автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Научные основы разработки и получения слоистых композиционных материалов на поверхности твердых сплавов и оксидной керамики для повышения работоспособности режущего инструмента

На правах рукописи

ФАДЕЕВ ВАЛЕРИЙ СЕРГЕЕВИЧ

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ И ПОЛУЧЕНИЯ СЛОИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ПОВЕРХНОСТИ ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ И ОКСИДНОЙ КЕРАМИКИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА

Специальность 05.02.01 - Материаловедение (промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Якутск-2005

Работа выполнена в Институте материаловедения Хабаровского научного центра Дальневосточного отделения Российской академии наук, в ЗАО «Дальневосточная Технология».

Научный консультант

• Заслуженный деятель науки Российской Федерации, доктор технических наук, профессор Верхотуров Анатолий Демьянович

Официальные оппоненты:

• Заслуженный деятель науки Российской Федерации, доктор технических наук, профессор Гордиенко Павел Сергеевич

• Доктор технических наук, профессор Фальковский Всеволод Александрович

• Доктор технических наук Лебедев Михаил Петрович

Ведущая организация: ОАО « Российские железные дороги»

Защита диссертации состоится 25 апреля 2005 г. в 10 часов на заседании диссертационного Совета Д 003. 039. 01 при Объединенном Институте физико-технических проблем Севера СО РАН по адресу: 677980, г. Якутск, ул. Октябрьская, 1 (тел/факс (4112) 33-66-65, E-mail: t.a.kapitonova@iptpn.ysn.ru)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИФТПС СО РАН. Отзывы на автореферат, подписанные и заверенные гербовой печатью организации, просим направлять в двух экземплярах в адрес диссертационного совета.

Автореферат разослан_2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат технических наук

СП. Яковлева

Общая характеристика работы

Актуальность работы.

Стратегическим направлением развития материаловедения является разработка новых перспективных материалов с высоким уровнем физико-химических и эксплуатационных свойств, создание технологий их получения и производства. Известно, что в машиностроении и других отраслях промышленности производительность труда и качество обработки деталей машин в значительной степени зависит от применяемого режущего материала (РМ). Широкое внедрение в машиностроении малолюдных технологий на базе станков с числовым программным управлением и автоматических линий, гибких производственных систем и гибких производственных модулей, обработка высокопрочных материалов обуславливают повышенные требования к режущему инструменту по прочности, надежности, износостойкости, экономическим показателям операций механообработки.

Выбор материала режущей части инструмента на протяжении веков был приоритетной задачей науки, технологии. Использование на практике материалов для резания происходило последовательно в соответствии с развитием металлургии (в дальнейшем - порошковой металлургии): углеродистые стали -легированные стали - быстрорежущие стали - вольфрамсодержащие твердые сплавы - тугоплавкие соединения (Самсониды) - керамика - слоистые материалы. Создание материалов осуществлялось преимущественно за счет изменения химического и фазового составов, а с середины XX века - за счет создания заданной структуры как в объеме материала или его ограниченных зонах, так и на поверхности материала. Разработанные в начале 70-х годов технологии нанесения износостойких покрытий делают возможным формирование на рабочих поверхностях инструмента износостойких и жаростойких покрытий определенного состава и структуры, что позволяет создавать композицию покрытие-инструментальный материал, сочетающую такие свойства, как прочность, вязкость, твердость, теплостойкость, что значительно повышает работоспособность инструментальных материалов (ИМ). Эти успехи в создании инструментальных материалов были достигнуты без существенной поддержки фундаментальной науки. Однако, дальнейшее повышение уровня свойств режущих инструментов уже невозможно без использования основных достижений материаловедения, физики и химии твердого тела. Данной проблеме посвящены работы А.С.Верещаки, И.А.Третьякова, Ю.Г. Кабалдина, И.А. Подчерняевой, A. Mattews , К. Holmberg, A. Zeyland и др.

В настоящее время коммерческий и исследовательский интерес в области совершенствования ИМ направлен на разработку сверхтвердых композиционных материалов и композиционных керамических покрытий, в том числе на поверхности вольфрамсодержащих твердых сплавов, в которых варьирование структурными эффектами и выбор фазовых составляющих позволяют конструировать покрытие - материал так, чтобы комбинировать свойства, необходимые для условий эксплуатации режущих инструментов. Одним из перспектив-

ных направлений является создание на рабочей поверхности режущего инструмента материала слоистой структуры с градиентным распределением свойств по глубине. Актуальность разработки слоистых материалов с градиентным распределением свойств (СМГРС) инструментального назначения подтверждается тем, что все ведущие фирмы, такие как Krupp Widia GmbH (Германия), Kennametal (США), Metalwork Plansee AG (Австрия), Sandvik Coromant работают над данной проблемой, руководствуясь собственными традициями и исследованиями. Это принципиально новый этап в разработке и создании режущих материалов, являющихся новым материалом композиционного типа, в котором сочетаются высокие физико-химические свойства поверхностного слоя и необходимые свойства основы (высокая прочность, ударная вязкость, трещиностойкость и т.д.). Несмотря на ряд значительных работ в этом направлении, проблема создания СМГРС еще далеко не исчерпана и требует на данном этапе развития материаловедения разработки фундаментальных принципов и положений по исследованию и созданию функциональных материалов, и, прежде всего общей концептуальной основы и методологии получения материалов в рамках отдельного раздела материаловедения - инструментального материаловедения, разработанного автором. Кроме того, отсутствуют критерии выбора материала покрытия, не определен характер распределения физико-химических свойств по глубине слоя, их соотношение с материалом основы и обрабатываемого материала, а также влияние этих характеристик на режущие свойства инструмента. Для решения указанных задач и сопутствующих проблем необходима разработка современной парадигмы создания функциональных материалов. Актуальность данной работы обусловлена кроме также стратегически важной проблемой экономии вольфрама. Именно на фоне борьбы за экономию вольфрама осуществлялся прогресс в последние годы в инструментальной технике во всех передовых странах, связанный как с разработкой безвольфрамовых твердых сплавов и керамики, так и созданием СМГРС на вольфрамосодержащих твердых сплавах.

Работа выполнялась в рамках фундаментальных исследований по госбюджетной тематике «Разработка составов, методов улучшения физико-механических свойств композиционных материалов с керамическими и металлическими матрицами» (№ государственной регистрации 01.9.00 000050) Института машиноведения и металлургии ДВО РАН в 1989-1991 гг., по программе работ по развитию перспективных упрочняющих технологий в ГНПП «Технология» в 1995-2000 гг., в рамках фундаментальных исследований по госбюджетной тематике «Разработка и получение функциональных материалов и покрытий с использованием минерального сырья и исследование их свойств» (№ государственной регистрации 01.2.00 106190) Института материаловедения ХНЦ ДВО РАН в 2003-2005 гг.

