процента армирования железобетона и
обнаружено, что при 4—5 % (по объему) армирования наблюдается резкое
увеличение износа алмазного сегмента. Показано, что использование дис-
персно-упрочненных связок приводит к росту ресурса инструмента до 60 %
без снижения скорости резания.
На основании экспериментальных данных зависимости ресурса и произ-
водительности алмазного инструмента с дисперсно-упрочненной наночасти-
цами связкой авторами выдвинута гипотеза о влиянии наночастиц на проч-
ность алмазоудержания.
Работа выполнена при поддержке ГК № 02.513.11.3470 “Разработка ново-
го поколения наноструктурированных композиционных материалов для ре-
зания особопрочного и высокоармированного бетона с участием научных
организаций Китая”.
Описано дві дисперсно-зміцнені наночасточками WC і ZrO2 зв’язки, які
застосовують при виробництві алмазного інструменту для різання залізобетону.
Досліджено характер розподілення наночасточок по металічній матриці, визначені
фізико-механічні та трибологічні властивості зв’язок. Показано, що використання дис-
персно-зміцнених зв’язок веде до росту ресурсу інструменту до 60 % без зниження
швидкості різання.
Ключові слова: зв’язки для алмазного інструменту, дисперсно-зміцнені
матеріали, алмазний відрізний сегментий круг, різання залізобетону.
The paper describes two bonds dispersion-reinforced with WC and ZrO2
nanoparticles, which are used in the manufacture of diamond tools for cutting reinforced con-
crete. The pattern of distribution of nanoparticles in the metal matrix is studied. Physical-
www.ism.kiev.ua; www.rql.kiev.ua/almaz_j 88
mechanical and tribological properties of the bonds have been determined. The use of disper-
sion-reinforced bonds is demonstrated to ensure a 60% longer tool life without reducing the
cutting speed.
Keywords: diamond tool bonds, dispersion-reinforced materials, segmented
diamond cutoff wheels, cutting of reinforced concrete.
1. Ylikerälä J., Gasik M. Cobalt price hikes set search for alternates in train // Metal Powder
Report. — 2004. — 59, N 9. — P. 36—39.
2. Lison D. Human toxicity of cobalt-containing dust and experimental studies on the mechanism
of interstitial lung disease (hard metal disease) // Crit. Rev. Toxicol. — 1996. — 26, N 6. —
P. 585—616.
3. Spriano S., Chen Q., Settineri L., Bugliosi S. Low content and free cobalt matrixes for dia-
mond tools // Wear. — 2005. — 259, N 7—12. — P. 1190—1996.
4. Nitkiewicz Z., Świerzy M. Tin influence on diamond-metal matrix hot pressed tools for stone
cutting // J. Mater. Proc. Tech. — 2006. — 175, N 1—3. — P. 306—315.
5. Аносов Ю. Л., Антонова Т. Н., Бондарев Е. К. Синтетические сверхтвердые материалы /
Под ред. Н. В. Новикова. — Киев: Наук. думка, 1986. — Т. 2. — 264 c.
6. Варенков А. Н., Костиков В. И., Ножкина А. В. Физикохимия взаимодействия алмазов с
металлами, сплавами и соединениями. — М.: МИСиС, 1986. — 120 c.
7. Пат. 2286241 C1 РФ, МПК B 24 D 3/06. Связка для изготовления алмазного
инструмента / Е. А. Левашов, В. А. Андреев, В. В. Курбаткина. — Заявл. 14.11.2005;
Опубл. 27.10.2006.
8. Пат. 2286242 C1 РФ, МПК B 24 D 3/06. Связка для изготовления алмазного
инструмента / Е. А. Левашов, В. А. Андреев, В. В. Курбаткина. — Заявл. 14.11.2005;
Опубл. 27.10.2006.
9. Пат 2286243 C1 РФ, МПК B 24 D 3/06. Связка для изготовления алмазного инструмен-
та / Е. А. Левашов, В. А. Андреев, В. В. Курбаткина. — Заявл. 14.11.2005; Опубл.
27.10.2006
10. Pat. 2007/055616 WO, B 24 D 3/06. Binder for the Fabrication of diamond tools / E. A. Le-
vashov, V. A. Andreev, V. V. Kurbatkina. — Publ. 18.05.2007.
