УДК 620.22-621.921.34

Б. Т. Ратов¹, В. А. Мечник^2, *, Е. С. Геворкян^{3, 4}, В. М. Колодніцький^2, **, М. О. Бондаренко², А. Е. Куттибаєв¹, С. К. Муратова⁵, Д. Л. Користишевський^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
³Kazimierz Pulaski University of Technology and Humanities in Radom, Radom, Poland
⁴Український державний університет залізничного транспорту, м. Харків, Україна
⁵Каспійський університет, м. Алмати, Казахстан
*vlad.mechnik2019@gmail.com
**vasylkolod56@gmail.com

Вплив вмісту добавки CrB₂ на структуру, механічні та експлуатаційні властивості композиційних алмазовмісних матеріалів С_алмаз‒(WC‒Co), сформованих методом плазмово-іскрового спікання (стор. 3-20)

Досліджено структуру, механічні (твердість Н, модуль пружності Е, оціночні параметри для визначення опору матеріалу пружній Н/Е та пластичній Н³/Е² деформаціям, межі міцності за згину R_bm та стиску R_cm) властивості, а також здатність твердосплавної матриці утримувати алмазні зерна від їхнього випадіння, композиційних алмазовмісних матеріалів (КАМ) С_алмаз‒ WC‒Co‒CrB₂ від концентрації дибориду хрому (в інтервалі від 0 до 10 % (за масою)), сформованих методом плазмово-іскрового спікання. Встановлено, що введення добавки CrB₂ у концентрації 4 % (за масою) у склад 25С_diamond‒70,5WC‒ 4,5C приводить до збільшення границь міцності на згин R_bm (від 2040±20 до 2375±50 МПа) та стиснення R_cm (від 5100±30 до 5650±70 МПа), оціночних параметрів для визначення опору пружній Н/Е (від 0,043 до 0,051), і пластичній Н³/Е² (від 0,062±0,0040 до 0,080±0,0070 ГПа) деформаціям. Подальше підвищення концентрації CrB₂ (до 10 % (за масою)) у зразку призводить до поступового зменшення границь міцності на вигин R_bm (до 1840±80 МПа) і стиску R_cm (до 5100±100 МПа) за підвищення параметрів Н/Е (до 0,054) та Н³/Е² (до 0,088 ГПа). Запропоновано як критерій для оцінки здатності твердосплавної матриці утримувати алмазні зерна від випадіння використовувати стан рельєфу поверхні зламу зразка КАМ. За такої умови рельєфна поверхня алмазу вказує на сильне зчеплення алмазних зерен із твердосплавною матрицею. Руйнування зразка КАМ по межі розділу алмаз–матриця свідчить про слабке зчеплення алмазних зерен з твердосплавною матрицею, що знижує експлуатаційні характеристики таких КАМ. Показано, що зазначених механічних та експлуатаційних властивостей спечених зразків КАМ можна досягати за рахунок додавання 4 % (за масою) CrB₂ до складу КАМ, що дозволяє зменшити інтенсивність росту зерен WC, і як наслідок, сформувати однорідну дрібнозернисту мікроструктуру твердосплавної матриці.

Ключові слова: композит, карбід вольфраму, кобальт, диборид хрому, концентрація, склад, плазмово-іскрове спікання, структура, властивості.

 

УДК 666.792.34:539.3

П. В. Мазур, О. М. Григорьєв, Л. М. Мелах, І. В. Козак, М. В. Карпець, Д. В. Ведель*
Інститут проблем матеріалознавства І. М. Францевича НАН України, м. Київ, Україна
*vedeldv@gmail.com

Вплив B₃Si на структуру та властивості кераміки B₄C (стор. 21-35)