Цель работы состоит в решении научно-прикладной проблемы в области материаловедения, направленной на решение важной народнохозяйственной задачи - повышения стойкости режущего инструмента из вольфрамсодержа-щих твердых сплавов и оксидной керамики на основе разработки научных принципов формирования слоистого материала с прогнозируемым составом и

структурой, обеспечивающих необходимый градиент свойств по глубине поверхностного слоя, и создание высокоэффективного режущего инструмента для условий повышенных нагрузочно-скоростных параметров эксплуатации.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

• разработка нового раздела материаловедения - инструментального материаловедения, определение его целей, задач, основных проблем и путей их решения;

• разработка новой парадигмы создания функциональных материалов, в частности, инструментального назначения на основе вольфрамсодержащих твердых сплавов и оксидной керамики;

• разработка критериев выбора материала слоистой композиции покрытия на поверхности вольфрамсодержащего твердого сплава и керамики;

• разработка и исследование комплексной модели поведения слоистых материалов с градиентным распределением свойств по глубине покрытия;

• разработка методов и методик оценки свойств СМГРС (микропластичности, трещиностойкости, модуля Юнга);

• исследование взаимосвязи состав-структура-свойства-технология инструментальных материалов на основе вольфрамсодержащих твердых сплавов и оксидной керамики;

• исследование закономерностей изнашивания и разрушения слоистых материалов в зависимости от состава, структуры и технологии в широком диапазоне изменения условий нагружения;

• разработка и создание композиционного материала из чередующихся фаз тугоплавких соединений и металлов на поверхности твердого сплава и керамики с плавным изменением свойств;

• оптимизация технологических параметров получения слоистых материалов с градиентным распределением свойств.

Научная новизна работы

1. Сформирован новый раздел материаловедения - инструментальное материаловедение, в рамках которого разработана новая парадигма (парадигма Верхотурова - Фадеева) создания функциональных материалов (инструментального назначения), основанная на пятизвенной схеме «условия эксплуатации-состав-структура-технология-свойства».

2. Разработаны научные принципы создания износостойких слоистых материалов из чередующихся фаз тугоплавких металлов и их соединений (Сам-сонидов) на поверхности вольфрамсодержащих твердых сплавов и оксидной керамики, заключающиеся в прогнозируемом изменении модуля упругости (модуля Юнга - Е), теплопроводности (А.), коэффициенталинейного температурного расширения (а) по толщине слоя, обеспечивающих снижение рабочей температуры режущей кромки, увеличение ее твердости и повышение адгезионного взаимодействия покрытия с основой.

3. Впервые предложен критерий стойкости режущих инструментов, связывающий физико-химические свойства Самсонидов (твердость, температуру

плавления, модуль упругости, коэффициент линейного термического расширения, коэффициент теплопроводности) применительно к покрытиям на вольфрамсодержащих твердых сплавах и условиям их работы.

4. Разработан способ стадийного легирования вольфрамсодержащих твердых сплавов, заключающийся в выделении дисперсных фаз на границах зерен твердого сплава и их измельчении с образованием протяженного диффузионного промежуточного слоя между покрытием и основой переменного состава с повышенным пределом текучести и микропластическими свойствами, обеспечивающими плавное изменение свойств от режущей кромки к основе.

5. Разработаны оригинальные методы определения модуля Юнга поверхностно-упрочненных материалов и одно-, многослойных покрытий из тугоплавких соединений на поверхности вольфрамсодержащих твердых сплавов на основе измерения резонансных частот при продольных ультразвуковых колебаниях образца.

6. Впервые предложена физическая модель инструментального материала слоистой структуры, основанная на изменении модуля Юнга, коэффициента линейного температурного расширения и напряженного состояния приповерхностных слоев режущего инструмента. Согласно данной модели, инструментальный материал с заданными физико-химическими и эксплуатационными свойствами должен представлять собой материал с многослойным покрытием (не менее трех функциональных слоев), полученный различными методами и их сочетаниями.

7. Изучен механизм изнашивания твердых сплавов и оксидной керамики с покрытиями из тугоплавких металлов и их соединений, позволяющий сформулировать основные подходы к разработке функциональных материалов инструментального назначения в широком интервале нагрузочно-скоростных режимов.

Решение поставленных в работе задач и полученные результаты по стойкости режущих инструментов с учетом химического взаимодействия материалов режущей кромки и обрабатываемой детали, физико-химических процессов в контактной зоне является научным вкладом в перспективное направление создания и конструирования композиционных покрытий на режущих инструментах для повышенных нагрузочно-скоростных параметров обработки. На защиту выносятся

• методологические основы разработки и получения функциональных материалов инструментального назначения, базирующиеся на установлении взаимосвязи «условия эксплуатации - состав - структура - технология - свойства»;

• критерии выбора тугоплавких соединений (Самсонидов) в качестве покрытий на поверхности вольфрамсодержащих твердых сплавов;

• модель материала с многослойным покрытием инструментального и триботехнического назначения с оптимальным распределением упругих характеристик;

•, новые методики определения микромеханических и прочностных свойств слоистых материалов с градиентным распределением свойств (микропластичность, трещиностойкость, модуль Юнга, а.с. №№ 1785832, 1786423);

• экспериментальные зависимости изнашивания и разрушения слоистых материалов в широком диапазоне нагрузочно-скоростных параметров эксплуатации.

• составы, технологические режимы и способы получения слоистых материалов на вольфрамсодержащих твердых сплавах (а.с. №№ 1527949, 1584415, 1631832, 1730784, 1790251);

• составы, технологические режимы и способы получения слоистых структур на поверхности оксидной керамики (а.с. №№ 1536723, 1584323, 1600358, 1635495, 1812764).

Практическая значимость и реализация работы в промышленности

Полученные в работе экспериментальные и теоретические результаты положены в основу разработанных технологических процессов получения слоистых материалов с градиентным распределением свойств. Разработана новая стадийная технология получения СМГРС на основе композиции 'МС-Со с высокой демпфирующей способностью и повышенной износостойкостью (а.с. №№ 1730784, 1526045, 1584415, 1440083). Разработаны новые керамические инструментальные материалы для процессов обработки резанием с повышенными, по сравнению с существующими аналогами, объемной прочностью и износостойкостью (а.с. №№ 1526133, 1685071, 1727371, 1640946).

Разработаны и экспериментально подтверждены способы повышения работоспособности режущего инструмента из керамики на основе а -А^Оз путем обработки в плазме ионов И, /г, ИГ с последующим осаждением слоя металлов-геттеров (а. с. №№ 1536723, 1584323, 1600358, 1635495, 1812764). Разработана установка для исследования внутренних напряжений в химически пассивных материалах (послойное стравливание).

Полученные научные результаты послужили основой для организации в промышленном районе Дальневосточного региона в г. Комсомольске-на-Амуре предприятия ЗАО «Дальневосточная Технология» по производству функциональных материалов, в том числе инструментальных материалов, которые используются на различных предприятиях России.

Результаты работы внедрены в производство на предприятиях ДВЖД (вагонное депо ВЧД-2, локомотивное хозяйство г. Хабаровск, ВЧД-6, г. Комсомольск- на- Амуре), ЗАО «Термотрон», г. Брянск, Армавирский ЭМЗ, предприятия Ю-ВОСТ РГОТУПС, г. Воронеж, ОПМС-103, Московско-Рязанского отделения Московской ЖД, предприятия Забайкальской ЖД (акты внедрения прилагаются). Данные разработки защищены более 20 авторскими свидетельствами и Патентами РФ.

