УДК 548.736

 

А. В. Бурченя*, В. В. Лисаковський, С. О. Гордєєв, С. О. Івахненко, О. М. Куцай, О. М. Супрун
Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України
*burchenia@bigmir.net

Розрахунок розподілу температури при НРНТ-вирощуванні монокристалів алмазу в комірках з двома ростовими шарами (стр. 3–10)

Методом скінченних елементів виконано розрахунки розподілу температур в ростових комірках АВТ типу “тороїд” ТС40. Проведено експериментальні дослідження процесу вирощування монокристалів алмазу типу ІІа у комірках високого тиску з двома ростовими шарами. Показано, що при використанні матеріалів комірки з відповідними властивостями та визначеній конфігурації системи резистивного нагріву градієнти температур складають 5,4–5,6 °С/мм, швидкість росту – 2,46 мг/год. Загальна маса одержаних структурно досконалих монокристалів алмазу типу ІІа у верхньому та нижньому ростових шарах складає 1,18 та 1,13 карат відповідно, вміст азоту – 1–3 ppm для усіх вирощених кристалів.

Ключові слова: алмаз, метод температурного градієнту, метод скінченних елементів, апарат високого тиску, розподіл температур, ІК-спектроскопія.

 

 UDC 621.9.025.7:621.762.5:661.657.5

T. Kolabylina^{1, 2,} *, V. Bushlya², I. Petrusha¹, D. Johansson², J.-E. Ståhl², V. Turkevich¹,
¹Bakul Institute for Superhard Materials, National Academy of Sciences of Ukraine, Kiev, Ukraine
²Division of Production and Materials Engineering, Lund University, Lund, Sweden
*tetiana.kolabylina@chemie.tu-freiberg.de

Superhard pcBN tool materials with Ti₃SiC₂ MAX-phase binder: structure, properties, application (стр. 11–23)

Superhard cutting tool materials were sintered in cBN–(Ti₃SiC₂–TiC) system via high pressure–high temperature method. Sintering was performed under the pressure 8 GPa in the 1400–2400 °C temperature range. The initial mixtures of three compositions were chosen with 90, 80 and 60 vol % cBN. The mixtures were prepared by mixing cBN (1–3 mm) and Ti₃SiC₂–TiC (< 2 mm). It was found, that upon sintering, the compositions of the obtained samples differed from the initial mixtures in all cases as a result of chemical reactions. Microstructure observations, phase composition estimation, and mechanical properties of the obtained tool materials were carried out. The results indicate that both the varying cBN content and the applied sintering conditions have a direct effect on the structure, properties, and kinetics of reactions.

Keywords: pcBN, Ti₃SiC₂ MAX-phase, HPHT.

  

УДК 666.762.856

В. Ф. Горбань^1, *, А. А. Андреев², Г. Н. Картмазов², А. М. Чикрыжов², М. В. Карпец¹, А. В. Доломанов², А. А. Островерх², Е. В. Канцыр^1
1Институт проблем материаловедения им. И. М. Францевича НАН Украины, г. Киев, Украина
²Национальный научный центр “Харьковский физико-технический институт” НАН Украины, г. Харьков, Украина
*gvf@ipms.kiev.ua

Получение и механические свойства высокоэнтропийного карбида на основе многокомпонентного сплава TiZrHfVNbTa (стр. 24–31)

Показана возможность получения покрытий высокоэнтропийного карбида путем распыления многокомпонентного сплава в плазме сжатого вакуумно-дугового разряда. Установлено, что твердость покрытий высокоэнтропийного карбида на основе многокомпонентного сплава TiZrHfVNbTa составляет 43–48 ГПа и превышает твердость монокарбидов металлов, входящих в состав сплава. Коэффициент трения для карбидного высокоэнтропийного покрытия на основе сплава TiZrHfVNbTa при нагрузках от 2,2 до 5,2 Н равен 0,14–0,16.

Ключевые слова: высокоэнтропийное покрытие, вакуумно-дуговое покрытие, сжатый разряд, газовый дуговой разряд, высокоэнтропийный карбид.