Методом гарячого пресування отримано щільну композиційну кераміку на основі В₄С з добавкою від 10 до 50 % (за масою) B₃Si. Встановлено, що зі збільшенням кількості силіциду бору зменшується температура гарячого пресування для отримання матеріалу з високою щільністю. Показано, що для кожного зі складів існує оптимальна температура гарячого пресування, яка відповідає максимальному значенню твердості, що пов’язане з формуванням дрібнозернистої структури. Ущільнення відбувається під час реакційного гарячого пресування, яке полягає в розкладанні B₃Si на Si та BSi_n (n = 12–23) та подальшою взаємодією з B₄C з утворенням SiC та B₁₂(Si,B,C)₃. Модифікування карбіду бору кремнієм приводить до стабілізації твердості (~ 24–26 ГПа) в інтервалі навантажень від 2 до 200 Н. Найвищу міцність на згин – ~ 500 МПа, досягають за вмісту 20 % (за масою) B₃Si. Оптимальним складом, який поєднує високі значення твердості та міцності на згин є В₄С–20 % (за масою) B₃Si.

Ключові слова: карбід бору, силіцид бору, гаряче пресування, твердість.

 

УДК 546.26:544.77.051.1

Nan Zhang¹, Pan Ma^{1, 2, 3,} *, Zhilu Yang¹, Yacheng Fang¹, Zhiyu Zhang¹

¹School of Materials Engineering, Shanghai University of Engineering Science, Shanghai, P. R. China
²State Key Laboratory of Advanced Welding and Joining, Harbin Institute of Technology, Harbin, P. R. China
³Institute for Composites Science Innovation (InCSI), School of Materials Science and Engineering, Zhejiang University, Hangzhou, P. R. China
*mapan@sues.edu.cn

Методи та механізм фізичного диспергування графену (стор. 36-44)

Підсумовано фізичні методи покращення диспергування графену, який привертає все більше уваги завдяки своїм чудовим властивостям, зокрема оптичним, електричним і механічним, але важливим фактором, що суттєво впливає на його застосування, є дисперсність, що дає можливість використовувати графен для зміцнення композитів з металевою матрицею. Проведено порівняння переваг і недоліків методів диспергування та передбачено їхнє вдосконалення і застосування в майбутньому.

Ключові слова: графен, фізичне диспергування, кульове подріблення, ультразвукова обробка, перемішування, електростатична взаємодія.

 

УДК 661.657.5:539.25:539.89

Peicheng Mo^{1, 2,} *, Jiarong Chen^{1, 2}, Chao Chen^{1, 2}, Qiaofan Hu^{1, 2}, Leyin Xiao^{1, 2}, Feng Lin^{1, 2}, Xiaoyi Pan^{1, 2
1}Guangxi Key Laboratory of Superhard Material, China Nonferrous Metal (Guilin) Geology and Mining Co., Ltd., Guilin, Guangxi, P. R. China
²National Engineering Research Center for Special Mineral Material, China Nonferrous Metal (Guilin) Geology and Mining Co., Ltd., Guilin, Guangxi, P. R. China
*2393707540@qq.com

Дослідження структури та властивостей композитних інструментальних матеріалів PCBN, одержаних за високих температури і тиску (стор. 45-54)

Досліджено вплив температури спікання (1400–1700 °C) та високого тиску на мікроструктуру, механічні властивості та продуктивність різання інструментального матеріалу – полікристалічного кубічного нітриду бору (PCBN), отриманого з використанням cBN, Si₃N₄, Al₂O₃, AlN та Y₂O₃ як сировини. Показано, що за допомогою високої температури та високого тиску можна отримати інструментальні матеріали PCBN з більш високою щільністю та кращими комплексними властивостями. За температури 1500 °C спостерігали, що α-Si₃N₄ у зв’язувальному матеріалі має тенденцію перетворюватися на β-Si₃N₄, а зерна були добре розвинені. З підвищенням температури спікання щільність, міцність на вигин і твердість зразків постійно зростали. За температури 1700 °C міцність на вигин і твердість досягли 879,6 МПа і 38,8 ГПа відповідно. Водночас продуктивність різання зразків, спечених за температури 1700 °C, також була найкращою. У разі різання ковкого чавуну на відстані довжиною 7 км знос інструменту був найменшим і становив 0,26 мм.