Личный вклад автора

Обобщенный в диссертации материал является итогом исследований, выполненных лично автором или под руководством и непосредственном участии автора в Институте машиноведения и металлургии ДВО РАН, Институте материаловедения ХНЦ ДВО РАН и ЗАО « Дальневосточная Технология». Вклад автора является преобладающим в постановке научных задач, анализе и обобщении полученных результатов, руководстве исследованиями, руководстве работой аспирантов по выполняемым темам. В работу включены некоторые результаты исследований Паладина Н.М., Конакова А.В., Чигрина Ю.Л., Штано-ва О. В., Емельянова Е.Н., выполненных под руководством и участии автора. Автор искренне признателен коллективам ЗАО «Дальневосточная Технология», Института материаловедения ХНЦ ДВО РАН, всем коллегам за содействие в выполнении настоящей работы, лично профессору А.Д. Верхотурову за поддержку, плодотворный и критический анализ результатов исследований. Апробация работы

Основные экспериментальные и научные положения диссертации доложены и обсуждены за период с 1989 по 2004 годы на научно-технических конференциях и симпозиумах , в том числе: на Втором Всесоюзном симпозиуме по перспективным металлическим материалам ( Москва, 1991), научно-технической конференции «Износостойкость машин» (Брянск, 1991), на Международном симпозиуме (Первые Самсоновские чтения) «Принципы и процессы создания неорганических материалов», (Хабаровск 1998), на Третьей всероссийской конференции «Мезомеханика 2000» (Томск, 2000), на Международном симпозиуме (Вторые Самсоновские чтения) «Принципы и процессы создания неорганических материалов» (Хабаровск, 2002), на 24 ежегодной научно-практической конференции с международным участием и блиц-выставке «Композиционные материалы в промышленности», (Ялта, 2004), на Третьей международной конференции «Материалы и покрытия в экстремальных условиях: исследования, применение, экологически чистые технологии производства и утилизации», (Кацивели, Крым, Украина, 2004), на Втором Евразийском симпозиуме по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата, EURASTRENCOLD-2004, (Якутск, 2004).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 42 научные работы в изданиях, рекомендованных ВАКом, в том числе 1 монография, 20 авторских свидетельств и Патентов РФ

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, 7 глав, основных выводов, таблиц, приложения, библиографического списка, включающего 355 наименований.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель и задачи исследования, положения, выносимые на защиту, научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе выполнен обзор и критический анализ литературных

данных по современному уровню теоретических и практических разработок в области создания СМГРС инструментального назначения.

Приводится классификация инструментальных материалов с оценкой достоинств и недостатков каждой группы материалов, а также современные теории разрушения и прочности инструментальных материалов.

В результате анализа эксплуатационных свойств различных типов инструментальных материалов, областей их применения для обработки резанием можно сделать вывод, что служебное назначение стандартных твердых сплавов групп ВК (WC-Co), TK (TiC-WC-Co), TTK (TaC-TiC-WC-Co) и безвольфрамовых твердых сплавов (TiC-Ni, Mo, TiCN-Ni-Mo) определяется сочетанием физико-механических и теплофизических свойств этих материалов (прочности, вязкости, трещиностойкости, с одной стороны, и твердости, теплостойкости, износостойкости — с другой). Основными причинами нестабильности и преждевременной потери работоспособности твердосплавного инструмента различных марок (ВК6, ВК6М, ВК8, Т5К10, Т15К6, ТТ10К8), в том числе с износостойкими покрытиями TiC, TiN, TiCN, AI2O3 и их комбинаций, на автоматических линиях и станках с ЧПУ в условиях нестационарного резания (переменные скорость резания -V, м/мин; подача - S, мм/об.; глубина резания -1, мм) конструкционных сталей и сплавов являются смешанные виды разрушения (сколы, выкрашивания), достигающие на отдельных операциях 60- 80%, и пластическая деформация режущих кромок (до 30 %).

Наиболее слабыми звеньями в структуре твердосплавного материала являются крупные зерна и межзеренные границы, поэтому вопрос упрочнения слабых звеньев является актуальным. В реальных условиях, чтобы повысить сопротивление деформированию, следовательно, прочность и жаропрочность твердых сплавов, необходимо создать на пути движения дислокаций барьеры, что может достигаться различными методами, например, созданием на рабочих поверхностях инструмента различными методами тонких слоев, имеющих более высокую твердость, износостойкость, жаростойкость и т.д., а также упрочнением самого материала инструмента, причем упрочнению могут подвергаться как ограниченные зоны, так и весь объем инструмента. Анализ работ по созданию твердосплавных композиционных материалов с покрытиями применительно к процессам обработки резанием, проведенный автором, показал, что на современном этапе работы направлены на разработку и совершенствование конструкций покрытий, приведших к созданию многослойных покрытий на основе нитридов, карбидов, боридов и других соединений тугоплавких металлов, в том числе с подслоями из чистых металлов. Такое покрытие состоит из нескольких промежуточных слоев, каждый из которых имеет собственное функциональное назначение. Однако модель формирования износостойких покрытий на твердосплавном режущем инструменте в настоящее время отсутствует. Схема покрытия, предложенная в работе А.С. Верещаки, не учитывает ма-териаловедческий аспект проблемы, то есть влияние физико-механических характеристик компонентов, их химическое взаимодействие на режущие свойства инструмента. Кроме того, не раскрыта физическая суть барьерных и переходных слоев.

Разработанные технологические методы получения и принципы упрочнения поверхностей и объемов твердосплавного материала не всегда могут обеспечить гарантированную работоспособность инструмента. Особенно эта проблема актуальна применительно к тяжелым условиям лезвийной обработки конструкционных материалов, для операций нестационарного резания в широком диапазоне изменения термомеханических нагрузок (фрезерование, точение на низких скоростях и больших подачах и глубинах и т.п.).

Режущая керамика на основе а-А^Оз, появившаяся на рубеже 40-50-х г.г., по сравнению с твердыми сплавами, инструментальными и быстрорежущими сталями имеет повышенную теплостойкость и химическую стабильность, что позволяет использовать ее для высокоскоростного резания. Дешевизна и доступность исходного сырья дают основание считать режущую керамику одним из перспективных инструментальных материалов, удельный вес которых в металлообработке постоянно возрастает. Но вместе с тем, как отмечается в многочисленных работах российских и зарубежных авторов, применение оксидной керамики ограничено ее недостатками, главным из которых является низкая прочность и трещиностойкость. Основной причиной выхода из строя инструмента, оснащенного керамикой оксидного (ВО13, ВО18) и оксидно-карбидного (ВОК60, ВОК71) типа, в широком диапазоне скоростей резания, остается хрупкий скол (по классификации Хаета Г. Л.) В связи с этим усилия отечественных и зарубежных ученых в области инструментального материаловедения направлены на поиск решений по повышению прочности и вязкости керамики, что может достигаться различными методами, в том числе созданием на поверхности керамики слоистой структуры с градиентом свойств по глубине.

Анализ механизмов разрушения и изнашивания режущих инструментов, механизмов и методов упрочнения твердых сплавов и оксидной керамики во взаимосвязи с параметрами структуры и состава твердых сплавов и керамики показал, что для процессов обработки металлов резанием необходим инструментальный материал с плавным изменением физико-механических свойств от поверхности к объемам, с высокими триботехническими свойствами поверхностей. Возможность создания новых ИМ за счёт изменения их фазового и химического состава в основном исчерпана. Дальнейшим перспективным направлением в разработке новых ИМ является создание требуемой структуры материала (например, образование на поверхности инструмента композиционного материала слоистой структуры). Для этого необходимо формирование и разработка основ инструментального материаловедения, как одного из разделов материаловедения, имеющего свои специфические цели и задачи, концептуальные схемы, методологические основы исследования и получения режущих материалов.

Во второй главе изложены методики, использованные для получения и исследования свойств, структуры, процессов изнашивания и разрушения режущих инструментов, в том числе СМГРС на поверхности твердых сплавов марок ВК и ТК и оксидной керамики. Покрытия получали методами термодиффузионного насыщения (ДТ), осаждения из парогазовой фазы (ГТ), ионно-

плазменного напыления (КИБ), а также методами порошковой металлургии путем промежуточной обработки твердосплавного инструмента в плазме ионов титана между стадиями предварительного и окончательно жидкофазного спекания.