 

 УДК 669.295.539.121.537.534

В. М. Береснев^1, *, С. А. Клименко^2, **, О. В. Соболь³, С. В. Литовченко¹, А. Д. Погребняк⁴, П. А. Сребнюк¹, Д. А. Колесников⁵, А. А. Мейлехов³, А. А. Постельник³, У. С. Немченко^1
1Харьковский национальный университет им. В. Н. Каразина, г. Харьков, Украина
²Институт сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля НАН Украины, г. Киев, Украина
³Национальный технический университет “Харьковский политехнический институт”, г. Харьков, Украина
⁴Сумской государственный университет, г. Сумы, Украина
⁵Белгородский государственный технический университет, г. Белгород, Россия
*beresnev-scpt@ yandex.ru
**klm@ism.kiev.ua

Влияние высокотемпературного отжига на структуру и механические свойства вакуумно-дуговых покрытий из Мо/(Ti + 6 % (по массе) Si)N (стр. 32–38)

Методами растровой электронной микроскопии с энергодис­пер­сионным элементным микроанализом, рентгеноструктурного анализа и микроиндентирования исследовано влияние условий осаждения в реактивной азотной атмосфере на морфологию роста, фазовый состав, структуру и микротвердость вакуумно-дуговых многослойных покрытий, полученных испарением катодов из Mo и Ti + 6 % (по массе) Si как после их осаждения, так и после высокотемпературного отжига. Установлено, что использование составного катода из Ti и Si позволяет формироваться структурному состоя­нию, склон­ному к упорядочению, с образованием при высокотемпературном отжиге двух­фазного соединения из TiN и Ti₅Si₃. Твердость покрытия при этом повышается до значения больше 45 ГПа.

Ключевые слова: многоэлементное покрытие, концентрация кремния, давление, фазовый состав, структура, твердость, отжиг.

 

UDC 621.9.015.079:621.892

P. Hoier^1, *, U. Klement¹, N. Tamil Alagan², T. Beno²,
A. Wretland^3
1Chalmers University of Technology, Department of Materials and Manufacturing Technology, Gothenburg, Sweden
²University West, Department of Engineering Science, Trollhättan, Sweden
³GKN Aerospace Engine Systems AB, Trollhättan, Sweden
*hoierp@chalmers.se

Characterization of tool wear when machining Alloy 718 with high pressure cooling using conventional and surface-modified WC–Co tools (стр. 39–47)

Coolant supplied by high pressure into the cutting zone has shown the lower thermal loads on the tool when machining difficult-to-cut materials as the Alloy 718. In this study, we investigate how the combination of high-pressure cooling and tool-surface modifications can lead to further improvements regarding tool life. The general approach is to enhance the coolant-tool interaction by increasing the contact area. Therefore, we machined cooling features into flank and rake faces of commercially available cemented tungsten carbide inserts. In this way, the surface area was increased by ~ 12 %. After the cutting tests, the tools were analyzed by scanning electron microscopy combined with energy-dispersive X-ray spectroscopy. Compared with conventional tools, the tool modifications reduced the flank wear by 45 % for the investigated cutting parameters. Furthermore, we were able to significantly increase the cutting speed and feed rate without failure of the tool. The investigated surface modifications have great potential to enhance the productivity of metal cutting processes.

Keywords: superalloy, high pressure jet assisted machining, tool modification, wear characterization.

 

 УДК 621.923

П. Г. Матюха*, В. В. Полтавец
Донецкий национальный технический университет, г. Покровск
*matjuha_pg@mail.ru

Определение режима обновления режущей способности круга с учетом ее изменения во время обработки (стр. 48–56)

Рассмотрено определение режима шлифования по “жесткой” схеме с периодическим электроэрозионным воздействием на рабочую поверхность шлифовального круга в автономной зоне в условиях изменяющейся во время обработки режущей способности рабочей поверхности круга. В основу расчета положены математические зависимости, описывающие изменение режущей способности круга при врезном шлифовании по “упругой” схеме с постоянной силой поджима заготовки к рабочей поверхности круга, кинематика которого аналогична шлифованию по “жесткой” схеме. Скорость детали определена заданным значением шероховатости обработанной поверхности изделия. Сила поджима заготовки выбрана исходя из условий обеспечения отсутствия фазово-структурных превращений в поверхностном слое обрабатываемого материала. Изменение режущей способности круга в процессе шлифования по “жесткой” схеме учитывали, используя уравнения, описывающие изменение во время обработки текущей лимитированной режущей способности шлифовального круга при шлифовании по “упругой” схеме. На основе анализа различных способов расчета одного из элементов режима шлифования – глубины резания – определено ее значение, гарантирующее отсутствие фазово-структурных превращений в поверхностном слое обрабатываемого материала при максимально возможной производительности обработки.

Ключевые слова: шлифование, скорость детали, сила поджима, режущая способность, глубина резания.

