УДК 620.22:621.921

В. І. Кущ
Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м Київ, Україна
vkushch56@gmail.com

Дослідження термодинамічних і пружних властивостей нанорозмірних монокристалів алмазу методом класичної молекулярної динаміки (стор. 3-15)

Викладено результати дослідження термодинамічних і пружних властивостей нанорозмірних монокристалів алмазу методом класичної молекулярної динаміки. Розглянуто ряд структурних моделей, обґрунтовано вибір емпіричного потенціалу міжатомної взаємодії, викладено схеми обчислення когезійної і поверхневої енергії та пружних модулів на макро- і нанорівні. Проведено параметричний аналіз моделей в статичному наближенні, встановлено закономірності впливу розміру і форми нанокристала алмазу на його термодинамічні й пружні властивості та проведено порівняння з наявними літературними даними.

Ключові слова: алмаз, нанокристал, термодинаміка, пружність, молекулярна динаміка.

 

УДК 620.22-621.921.34

Б. Т. Ратов¹, В. А. Мечник^2, *, М. О. Бондаренко², В. М. Колодніцький^2, **
¹НАО “Казахський національний дослідницький технічний університет ім. К. І. Сатпаєва”, м. Алмати, Казахстан
²Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
*vlad.me4nik@ukr.net
**vasylkolod56@gmail.com

Фізико-механічні властивості WC‒Co‒CrB₂-матриць композиційних алмазовмісних матеріалів, спечених вакуумним гарячим пресуванням для бурових інструментів (стор. 16-30)

Досліджено за допомогою наноіндентування залежності фізико-механічних властивостей (твердість Н, модуль пружності Е, стійкість пружній деформації Н/Е і опір пластичній деформації Н³/Е²) зразків матриць з твердого сплаву 94WC‒6Co (в % (за масою)) з різним (від 0 до 10 % (за масою)) вмістом дибориду хрому композиційних алмазовмісних матеріалів, сформованих методом холодного пресування з подальшим вакуумним гарячим пресуванням. Показано, що додавання мікропорошку CrB₂ до складу композита 94WC‒6Co дозволяє сформувати більш дрібнозернисту структуру, параметрами якої можна цілеспрямовано керувати, змінюючи її концентрацію. Водночас композити, що містять у своєму складі добавку CrB₂ мають більш рівномірний розподіл фаз та характеризуються більшою розчинністю компонентів і відсутністю пор на міжфазних границях. Виявлено, що криві навантаження P–h для композитів системи WC–Co–CrB₂ здатні зберігати свою цілісність порівняно з композитами WC–Co. Встановлено, що введення добавки CrB₂ (в інтервалі від 0 до 10 % (за масою)) до складу композита 94WC‒6Co спричиняє зменшення твердості Н з 34,2 до 28,4 ГПа і модуля пружності Е з 800,4 до 510,2 ГПа, але забезпечує більш суттєве збільшення стійкості пружній деформації Н/Е з 0,043 до 0,056 і опору пластичній деформації Н³/Е² з 0,062 до 0,088 МПа. Розроблення композиційних алмазовмісних матеріалів на основі матриці з твердого сплаву WC‒Co‒CrB₂ з підвищеними параметрами Н/Е і Н³/Е² має значення для оптимізації конструкцій бурового інструменту, підвищення його надійності і зносостійкості.

Ключові слова: композит, карбід вольфраму, кобальт, диборид хрому, склад, концентрація, вакуумне гаряче пресування, структура, властивості.

 

УДК 661.657.5

Peicheng Mo^{1, 2, 3,} *, Jiarong Chen^{1, 2, 3}, Chao Chen^{1, 2, 3}, Yanjun Zhang^{1, 2, 3}, Ying Luo^{1, 2, 3}, Wenlong Wang^{1, 2, 3}, Xiaoyi Pan^{1, 2, 3}, Zhe Zhang^{1, 2, 3
1}Guilin Tebon Superhard Material Co., Ltd, Guilin, Guangxi, P.R. China
²Guangxi Key Laboratory of Superhard Material, China Nonferrous Metal (Guilin) Geology And Mining Co., Ltd., Guilin, Guangxi, P.R. China
³National Engineering Research Center for Special Mineral Material, China Nonferrous Metal (Guilin) Geology And Mining Co., Ltd., Guilin, Guangxi, P.R. China
*2393707540@qq.com

Синтез та дослідження характеристик полікристалічного кубічного нітриду бору з використанням сполучної речовини на основі системи WC–B₄C–Al₂O₃ (стор. 31-39)