Исследования микроструктуры, идентификацию фазового, химического состава образцов проводили методами оптической микроскопии (МИМ-9), рентгеновской дифрактометрии (ДРОН-ЗМ), применяли микрорентгеноспек-тральный анализ с использованием приставки "Link" к микроскопу JSM-35SF. Поверхности трения, изнашивания и изломов, анализ структуры керамических материалов проводили с использованием средств растровой и просвечивающей микроскопии (микроскопы ЭМА-100, ЭМВ-ЮОВ, JSM -35С, JSM-ЗИ ).

Микромеханические свойства образцов вязкость разрушения мик-

ротвердость (Нц,), микропластично сН^и з у ч а л и методом индентирования и царапанья на микротвердомере ПМТ-3. Качественные оценки процесса разрушения твердых сплавов системы основа-покрытие осуществляли методами линейной механики разрушения. В качестве критерия разрушения принят силовой критерий К i> К и, где К i - коэффициент интенсивности напряжений, К ic— вязкость разрушения. Качественная оценка сцепляемости проводилась по критерию сцепляемости, определяемого по максимальной зоне повреждения вокруг отпечатка, полученного при внедрении алмазного конуса в твердый сплав с покрытием.

Свойства сплавов с покрытиями изучали измерением температурной и амплитудной зависимостей внутреннего трения акустическим методом в интервале температур 300-1000К на модернизированной установке ИМАШ-АЛА-ТОО-75. Реакционную способность покрытий и подложек исследовали методом экзоэлектронной эмиссии при фотостимулировании поверхностного слоя без деформации.

Для исследований внутренних напряжений в образцах режущей керамики была разработана установка, позволяющая производить послойное стравливание материала в агрессивных средах. Упругие характеристики (модуль Юнга) поверхностно-упрочненных материалов и моно- и многослойных покрытий из тугоплавких соединений изучали на установке «МУЗА» путем измерения резонансных частот при продольных ультразвуковых колебаниях образца. На рис. 1 показана схема определения модуля Юнга: 1 - поверхностно-упрочненных материалов (легированные, поверхностно-пластически деформированные т.п) -(левая колонка схемы).; 2 - материалов с нанесенными моно- и многослойными композиционными покрытиями - (правая колонка схемы).

Расчет напряженного состояния слоистых градиентных материалов проводили методом конечных элементов с использованием программы «Прочность». Исследование напряжённого состояния проводится по трём направлениям:

1. решение упругой задачи без учёта температурных факторов

2. решение задачи термоупругости без учёта силовых факторов.

3. решение задачи с учётом силовых и температурных факторов.

Рис. 1. Схема определения модуля Юнга в поверхностно-упрочненном материале и в покрытии.

Рассматривались материалы с переходной зоной и без переходной зоны. Эксплуатационные характеристики (период стойкости - Т, мин) оценивали в зависимости от скорости резания (V) при допустимом значении величины износа по задней грани (г|з )=0,7 мм, а также по величине износа по задней грани в зависимости от скорости резания при заданном числе циклов нагружения зуба фрезы, а в производственных условиях также и по числу обработанных деталей. Результаты экспериментальных исследований обрабатывали методами математической статистики.

В третьей главе изложены основные принципы создания слоистых материалов с градиентным распределением свойств на поверхности режущих инструментов, в том числе из вольфрамсодержащих твердых сплавов. Обосновывается новая концептуальная схема создания таких материалов, в пределах которой предлагается методология получения функциональных материалов, разработаны критерии выбора материала покрытия из тугоплавких соединений на поверхности вольфрамсодержащих твердых сплавов и оксидной керамики, предложена модель строения инструментального материала, основанная на создании слоистой структуры с градиентным изменением свойств по толщине покрытия.

Согласно новой пя-тизвенной концептуальной схеме (рис.2) получения функциональных материалов (парадигма Верхотурова - Фадеева) инструментальный материал должен разрабатываться с учетом конкретных условий эксплуатации (внешняя среда, энергетические воздействия, температура и т.д.). Пятизвенная схема получения материалов в отличие от парадигмы Самсонова включает новый раздел

Рис. 2 .Общая пятизвенная схема получения материалов «условия работы и па-

(парациша Верхотурова - Фадеева). 1 -5 - составляющие раметры эксплуатации» звенья парадиВйм?9(Рю )-связи составляющих звеньев. материала и может осуществляться с использованием экспериментального подхода (в основном для улучшения свойств известных материалов) и теоретического (для создания принципиально новых материалов). Важным элементом этого раздела является наличие банка данных по параметрам эксплуатации того или иного материала, либо литературных данных по этому вопросу. Новая парадигма Верхотурова - Фадеева предлагает модель постановки проблем создания РМ и пути их решения, связанные с определением основных функций - Рд (Ию ), где: Р| -«свойства - условия работы и параметры эксплуатации»; Р2 - «технология получения - свойства»; Р3 - «технология получения - структура»; Р4 - • «состав -структура»; - «структура - свойства»; Р$- «технология получения - состав»; Р7- «условия работы и параметры эксплуатации - состав»; Р8- «условия работы и параметры эксплуатации - технология получения»; «состав - свойства». Однако в любом случае получение реальных свойств возможно только через «технологию» «технология получения - реальные свойства».

Кроме того, необходимо учитывать физико-химические свойства обрабатываемого материала, экономическую эффективность выбора материала режущих инструментов. В настоящее время отсутствуют полные экспериментальные данные по каждой функции, что затрудняет моделирование процесса получения материала. Решение этой задачи представляет собой огромную трудность и должно осуществляться последовательным изучением каждой из указанных функций либо экспериментальным путем, либо с использованием методов интерполяции, экстраполяции, подобия и других. Применительно к получению слоистых материалов с градиентным распределением свойств для РИ особое значение имеют функции («свойства-технология получения») и

(«свойства-структура»), при этом функции Р4 могут быть определены из

литературных, либо экспериментальных данных.

При создании нового или выборе требуемого функционального материала среди известных отмечаются два основных направления: 1) директивное (например, в соответствии с приоритетными направлениями развития науки, технологий и техники РФ); стратегическое (материалы на перспективу), оба из которых являются следствием потребностей человеческой практики. Стратегическое направление основано на законе непрерывного улучшения свойств как известных материалов, так и получения новых материалов. На примере улучшения свойств металлорежущего инструмента можно проследить появление принципиально новых материалов за счет изменения состава материала (от сталей к твердым сплавам), далее за счет изменения структуры - слоистые материалы и далее слоистые материалы с градиентным распределением свойств по глубине, методологическая схема получения которых представлена на рис. 3. В данной работе предлагается использовать преимущественно стратегический подход к созданию инструментальных материалов по предлагаемой схеме. Повышение работоспособности режущих инструментов из вольфрамсодержа-щих твердых сплавов и керамики может быть достигнуто путем нанесения на их поверхность покрытий из новых безвольфрамовых твердых сплавов, обеспе-

Рис. 3. Методологическая схема получения слоистых материалов с градиентным распределением свойств

чивающих получение слоистых материалов более высокой твердости, температуры плавления и коррозионной стойкости. Этим объясняется то обстоятельство, что в настоящее время около 80% режущих твердосплавных пластин вы-

пускается фирмами промышленно развитых стран с покрытиями преимущественно из НС, ТЮ^ (Т1,Л1)К, а также (реже) из тугоплавких боридов. Причем такие покрытия должны быть с градиентным распределением свойств по глубине для обеспечения упруго-пластических свойств, позволяющих противостоять ударным нагрузкам, что особенно важно для режущих инструментов. Однако критериев выбора материала покрытия (состава и структуры) на поверхности вольфрамсодержащих твердых сплавов и керамики, учитывающих взаимосвязь физико-механических свойств тугоплавких компонентов покрытия и материала основы, не существует.