 

 UDC 621.941:620.171.3

V. Kryzhanivskyy^{1, 2}, V. Bushlya^1, *, O. Gutnichenko¹, R. M’Saoubi³, J.-E. Ståhl^1
1Division of Production and Materials Engineering, Lund University, Lund, Sweden
²Department of Software Development, Zhytomyr State Technological University, Zhytomyr, Ukraine
³SECO Tools AB, Fagersta, Sweden
*volodymyr.bushlya@iprod.lth.se

Influence of tool material and tool wear on tool temperature in hard turning reconstructed via inverse problem solution (стр. 57–69)

In this work the cutting tool temperature distribution that develops during turning of hardened cold-work tool steel is modeled on the basis of experimental data. The data obtained from a series of thermocouples, placed on a PCBN insert, into an anvil, and into a toolholder, were used as the input for the model. An inverse problem was solved, where the heat fluxes were computed. The temperature distribution was modeled for the case of new tools, as well as for the case of its development in the course of a tool wear. The reconstructed temperature distributions were in good agreement with the measured data. The heat flux through rake face was found to be reducing with the decrease of thermal conductivity of the tool material.

Keywords: tool temperature, inverse problem, PCBN.

 

УДК 621.922.34:621.793

М. Н. Шейко*, А. П. Максименко, П. И. Бологов
Институт сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля НАН Украины
*max-kiev@i.ua

Алмазно-гальваническое покрытие с протекцией алмазным микропорошком в правящем инструменте. Сообщение 2. Работоспособность инструмента (стр. 70–77)

Приведен сравнительный анализ результатов стойкостных испытаний правящих роликов с традиционным алмазно-гальваническим покрытием (АГП) и АГП с протекцией. Показано, что протекция АГП алмазным порошком повышает период стойкости правящего инструмента, изготовленного методом гальванопластики, на 90 %, а период до полного разрушения АГП – на 125 %. Теоретически отслежена динамика изменения глубины заделки в связке алмазных зерен, установлена связь этой величины с характеристиками износа связки и алмазных зерен.

Ключевые слова: алмазно-гальваническое покрытие, протекция алмазным микропорошком, правящий инструмент, период стойкости.

 

 УДК 021.771.07.001.5

С. С. Самотугин¹, В. И. Лавриненко^2, *, Е. В. Кудинова¹, Ю. С. Самотугина¹, В. И. Иванов^1
1Приазовский государственный технический университет, г. Мариуполь, Украина
²Институт сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля НАН Украины, г. Киев, Украина
*ceramic@ism.kiev.ua

Основы синтеза модифицированных слоев на инструментальных твердых сплавах (стр. 78–84)

Разработана методология управления структурообразованием при плазменном модифицировании поверхности инструментальных твердых сплавов с целью получения в поверхностном слое ультрадисперсной структуры с высоким уровнем эксплуатационных характеристик. Представлена структурная схема синтеза модифицированных слоев с ультрадисперсной структурой, которая включает комплекс теоретических, экспериментальных и технологических исследований. Проведены стойкостные испытания модифицированного инструмента.

Ключевые слова: плазменное модифицирование, синтез модифицированных слоев, твердые сплавы, стойкостные испытания.

 

УДК 666.3:539.53

Т. А. Прихна^1, *, П. П. Барвицкий¹, С. Н. Дуб¹, В. Б. Муратов², М. В. Карпец^{1, 2}, В. Е. Мощиль¹, С. С. Пономарев³, А. А. Васильев^2
1Институт сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля НАН Украины, г. Киев, Украина
²Институт проблем материаловедения им. И. Н. Францевича НАН Украины, г. Киев, Украина
³ЛЭИ “Proton-21”, г. Вишневое, Украина
*prikhna@mail.ru, prikhna@ukr.net

Структура и свойства горячепрессованных материалов на основе AlB₁₂C₂ (стр. 85–89)

Представлены результаты исследования структуры и механических свойств горячепрессованных материалов на основе AlB₁₂С₂. Показано, что консолидированные материалы с механическими свойствами, сопоставимыми с карбидом бора, можно получить при существенно более низких (на 270–300 °С) температурах спекания. Установлено, что скорость нагрева при прессовании влияет на стехиометрию матричной фазы, имеющей структуру AlB₁₂С₂, а также на количество и стехиометрию примесной фазы, содержащей Al, B, O, что обусловливает разницу в механических свойствах материалов (снижение скорости нагрева приводит к незначительному снижению твердости материала и росту трещиностойкости).

Ключевые слова: карбоборид алюминия AlB₁₂С₂, горячее прессование, структура, механические свойства.