З використанням WC–B₄C–Al₂O₃ як сполучної речовини було синтезовано композитні матеріали полікристалічного кубічного нітриду бору (PCBN) в умовах високої температури та надвисокого тиску. Для аналізу фазового складу та мікроструктури композитного матеріалу використовували рентгенівську дифракцію та скануючий електронний мікроскоп, водночас визначали його пористість, мікротвердість, міцність на вигин і коефіцієнт стирання. Результати досліджень показують, що у разі надвисокого тиску (6 ГПа) і температури від 1250 до 1550 °C фазові компоненти в PCBN в основному складаються з BN, WB₂, WB і Al₂O₃. Під час низькотемпературного спікання внутрішня структура зразка рихла, з отворами і зазорами, що призводить до поганої щільності, низької міцності на вигин і низької мікротвердості. З підвищенням температури збільшуються щільність, міцність на вигин і мікротвердість PCBN. Коли температура спікання становить 1550 °C, комплексні механічні властивості PCBN є найкращими: мікротвердість дорівнює 38,6 ГПа, міцність на вигин – 789,6 МПа, коефіцієнт стирання – 9371.

Ключові слова: PCBN, WB₂, висока температура і надвисокий тиск, сполучний агент.

 

УДК 669.018.25

М. М. Прокопів
Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ,Україна
mprokopiv70@gmail.com

Утворення включень видовженої форми нової фази W_2,3ТіС_2,6 в структурі твердого сплаву групи W–(Ті,Та,W)–Со після його твердофазного відпалу (стор. 40-48)

Встановлено, що в крупнозернистій структурі твердого сплаву WС–(Ті,Та,W)С–10Со із сумарним вмістом ТіС і ТаС 10 % (за масою) та їхнім співвідношенням 4:1 після спікання за новою технологією і додаткового відпалу за температури 1200 °С впродовж 7 год, крім карбідних зерен ограненої форми WС, глобулярних зерен фази (Ті,Та,W)С і прошарків фази на основі Со, присутні стохастично розподілені включення видовженої форми без закономірного співвідношення довжини до товщини. Основними хімічними елементами даних включень є W, Ті і С зі співвідношенням, що описуються формулою W_2,3ТіС_2,6. Вміст Со і Та в ній на рівні статистичної похибки (0,3 %). Нова хімічна сполука має гексагональну кристалічну комірку фази GaSe (тип Н) з параметрами а = 15,95 нм і с = 3,75 нм. Біля окремих частин поверхонь нової фази виявлено структурні включення різної форми з розмірами в інтервалі 10‒80 мкм, в яких вміст і розміри фази на основі Со відповідно в 1,5‒4,0 і 6 разів перевищують її аналогічні характеристики в основній структурі.

Ключові слова: карбіди, твердий сплав, структура, зерна, нова фаза, включення видовженої форми.

 

УДК 666.792: 621.793

І. В. Андрєєв, О. О. Матвійчук, Н. В. Литошенко*, І. О. Гнатенко, О. В. Євдокимова
Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
*lytnatvol@gmail.com

Мікроструктура і властивості пористих скелетних композитів на основі ультракрупнозернистого карбіду вольфраму з металевим покриттям (стор. 49-61)

Досліджено вплив покриттів товщиною 0,6 мкм з пластичних металів (Сo, Ni, Cu) на руйнуюче навантаження під час стискання частинок карбіду WС розміром 80/40 мкм. Встановлено, що порошок WC(Co) є міцнішим на 30 %, ніж WC, а руйнуюче навантаження частинок WC(Ni), WC(Cu), WC відрізняються статистично несуттєво. Для пористих структур, спечених з WC(Со), зі збільшенням тиску пресування від 30 до 200 МПа міцність на стиск зростає в ~ 1,5 рази і мало залежить від температури спікання. Для дослідження залежності міцності на стиск пористих скелетних структур, отриманих на основі ультракрупнозернистих порошків WC(Со), від параметрів мікроструктури застосовано метод математичного моделювання з використанням запропонованого аналітичного алгоритму. Встановлено, що зменшення пористості від 30 до 20 % підвищує міцність матеріалу в два рази. Порівняння з експериментальними даними свідчить про хороші прогностичні можливості застосованої моделі.

Ключові слова: ультракрупнозернистий карбід WC, пластичне покриття, пористі скелетні структури, міцність на стиск, математичне моделювання.