Предлагаемый нами критерий стойкости режущих инструментов связывает физико-химические свойства Самсонидов (твердость, температуру плавления, а также модуль упругости, коэффициент термического расширения) применительно к покрытиям и условиям их работы. При определении критерия стойкости РИ использовались корреляции «свойство-свойство», начиная с корреляции наиболее применяемых свойств РИ - твердости и температуры плавления: К^КнКт, где Кн, Кг - коэффициенты, показывающие изменение твердости и температуры плавления соединений относительно аналогичных значений МС (табл. 1), которые затем усложнялись введением дополнительных физических свойств, влияющих на работоспособность РИ: критерия Палатника, применявшегося ранее для расчета стойкости электродных материалов, работающих также как и РИ при высоких температурах и давлениях; критерия Альбин-ски; критерия термостойкости. За базовый материал взят карбид вольфрама -основа твердых сплавов. Коэффициенты для различных тугоплавких соединений, которые могут быть использованы в качестве материала покрытий, определялись относительно свойств \¥С. Как следует из табл.1, наибольшие значения К] среди рассмотренных Самсонидов имеют карбиды металлов IV группы -77С, ZrC, Н/С, далее по уменьшению значений А"; располагаются бориды металлов IV группы - Т1В2, ЯгВ?, Н/В2, из нитридов представляют интерес при использовании в качестве материала покрытий только ЛИ и ТаИ.

Таблица 1

Критерий стойкости К/ (К^КтКц) для карбидов, боридов, нитридов

Карбиды К, Бориды к, Нитриды К,

Т1С 2,16 та2 1,96 ™ 1,26

2гС 2,18 ХхЪг 1,50 ггы 1,04

НАС 2,31 НШ2 2,0 НАЧ 1,0

УС 1,37 УВ2 1,40 УИ 0,56

ыъс 1,64 ЫЬВ2 1,64 ш 0,74

ТаС 1,43 ТаВ2 1,59 ТаМ 1,57

Сг3С2 0,71 СгВ2 0,96 СгЫ -

Мо2С 0,77 МоВ2 1,08 МоЫ -

1,0 ЩВ5 1,32 -

На изнашивание РИ оказывают влияние и другие свойства Самсонидов (Е, а, Ли т.д.). Попытки учета коэффициентов К2=К] Ке и К)=К2 Яд, где Ке и Кх-

коэффициенты, показывающие изменение модуля упругости и теплопроводности соединений относительно аналогичных значений 'МС, показали (табл.2), что они находятся в сложной зависимости от стойкости инструмента и не могут использоваться для ее определения, хотя значения К2 для карбидов отражают общую тенденцию его уменьшения от карбидов металлов IV группы к карбидам металлов VI группы.

Таблица 2

Коэффициенты К2 (К2=К/К0 и К3 (К3=К2К;)) для карбидов, боридов, нитридов

Карбиды к2 К3 Бориды К2 К3 Нитриды к2 К3

НС 1,40 0,32 •пв2 1,49 3,28 НИ 0,45 0,19

ггС 1,09 0,43 ггВ2 0,74 1,47 ггы - -

НАС 1,18 0,25 НШ2 - - НАЧ - -

УС 0,84 0,28 УВ2 0,532 1,33 \чч - -

№>С 0,80 0,31 шз2 1,50 1,26 ыьы - -

ТаС 0,59 0,44 ТаВ2 0,64 0,35 ТаЫ 0,52 0,24

Сг3С2 0,75 0,49 СгВ2 0,29 0,29 СгЫ - -

Мо2С 0,60 0,65 МоВ2 1,04 1,78 МоЫ - -

1,0 1,0 \У2В5 1,47 2,63 "Ш - -

Затем были предложены последовательно критерии В, В¡, В2 (табл.3), значения которых прямо пропорциональны Е, либо аЕ Указанные критерии показывают уменьшение значений стойкости от карбидов (боридов) металлов IV группы к соединениям металлов V и VI групп, что соответствует выводам теории конфигурационной локализации валентных электронов

Таблица 3

Критерии стойкости карбидов, боридов, нитридов переходных металлов ГУ-УГ групп

Карбиды Бориды Нит Риды

Фаза Критерии Фаза Критерии Фаза Критерии

ИТ в = -*— Еа х10'7 Н Та 8, — Е с Ю-3 НТ 1 Е НТ Еа хЮ7 Н„Та 1 Т~ СЮ"3 НТ 2 Е Еа хЮ7 И Та хЮ'5 я Н'Т

Т1С 2,82 1,78 224,4 ТШ2 3,79 0,801 174,1 га 2,257 2,257 236,2

1гС 4,18 2,06 293,3 ггв2 3,49 1,21 205,9 ггы - - -

НЮ 5,04 1,86 306,6 нш2 - - НА*) - - -

УС 2,11 1,11 152,7 УВ2 3,24 1,87 246,2 то - - -

3,15 1,64 227,2 ыьв7 1,50 0,96 120,0 №>К 0,7 0,719 71,1

ГаС 3,32 1,67 235,5 ТаВ2 3,53 2,38 289,8 ГаЫ - - -

Сг3С2 0,767 1,05 89,8 СгВ2 2,05 2,26 214,9 CгN - - -

М07С 0,876 0,533 68,3 МоВ2 0,878 0,649 75,5 МоЫ - - -

1,75 0,258 67,3 \У2В, 0,907 0,703 79,9 - - -

Наибольший интерес представляет критерий В2, устанавливающий прямую

связь между стойкостью материала покрытия и его твердостью, температурой плавления и обратную зависимость от модуля упругости и аналогичный известному в трибологии «индексу пластичности» Н/Е, равному отношению твердости Н к модулю упругости Е, который является индикатором способности поверхности поглощать импульсные нагрузки и широко используется в настоящее время. Рассчитанный «индекс пластичности» для тугоплавких соединений показывает на одинаковый характер его изменения с базовым критерием

Предложена модель инструментального материала, основанная на создании слоистой структуры с градиентным изменением фазового состава по тол-шине покрытия. Слоистый материал состоит из трех основных слоев (рис.4), его состав и структура определяется в соответствии со следующими положениями:

1. Твердость и температура плавления всех трех слоев должна быть больше твердости и температуры плавления 'МС (основы).

2. Теплопроводность материала должна плавно повышаться от режущей кромки слоя «1» к инструментальному материалу. Теоретически распределение теплопроводности должно способствовать уменьшению температуры резанья до (температуры окружающей среды).

3. В случае тяжелых условий работы (высокой температуры резания) создается слой материала с высокой теплопроводностью.

4. Модуль упругости Е должен плавно увеличиваться, а коэффициент линейного термического расширения а должен плавно уменьшаться до значения таковых ИМ.

5. Для возможности плавного изменения указанных физико-механических свойств слой «2» может состоять из нескольких последовательных слоев, обеспечивающих такое изменение свойств.

6. В случае покрытия вольфрамсо-держащих твердых сплавов в качестве материала слоев «1-3» используются Самсониды в соответствии с разработанными критериями. При этом первый слой должен иметь кристаллохимиче-ское сродство с инструментальным материалом.