11. Pat. 2009107291 A1 US, B 22 F 1/00. Binder for the fabrication of diamond tools / E. A. Le-
vashov, V. A. Andreev, V. V. Kurbatkina. — Publ. 30.04.2009.
12. Портной К. И., Бабич Б. Н. Дисперсно-упрочненные материалы. — М.: Металлургия,
1974. — 192 c.
13. Zhang Z., Chen D. L. Consideration of Orowan strengthening effect in particulate-reinforced
metal matrix nanocomposites: A model for predicting their yield strength // Scripta Materialia.
— 2006. — 54, N 7. — P. 1321—1326.
14. Ramakrishnan N. An analytical study on strengthening of particulate reinforced metal matrix
composites // Acta Mater. — 1996. — 44. — P. 69—77.
15. Zhang Q., Chen D. L. A model for predicting the particle size dependence of the low cycle
fatigue life in discontinuously reinforced MMCs // Scripta Materialia. — 2004. — 51, N 9. —
P. 863—867.
16. Nardone V. C., Prewo K. M. On the strength of discontinuous silicon carbide reinforced
aluminum composites // Scripta Metall. — 1986. — 20, N 1. — P. 43—48.
17. Hansen N. The effect of grain size and strain on the tensile flow stress of aluminium at room
temperature // Acta Metall. — 1977. — 25. — P. 863—869.
18. Dieter G. E. Mechanical metallurgy. — New York (NY): Mc-Graw-Hill, 1986. — P. 212—
220.
19. Зайцев А. А., Курбаткина В. В., Левашов Е. А. Особенности влияние нанодисперсных
добавок на процесс спекания и свойства порошковых кобальтовых сплавов // Изв. ву-
зов. Цветная металлургия. — 2008. — № 2. — С. 53—59.
20. Зайцев А. А., Курбаткина В. В., Левашов Е. А. Особенности влияния нанодисперсных
добавок на процесс получения и свойства спеченного сплава Fe—Co—Cu—Sn // Изв.
вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. — 2008. — № 2. —
С. 35—41.
21. Levashov E., Kurbatkina V., Zaytsev A. Improved mechanical and tribological properties of
metal-matrix composites dispersion-strengthened by nanoparticles // Materials. — 2010. — 3.
— P. 97—109.
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2010, № 6 89
22. Paul E., Evans C., Mangamelli A. et al. Chemical aspects of tool wear in diamond turning //
Prec Eng. — 1996. — 18, N 1. — P. 4—19.
23. Kohlscheen J., Stock H.R., Mayr P. Tailoring of diamond machinable coating materials //
Prec. Eng. — 2002. — 26. — P. 175—182.
24. Uemura M. An analysis of the catalysis of Fe, Ni or Co on the wear of diamonds // Tribology
International. — 2004. — 37. — P. 887—892.
25. Коновалов В. А., Александров В. А., Левин М. Д. Влияние прочности алмазоудержания и
скорости абразивного износа связки на работоспособность алмазно-абразивного камне-
резного инструмента // Синт. алмазы. — 1975. — Вып. 2. — С. 26—28.
26. Brook B. Principles of diamond tool technology for sawing rock // Int. J. Rock Mechanics &
Mining Sci. — 2002. — 39. — P. 41—58.