Ключові слова: інструментальний матеріал PCBN; висока температура і високий тиск; механічні властивості; ковкий чавун.

 

УДК 621.623

Ю. Д. Філатов^1, *, В. І. Сідорко¹, С. В. Ковальов¹, А. Ю. Бояринцев², В. А. Ковальов³, О. Я. Юрчишин^3
1Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
²Інститут сцинтиляційних матеріалів НАН України, м. Харків, Україна
³Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського”, м. Київ, Україна
*filatov2045@gmail.com

Взаємодія наночастинок шламу та зносу полірувального порошку під час полірування полімерних оптичних матеріалів (стор. 55-65)

В результаті дослідження закономірностей взаємодії наночастинок шламу та зносу полірувального порошку під час полірування полістиролу, поліметилметакрилату і поліаллілдігліколькарбонату за допомогою дисперсних систем з мікро- і нанопорошків встановлено, що загальна кількість наночастинок шламу, зносу полірувального порошку і притира значно перевищує кількість частинок полірувального порошку, а їхній загальний об’єм значно менше об’єму контактної зони. Показано, що розсіювання наночастинок шламу на наночастинках зносу полірувального порошку відбувається на кути 90°–160°, а ефективний диференціальний переріз розсіювання наночастинок лежить в межах 0,3–4,4 Тб. Максимальне значення кута розсіювання та мінімальне значення ефективного диференціального перерізу розсіювання, які спостерігають під час полірування полістиролу за допомогою дисперсної системи на основі двооксиду церію, свідчать про найбільшу ймовірність утворення нальоту з наночастинок зносу полірувального порошку на оброблюваній поверхні.

Ключові слова: полімерні матеріали, розсіювання наночастинок шламу і зносу.

 

УДК 622.24.051:622.156

А. Л. Майстренко^1, *, М. О. Бондаренко², В. С. Антонюк³, Г. А. Петасюк¹, О. П. Виноградова¹ , О. С. Васильчук¹, А. П. Закора¹, О. І. Закутевський⁴_, Н. О. Олійник^1
1Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
²Черкаський державний технологічний університет, м. Черкаси, Україна.
³Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського”, м. Київ, Україна
⁴Інститут сорбції та проблем ендоекології НАН України, м. Київ, Україна
*almaystrenko46@gmail.com

Інтенсивність зношування функціональних елементів із композиційних алмазовмісних матеріалів під час роботи інструментів в процесі руйнування гірської породи (стор. 66-76)

Досліджено процес зношування функціональних елементів породоруйнівних інструментів з композиційними алмазовмісними матеріалами (КАМ) на металевій зв’язці, спечених резистивним електроспіканням під тиском, під час точіння пісковику Торезського родовища. Запропоновано характеристику “ступінь армування” робочої поверхні функціональних елементів КАМ, яка визначається із відношення загальної площі різальних зерен алмазу до площі робочої поверхні функціонального елемента. Побудовано залежність інтенсивності зношування функціональних елементів КАМ від ступеня армування алмазами їхніх робочих поверхонь. В процесі випробувань було зібрано продукти руйнування гірської породи та фрагменти зносу (шламу) функціональних елементів КАМ, які аналізували за допомогою засобів цифрової обробки зображень, в результаті чого було отримано морфометричні характеристики шламу в залежності від ступеня армування робочих поверхонь елементів КАМ зернами алмазу. З використанням методу колориметрії з загальної маси шламу виділено фрагменти металевої зв’язки КАМ та визначено розподіл їхніх розмірів. Представлено результати морфометричного аналізу продуктів зношування інструмента з алмазовмісного композита та руйнування гірської породи.

Ключові слова: композиційний алмазовмісний матеріал, гірська порода, продукт зношування металевої зв’язки, породоруйнівний елемент, ступінь армування, шлам, інтенсивність зношування.