Предложенная модель, обеспечивающая плавное изменение свойств приводит к снижению усталостного и хрупкого разрушения режущего инструмента и может быть реализована с использова-

Рис.4. Модель слоистого материала с градиентным распределением свойств Ь1 - 1-й слой, непосредственно соприкасающийся с ОМ. РК - режущая кромка; Ь2 - 2-й слой - промежуточный; Ь3 - 3-й слой - высокой теплопроводности, непосредственно соприкасающийся с ИМ;

нием, например, технологии легирования.

Повышение теплопроводности от режущей кромки к ИМ обеспечивает отток тепла вглубь ИМ и приводит к снижению температуры в зоне резания, а, следовательно, и к меньшему снижению твердости материала в зоне резания, меньшим значениям термических напряжений, а в целом - повышению работоспособности РИ. Этому же способствует увеличение вглубь режущего инструмента модуля упругости, являющегося удобным модельным параметром для расчета изменения свойств по глубине слоистого материала. Это тем более важно, что критерий стойкости, предложенный нами, определяется модулем упругости. При этом покрытия должны комбинировать достаточную степень «упругости» (т.е. низкие Е) с достаточно высокой твердостью Н с тем, чтобы максимизировать отношение Н/Е для исключения пластической деформации, и, соответственно, снижения износа. При формировании поверхностных слоев на оксидной керамике не требуется повышение ее твердости, а необходимо повышение модуля упругости до уровня значений 7Ж и ТЮ.

В четвертой главе проведен расчет напряжённого состояния и прочности СМГРС. Упругие характеристики являются основными характеристиками сил связи в решетке материала, определяющими его износостойкость, управляя которыми можно получить работоспособный СМГРС инструментального и триботехнического назначения.

Для оценки прочности материалов использован критерий наибольших касательных напряжений. Для композиционных материалов, к которым относятся твердые сплавы, применен критерий прочности Писаренко-Лебедева. Расчет напряженного состояния проводился по схеме, представленной на рис.5. Задача решалась в плоской постановке. Размер исследуемой области: (2А, В «10-20 мм). Материал области считается гомогенным вдоль оси Y и гетерогенным вдоль оси X. В связи с тем, что СМГРС инструментального (триботехни-ческого) назначения работают в условиях трения и сжатия, то определяющими в зоне контакта приняты сосредоточенные сжимающие Р и сдвиговые Q нагрузки. Так как рассматриваемые материалы имеют низкую прочность на растяжение и разрушаются они по причине возникновения растягивающих напряжений, то при расчётах величины сжимающей и сдвиговой нагрузок были приняты равными 30, 50 и 70 % от предела прочности материала основы на растяжение и сдвиг (кручение), соответственно. Температура нагрева принималась 100, 200,400°С.

Приняты смешанные граничные условия:

где нормальные и касательные напряжения соответственно; их, иу - перемещения вдоль оси ох и оу, соответственно.

Для выбранной схемы нагружения определяющим параметром напряжен-

-А ^ Р(у) ОД А

•■о т*с е у

Рис. 5. Расчетная схема.

ного состояния является компонента тензора напряжений

Если при нанесении покрытия происходят диффузионные процессы между основой и покрытием, то образуется так называемая переходная зона в композиции (рис. 6). В этой зоне модуль Юнга может изменяться по различным законам. Рассмотрены следующие распределения модуля Юнга: кривая 1 - линейный закон изменения Еперех з; кривая 2 - значение Епсрех 3 больше Е материала основы); кривая 5 - значение Еперехз меньше Е материала верхнего слоя покрытия); кривая 3 и 4 - средние значения ЕпереХз между кривой 1 и кривыми 2 и 5, соответственно. Толщина переходной зоны принята равной 5 мкм, а верхнего слоя 3 мкм. Коэффициент линейного температурного расширения а (КЛТР) в переходной зоне обратно пропорционален Е. Коэффициент Пуассона изменяется непрерывно по линейному закону.

кривая 1

---кривая 2

......кривая 3

---кривая 4

- - - - " кривая 5 ВК6+Т|К

глубина, мкм

Рис 6 Распределение модуля Юнга от поверхности к основе в материале с переходной зоной (кривые 1-5) и в материале без переходной зоны ВК6 + ТгМ Основа - ВК6, верхний слой покрытия - ТгМ

На рис. 7,8 (жирная линия) показано распределение относительных растягивающих напряжений ау/о (ОРН) и термонапряжений в композиции BK6+TiN.

Расчёт напряженного состояния без учёта температурных факторов показал (рис. 7), что распределение ОРН Дсту/ст в переходной зоне аналогично распределению Е. При этом, чем ниже значение Е в переходной зоне, тем больше значение ОРН в верхнем слое 1Ш и в поверхностном слое основы, и наоборот.

При равномерном нагреве материала (например, Т=200°С) распределение термонапряжений для всех кривых Е аналогичны: имеются максимальные сжимающие термонапряжения в области контакта верхнего слоя с переходной зоной и максимальные растягивающие напряжения в области контакта основы с переходной зоной (рис. 8), что может говорить о небольшом влиянии КЛТР на распределении напряжений.

На границе раздела наблюдается скачок напряжений, что может негативно сказаться на работоспособности материала основы при высоких условиях на-гружения.

■кривая 1 — — — кривая 2

кривая 3---кривая 4

кривая 5 ВКб+ПЫ

-кривая 1 кривая 3 кривая 5

— — кривая 2

— — кривая 4

ВКб+т

Р §

и Я

я и

О- ^

Л]

Ч. Л

чх/./ /:

5

£

3 3 *: и

* ч о.

Б е а -5 а

-7 -9

/ /1 к

10 1

глубина, мкм

расстояние от поверхности, мкм

Рис 7. Распределение относительных Рис 8. Распределение термонапряжений растягивающих напряжений в материале в материале с переходной зоной с переходной зоной при Т=200оС

Изменение толщины верхнего слоя покрытия и переходной зоны на величину максимальных нагружений практически никак не сказывается (рис.9, 10)

Исследование прочности показало (рис. 11), что подобные слоистые композиции не имеют достаточной прочности. Это связано с тем, что у материалов покрытий (тугоплавкие соединения) прочность на растяжение в несколько раз меньше прочности на растяжение твёрдых сплавов ([о0СН] ~ 3- 21 [стпокр]. Поэтому уже при достижении ими нагрузки 30 % от [стосн] или температуры 100°С покрытие будет разрушаться первым. А затем, в зависимости от адгезионной прочности соединения покрытия с основой разрушение может перейти либо в основу, либо реализоваться по границе раздела.

Рис 11. Сравнительная диаграмма рабочих напряжений стх и допустимых на растяжение

напряжений [а,р] материалов с покрытием ВК6 + Т1М (8 мкм) без переходной зоны и с переходной зоной

Наиболее высокую несущую способность имеют те материалы, в которых присутствует переходная зона. Причем из всех пяти комбинаций материал с переходной зоной 2 (с max E) сохраняет свою несущую способность при всех используемых силовых и температурных факторах. Но при этом необходимо учесть, что, как правило, материалы с высоким Е имеют низкую прочность на растяжение. Также установлено, что на величине рабочих напряжений в основе изменение модуля Юнга и КЛТР практически не сказывается.

Получена модель слоистого материала с градиентным распределением упругих свойств оптимальной конструкции (рис. 12, 13).