Национальный исследовательский технологический Поступила 03.06.10
ун-т “Московский ин-т стали и сплавов”
ЗАО “Кермет”
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-63500 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0203-3119 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T19:02:40Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Зайцев, А.А. Сидоренко, Д.А. Левашов, Е.А. Курбаткина, В.В. Андреев, В.А. Рупасов, С.И. Севастьянов, П.В. 2014-06-02T17:27:02Z 2014-06-02T17:27:02Z 2010 Алмазный инструмент для резки высокоармированного железобетона с дисперсно-упрочненной наночастицами металлической связкой / А.А. Зайцев, Д.А. Сидоренко, Е.А. Левашов, В.В. Курбаткина, В.А. Андреев, С.И. Рупасов, П.В. Севастьянов // Сверхтвердые материалы. — 2010. — № 6. — С. 78-89. — Бібліогр.: 26 назв. — рос. 0203-3119 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63500 621.762:620.22-419:669.25 Описаны две дисперсно-упрочненные наночастицами WC и ZrO₂ связки, применяемые при производстве алмазного инструмента для резки железобетона. Исследован характер распределения наночастиц по металлической матрице, определены физико-механические и трибологические свойства связок. Показано, что использование дисперсно-упрочненных связок приводит к росту ресурса инструмента до 60 % без снижения скорости резания. Описано дві дисперсно-зміцнені наночасточками WC і ZrO₂ зв’язки, які застосовують при виробництві алмазного інструменту для різання залізобетону. Досліджено характер розподілення наночасточок по металічній матриці, визначені фізико-механічні та трибологічні властивості зв’язок. Показано, що використання дисперсно-зміцнених зв’язок веде до росту ресурсу інструменту до 60 % без зниження швидкості різання. The paper describes two bonds dispersion-reinforced with WC and ZrO₂ nanoparticles, which are used in the manufacture of diamond tools for cutting reinforced concrete. The pattern of distribution of nanoparticles in the metal matrix is studied. Physical88 mechanical and tribological properties of the bonds have been determined. The use of dispersionreinforced bonds is demonstrated to ensure a 60% longer tool life without reducing the cutting speed. Работа выполнена при поддержке ГК № 02.513.11.3470 “Разработка нового поколения наноструктурированных композиционных материалов для резания особопрочного и высокоармированного бетона с участием научных организаций Китая”. ru Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України Сверхтвердые материалы Инструмент, порошки, пасты Алмазный инструмент для резки высокоармированного железобетона с дисперсно-упрочненной наночастицами металлической связкой Article published earlier |
| spellingShingle | Алмазный инструмент для резки высокоармированного железобетона с дисперсно-упрочненной наночастицами металлической связкой Зайцев, А.А. Сидоренко, Д.А. Левашов, Е.А. Курбаткина, В.В. Андреев, В.А. Рупасов, С.И. Севастьянов, П.В. Инструмент, порошки, пасты |
| title | Алмазный инструмент для резки высокоармированного железобетона с дисперсно-упрочненной наночастицами металлической связкой |
| title_full | Алмазный инструмент для резки высокоармированного железобетона с дисперсно-упрочненной наночастицами металлической связкой |
| title_fullStr | Алмазный инструмент для резки высокоармированного железобетона с дисперсно-упрочненной наночастицами металлической связкой |
| title_full_unstemmed | Алмазный инструмент для резки высокоармированного железобетона с дисперсно-упрочненной наночастицами металлической связкой |
| title_short | Алмазный инструмент для резки высокоармированного железобетона с дисперсно-упрочненной наночастицами металлической связкой |
| title_sort | алмазный инструмент для резки высокоармированного железобетона с дисперсно-упрочненной наночастицами металлической связкой |
| topic | Инструмент, порошки, пасты |
| topic_facet | Инструмент, порошки, пасты |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63500 |
| work_keys_str_mv | AT zaicevaa almaznyiinstrumentdlârezkivysokoarmirovannogoželezobetonasdispersnoupročnennoinanočasticamimetalličeskoisvâzkoi AT sidorenkoda almaznyiinstrumentdlârezkivysokoarmirovannogoželezobetonasdispersnoupročnennoinanočasticamimetalličeskoisvâzkoi AT levašovea almaznyiinstrumentdlârezkivysokoarmirovannogoželezobetonasdispersnoupročnennoinanočasticamimetalličeskoisvâzkoi AT kurbatkinavv almaznyiinstrumentdlârezkivysokoarmirovannogoželezobetonasdispersnoupročnennoinanočasticamimetalličeskoisvâzkoi AT andreevva almaznyiinstrumentdlârezkivysokoarmirovannogoželezobetonasdispersnoupročnennoinanočasticamimetalličeskoisvâzkoi AT rupasovsi almaznyiinstrumentdlârezkivysokoarmirovannogoželezobetonasdispersnoupročnennoinanočasticamimetalličeskoisvâzkoi AT sevastʹânovpv almaznyiinstrumentdlârezkivysokoarmirovannogoželezobetonasdispersnoupročnennoinanočasticamimetalličeskoisvâzkoi |