 

УДК 621.921

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

Опорна крива профілю шорсткої поверхні, отриманої під час алмазно-абразивної обробки, як один з факторів її тримальної здатності (стор. 77-86)

Досліджено показники шорсткості і опорну криву профілю, що лежать в основі теорії контактної взаємодії шорстких поверхонь. Показано, що чим більшим є показник відносної опорної довжини профілю tp (від 20 до 50 % Rmax), тим більшою буде тримальна здатність поверхні та її наповненість оброблюваним матеріалом. Показано, що плазмовий вплив середньої потужності, коли не відбувається оплавлення оброблюваної поверхні, позитивно впливає на неї. Плазмовий вплив з оплавленням погіршує як висотні показники мікронерівностей, так і тримальну здатність поверхні. Доведено, що одночасне застосування в кругах зерен компактів і алмазних зерен дозволяє досягти зниження шорсткості обробленої поверхні і отримати специфічний профіль мікронерівностей поверхні з підвищеною наповненістю, збільшеною тримальною здатністю та з утворенням так званих “мастильних кишень”.

Ключові слова: шорстка поверхня, опорна крива, наповненість профілю, тримальна здатність, алмазно-абразивна обробка, показники шорсткості.

 

УДК 621.9.025:621:941.1:004.942

Xin Li¹, Fei Teng¹, A. С. Mанохін^2, *, Junjie Zhang^1, **, С. А. Клименко², Tao Sun¹, С. Ан. Клименко², Ю. О. Мельнійчук², О. О. Пасічний^2
1Center for Precision Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin, P.R. China
²Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
*the.manokhin@gmail.com
**zhjj505@gmail.com

Експериментальне дослідження та моделювання процесу переривчастого різання сталі AISI 52100 інструментом з PcBN (стор. 87-98)

Наведено результати експериментальних досліджень особливостей переривчастого різання загартованої сталі AISI 52100 інструментом з PcBN та з використанням моделювання методом кінцевих елементів проаналізовано процес обробки інструментом з PcBN з урахуванням полікристалічної структури та складу композита. З метою виявлення впливу складу композита PcBN на сили різання та зношування інструмента проведено експерименти з різцями, оснащеними двома типами матеріалів з різним вмістом cBN. Отримані експериментальні результати демонструють, що під час обробки загартованої сталі AISI 52100 зі швидкістю різання 210 м/хв в умовах переривчастого різання інструмент з PcBN з низьким вмістом cBN має порівнянну ефективність з інструментом з високим вмістом cBN. Отримані результати свідчить про перспективність та високі експлуатаційні можливості інструментів, оснащених композитами PcBN різного складу, відповідно до конкретних умов експлуатації.

Ключові слова: інструмент з PсBN, швидкість різання, переривчасте різання, кінцево-елементне моделювання, склад композитів PсBN.

 

УДК 666.3:539.25:536.21

Д. В. Часник¹, А. В. Довгаль², І. П. Фесенко^3, *, Ю. М. Туз², О. М. Кайдаш³, Т. Б. Сербенюк³, В. І. Часник⁴, В. Б. Свердун^3
1Український НДІ спеціальної техніки та судових експертиз Служби безпеки України, м. Київ, Україна
²Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського”, м. Київ, Україна
³Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
⁴Державне підприємство НДІ ОРІОН, м. Київ, Україна
*igorfesenko@ukr.net

Особливості мікроструктури та теплопровідність вільноспечених великогабаритних деталей з керамічного композита на основі AlN (стор. 99-102)

Представлено результати дослідження мікроструктури одержаного вільним спіканням керамічного композита на основі нітриду алюмінію з різним вмістом добавки оксиду ітрію. Досліджено теплопровідність одержаних матеріалів і визначено оптимальну кількість оксиду ітрію у композиції для спікання великогабаритних деталей, що використовують в електротехнічних пристроях.

Ключові слова: нітрид алюмінію, оксид ітрію, мікроструктура, теплопровідність.