Для достижения оптимального распределения напряжений от поверхности в глубь объема материала для обеспечения высокой прочности материала в целом было установлено, что промежуточные слои 3-5 должны иметь достаточно низкий модуль Юнга (Е4) и высокий коэффициент термического расширения Приповерхностный слой 2 имеет При этом слой 6 имеет Еосн. КЛТР слоев 2 и 6 примерно равны и больше КЛТР основы и слоя 4. Или в математическом виде:

Расчет напряженного состояния (при 212 = = =4мкм, = 2tз = Ц = 3 мкм, где t - толщина слоя) показал, что благодаря таким законам распределения модуля Юнга и КЛТР в промежуточных слоях возникают достаточно низкие напряжения, которые при повышенных температурах имеют отрицательные значения (рис. 14). Промежуточные слои играют роль демпфера, что соответствует вышеперечисленным требованиям. При этом необходимо отметить, что слой 2 должен иметь высокую прочность, а этого можно достичь применением многокомпонентных материалов, что и учитывалось при разработке физической модели «идеального» материала с градиентным распределением свойств по глубине.

Рис. 14. Распределение рабочих растягивающих напряжений в СМГРС оптимальной конструкции

Материал слоя 6 содержит карбид вольфрама \¥С. Можно, например, применить С%^2г)С (35 % У/С и 65 % ZтC), который обеспечивает необходимые значения Ее и аВ качестве материала слоя 1 желательно использовать который хорошо зарекомендовал себя как материал с вы-

сокой износостойкостью и стойкостью к окислению. В качестве материала слоя 2 желательно использовать также многоэлементные материалы нитридных систем, например, TaN-AIN, CrN-TiN, HfN-TiN и т.п. Промежуточные слои 3-5 являются плавным переходом от карбидных систем к нитридным системам. В роли материала подложки рекомендуются твердые сплавы типа ВК, например, ВК6 со средне- и мелкозернистой а-фазой (1.6-2.4 мкм; 1.0-1.6 мкм, соответственно). Таким образом, в целом, физическая модель СМГРС оптимальной конструкции может иметь, например, следующий вид:

BK6+/(W,Zr)C-(W,Ti)C-/TiC/-TiCN/-TiN-/(Cr,Ti)N-/Al2Oз Слоистые материалы с градиентным распределением свойств по глубине могут быть получены, например, методами ДТ, ГТ, КИБ, дисперсным упрочнением и их сочетаниями.

В пятой главе представлены результаты исследования особенностей микроструктуры и свойств слоистых композиционных материалов на основе твердых сплавов марок ВК и ТК с градиентным распределением свойств по глубине, полученные методами термодиффузионного насыщения (ДТ), осаждения из парогазовой фазы (ГТ), ионно-плазменным методом (КИБ) и дисперсно-упрочненных твердых сплавов, полученных по стадийной технологии, и результаты исследования микромеханизмов изнашивания и разрушения твердосплавного инструмента, в том числе с одно-и многослойными покрытиями, полученными различными методами, в зависимости от условий резания.

Результаты металлографических исследований, анализ структуры и фазового состава изломов и шлифов твердых сплавов с износостойкими покрытиями ТК, ТЮ, ТЮ,^ формируемыми методами КИБ, ГТ, ДТ на различных подложках, показали, что независимо от фазового состава сплава основы размер зерен в покрытиях, полученных методом КИБ меньше, чем в покрытиях, осажденных по высокотемпературным технологиям ДТ и ГТ. Выявлено наличие переходной зоны - между покрытиями и основой, являющейся концентратором напряжений и вызывающей охрупчивание режущих кромок инструмента; причем минимальная переходная зона формируется на сплавах с покрытием ТК, полученным низкотемпературным КИБ-процессом, а максимальная на ТЮ (ДТ). Установлено неравномерное распределение элементов по толщине Г|-фазы, присутствие кобальта в покрытии ТЮ (ДТ) и капельной фазы титана в покрытии Т1К (КИБ). Кроме того, на всех марках сплавов с покрытиями на поверхности режущих пластин обнаружены микроразрывы, возникающие под действием внутренних напряжений на подложках. Основные свойства поверхностей и объемов слоистых материалов «покрытие - твердосплавная основа-» представлены в таблице 4. Повышенная адгезионная активность в твердой фазе покрытий на основе карбида титана к железоуглеродистым сплавам тесно коррелирует с данными измерений экзоэлектронной эмиссии (ЭЭЭ -(максимальные значения I

Таблица 4

Свойства поверхностей слоистых материалов в сопоставлении со свойствами основы

Марка сплава, Микротвер- Экзоэлек- Критерий

фазовый состав и метод нанесе- дость, Нц, тронная эмис- сцепляемо-

ния покрытия МПа покры- сия, (ЭЭЭ) сти покры-

тия, основы 1 , имп./с (поверхность покрытия) тии с основой, усц

ВКЖШ (КИБ) 24250 3900 0,358

ВК6+Т1С (ГТ) 27500 4100 0,616

ВКб+ТЮ (ДТ) 26250 6500 0,773

Т5К10+ТЮ (ГТ) - 4500 0,613

ВК6+ТКЖПС,Ы+™ (ГТ) 26750 4000 0,454

Т5К10+Т1С+Т1С,Ы+™ (ГТ) - 7300 0,597

ТТ10К8Б+Т1С+Т1С,Ы+™ (ГТ) - - 0,683

Т15КБ+Т1С+Т1С,Ы+™ (ГТ) - 4200 0,421

ВК6 14390 - -

Т5К10 14390 - -

ТТ10К8Б 14020 - -

Т15К6 18370 - -

Существенное влияние на работоспособность твердых сплавов с покрытиями оказывает сцепляемость покрытий с основой. Эксплуатационные испы-

тания материалов, имеющих различные критерии усц , в условиях интенсивной адгезии между обрабатываемым материалом и износостойким покрытием показали, что высокой адгезионной связи между покрытием и основой слоистого материала соответствуют максимальные величины коэффициентов стойкости инструментов. Исследование релаксационных свойств (микропластичности гетерофазных покрытий, в том числе многослойных, на твердосплавной WC-Co основе выявило различную способность микрообъмов сплава к релаксации термомеханических напряжений. Установлено, что способность к релаксации напряжений на поверхности покрытия TiC (ДТ) выше, чем в объемах (рис.15 а,б). Последнее обеспечивает материалу положительный градиент свойств и, как следствие, перенос очага разрушения в глубинные объемы. Отжиг сплавов с покрытием TiN (КИБ) в вакууме при температуре 1200°С в течение двух часов приводит к увеличению сцепляемости покрытия с основой, изменении элементного состава покрытия и подложки и изменению направления градиента механических свойств. Температурная зависимость внутреннего трения для различных групп твердых сплавов ВК8 и с покрытиями ВК8+ TiC (ДТ) - в отожженном состоянии и ВК8 + TiC (ДТ) - без отжига показывает, что процессы, происходящие на границе покрытие-основа оказывают доминирующее влияние на релаксационные свойства в композиционных материалах. Так, максимум внутреннего трения для основы в области температур 473К, типичный для металлов и сплавов, содержащих в твердом растворе атомы внедрения или замещения (деформационный пик), в сплавах с покрытиями отсутствует. Это обусловлено динамикой взаимодействия дислокаций и точечных дефектов в приповерхностных объемах подложки с атомами внедрения. Высокотемпературные пики внутреннего трения в сплавах WC-Co, связанные с магнитными превращениями и 8—»у-фазовым переходом (из ГЦК в ГПУ), в слоистых материалах уменьшаются, что снижает способность микрообъемов материала к диссипации подводимой энергии.