 

УДК 621.623

Ю. Д. Філатов^1, *, В. І. Сідорко¹, А. Ю. Бояринцев², С. В. Ковальов¹, В. А. Ковальов^1
1Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
²Інститут сцинтиляційних матеріалів НАН України, м. Харків, Україна
*filatov2045@gmail.com

Вплив діелектричних сталих оброблюваного матеріалу, полірувального порошку та дисперсної системи на енергію їх взаємодії під час полірування оптичних поверхонь (стор. 62-72)

В результаті дослідження закономірностей впливу діелектричних сталих матеріалу, полірувального порошку та дисперсної системи на енергію їх взаємодії встановлено, що сталі Ліфшиця і потенціал взаємодії частинки полірувального порошку з оброблюваною поверхнею лінійно спадають за зменшення функції діелектричних проникностей, що зумовлює підвищення продуктивності полірування та погіршення шорсткості полірованих поверхонь. Показано, що на ефективність резонансного перенесення енергії від частинок дисперсної фази полірувальної дисперсної системи до оброблюваної поверхні суттєво впливає розділення між оброблюваним матеріалом, полірувальним порошком і дисперсною системою за їх діелектричними проникностями. Встановлено, що функції діелектричних проникностей, характерні для полірування оптичних поверхонь за допомогою дисперсних систем з мікро- та нонопорошків, змінюються пропорційно розділенню за діелектричними проникностями, яке визначається співвідношеннями їх статичних значень для оброблюваного матеріалу, полірувального порошку та дисперсної системи.

Ключові слова: полірування, діелектрична проникність, продуктивність полірування, шорсткість поверхні.

 

УДК 621.93.026.23

В. І. Лавріненко
Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
*lavrinen52@gmail.com

До аналізу оцінки енергетичних витрат під час алмазно-абразивної обробки кругами з надтвердих матеріалів (стор. 73-81)

Зроблено аналіз оцінки показників енергетичних витрат у процесі алмазно-абразивної обробки кругами з надтвердих матеріалів і визначено узгоджені дані цих показників. Показано, що у разі зведення відомих літературних даних для процесів шліфування до однієї розмірності (кДж/см³) вони майже співпадають. Водночас такі дані щодо питомої енергоємності шліфування істотно перевищують питому теплоємність плавлення оброблюваного матеріалу. Для вирішення наявного протиріччя запропоновано для обробки кругами з надтвердих матеріалів ввести розрахунок питомої енергоємності шліфування із врахуванням об’єму витраченого під час обробки абразивного шару круга і запропонована формула для розрахунку питомої енергоємності. Показано, що розрахунок за цією формулою дозволяє адекватно оцінювати енергоємність і вона відповідає даним за питомою теплоємністю плавлення для таких оброблюваних інструментальних матеріалів, як швидкорізальні сталі та оксидно-карбідні кераміки для процесів алмазної обробки, так і обробки кругами з кубічного нітриду бору.

Ключові слова: алмазно-абразивна обробка, питома енерго­ємність шліфування, питома теплоємність плавлення, абразивний шар круга.

 

УДК 666.762.5:621.914.1

Jinyang Xu*, Linfeng Li, Min Ji, Ming Chen
State Key Laboratory of Mechanical System and Vibration, School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai, P.R. China
*xujinyang@sjtu.edu.cn

Дослідження зношування PCD інструменту при жорсткому фрезеруванні повністю спеченої кераміки 3Y-TZP (стор. 82-93)

Розглянуто поведінку та механізми зношування інструментів з полікристалічного алмазу у разі жорсткого фрезерування кераміки 3Y-TZP. Зразки заготовки було виготовлено за температури повного спікання для повного емалювання підкладки з діоксиду цирконію, а пряму кромку з ПКА було напаяно на корпус інструменту з карбіду вольфраму вздовж напрямку його осі для забезпечення успішного ортогонального фрезерування зразка заготовки. Проведено серію експериментів із жорстким фрезеруванням зразків, змінюючи швидкість шпинделя на п’ятиосьовому обробному центрі з ЧПУ. Морфологію зношування кромок з ПКА досліджено за допомогою скануючого електронного мікроскопа для визначення домінуючих режимів зношування та моделей руйнувань, що регулюють жорстке фрезерування кераміки 3Y-TZP. Досліджено вплив частоти обертання шпинделя на характер зносу ПКА. За отриманими результатами надані технічні рекомендації щодо жорсткого фрезерування повністю спеченої кераміки 3Y-TZP.

Ключові слова: цирконієва кераміка, жорстке фрезерування, полікристалічний алмазний інструмент, знос інструментів.