4 В 12 16 20 11. шш 4 8 12 16 20 И, мкм

а б

Рис.15 Характер изменения релаксационных свойств по высоте покрытий, полученных различными методами:

а - основа ВК6; 1 - ТО (ГТ); 2 -ТЮ (ДТ); 3 - (ГТ)

б - основаТ5К10; 1 - ТЮ (ГТ); 2 - те (ДТ); 3 - ™ (КИБ); основа Т15К6; 4 - ™ (КИБ); 5 - TiN (КИБ), отжиг в вакууме

Существенные различия в твердости, микрохрупкости, микротвердости, микропластичности и других характеристиках макро- и микрообъемов покры-

тий и подложек приводят к изменению функциональных свойств слоистых материалов, в частности изменению поверхностной трещиностойкости покрытий по отношению к основе. Модуль Юнга в покрытиях Т1Ы и ТЮ толщиной до 20 мкм, полученных методом КИБ и ГТ на сплаве ВК6, равен 438 и 462 ГПа, соответственно, при значении 619-621 ГПа - для основы.

Меньший модуль упругости, теплопроводность ТЫ", ТЮ, и ТЮ,Ы и больший, чем у ^С, коэффициент линейного термического расширения обуславливает их сравнительно большую хрупкость по сравнению с карбидом вольфрама, что должно приводить к их хрупкому разрушению в процессе резания. В широком диапазоне изменения температурно-силовых нагрузок при резании необходимо снижать резкий градиент свойств покрытия и основы и формировать покрытия с высокими релаксационными свойствами микрообъемов для торможения процесса развития субмикротрещин путем введения в состав покрытия пластической связки (рис.16,а), либо образования в покрытии дисперсных частиц с плавным изменением состава и свойств по глубине слоя (рис. 16,б), что может достигаться различными методами.

Рис. 16. Общая схема слоистых градиентных материалов, состоящих из чередующихся слоев тугоплавких соединений и титана (а), образование в поверхностных слоях твердого сплава стабильных дисперсных выделений за счет диффузии Т (б)

Согласно этому был разработан и получен композиционный материал с покрытием из чередующихся слоев титана и нитрида титана методом КИБ. Варьируя толщиной мягких слоев, можно изменять градиент релаксационных свойств по высоте покрытия, а предварительное нанесение на основу слоя чистого титана позволяет получить высокую сцепляемость покрытия с основой. Расчеты толщины слоев многослойных покрытий, выведенные из уравнений механики разрушения, показали, что при нанесении многослойных покрытий, состоящих из чередующихся слоев титана и нитрида титана толщина слоев нитрида титана должна находиться в пределах 0,05-0,1 мкм, а размеры прослоек титана составляют 0,5.-1,0 от толщины слоя нитрида титана. Отношение толщин твердых и мягких слоев по высоте покрытия принимается переменным и изменяется в пределах 1:1 до 1:5 (для подложек с покрытиями НС). Покрытие из чередующихся слоев титана и нитрида титана имеют 23750МПа, высокую микропластичность объемов и достаточную сцепляемость с

сокую микропластичность объемов и достаточную сцепляемость с подложкой по сравнению с покрытиями позволяет снизить градиент микропластических и теплофизических свойств от поверхности к основе Структура такого покрытия представлена на рис. 17, а.

Оптимизирован технологический процесс нанесения многослойных покрытий из чередующихся слоев титана и нитрида титана на установке типа «Булат». В качестве критериев оптимизации выбраны: минимальный износ инструмента при обработке металлов резанием (Ъ3), максимальное значение критерия сцепляемости (уси ), минимальная величина критерия микропластичности Была реализована линейная модель, получены уравнения регрессии, связывающие свойства с технологическими параметрами.

Однако в такой градиентной структуре покрытия сохраняется достаточно большой скачок свойств на границе «покрытие-основа», что отрицательно сказывается на адгезионном сцеплении его с подложкой, а также практически отсутствует возможность управления температурой поверхности в процессе резания. Нанесение в качестве наружного слоя покрытия оксида алюминия, обладающего наряду с высокой твердостью слабым адгезионным взаимодействием, повышенной теплопроводностью, не решает полностью эту задачу. Между тем, эффективное снижение температуры на поверхности композита «покрытие - основа» в процессе резания и уменьшение градиента твердости на границе с основой может быть достигнуто в структуре поверхности вольфрамового твердого сплава, в которой имеет место плавное снижение твердости и увеличение теплопроводности поверхностного слоя в направлении к основе.

а б

Рис 17 Структура покрытия

а - поверхность нитридного слоя (фаза TiN имеет мелкозернистую структуру, наблюдаются дефекты покрытия (структурно-свободный титан)

б - поверхность слоистых материалов на основе ^С-Со (8 % мас ) с градиентным распределением свойств с легирующими добавками титана (поверхность ВК8Д+Т1 (15% мас )

Эта идея реализована путем использования специальной технологии, так называемого дисперсного упрочнения твердых сплавов, предусматривающей возможность легирования вольфрамсодержащих сплавов титаном с образованием карбида титана, содержание которого уменьшается в глубь к основе при одновременном увеличении теплопроводности поверхностного слоя и позво-

ляющих работать материалу при температурах 0,7 - 0,8 Т пл матрицы. При этом происходит образование протяженного диффузионного промежуточного слоя между покрытием и основой переменного состава с повышенным пределом текучести и микропластическими свойствами, обеспечивающего плавное изменение свойств от режущей кромки к основе.

Применительно к вольфрамокобальтовым композициям наиболее благоприятными упрочняющими фазами являются карбиды и интерметаллиды металлов IV и VI групп Периодической системы. Ввиду того, что наибольшее распространение в качестве основы твердого сплава получил наряду с карбидом вольфрама карбид титана, в качестве легирующего компонента предложен

титан. Анализ диаграмм состояния систем WC-Co; Ti-Co; TiC-Co; TiC-WC, а также термодинамический расчет возможных реакций, протекающих в системе WC-Co-Ti-C, показали возможность получения такого слоистого материала.

Металлографическим, рентгенострук-турным анализами определено, что в сплаве в результате окончательного жидкофазного спекания происходит образование диффузионного слоя с переменным содержанием титана на глубину 0,7 -1,2 мм со структурными и фазовыми изменениями: значительным уменьшением величины зерна (до

42%) при содержании титана по максимуму, появлением и объемным ростом частиц дисперсной фазы по границам раздела WC/ WC и WC/Co при увеличении количества легирующего элемента. Микроструктура такого материала показана на рисунке 17,6.

В ходе окончательного жидкофазного спекания происходит синтез новых фаз TiC 1.х, TiCo, C03TÍ, (Ti,W)C, Со7 W6 с количественным уменьшением от поверхности к объемам. При повышении концентрации титана в поверхностном слое появляются следы фаз W3C03C; W2Co4C; W6Co6C. Изменение физико-механических свойств градиентного твердосплавного материала от количества вводимого титана (мас.%) показано нарис. 18.

Исследование микротвердости (Нц) и микропластичности (дН^) (рис.18, в,г) выявило плавный рост этих характеристик в приповерхностном диффузионном

Рис.18. Физико-механические свойства градиентного инструментального материала на основе ВК8: о-поверхность; х-на глубине 0,5 мм.

слое до глубины 0,4 - 0,8 мм и далее понижение на глубине 1,0 -1,2 мм до состояния исходного материала, что, вероятно, обусловлено образованием в приповерхностных слоях твердых растворов (Ti,W)C с различным процентным содержанием Т^ W, а также увеличением насыщения вольфрамом кобальтовой связки при обеднении углеродом, что в свою очередь также оказывает упрочняющее воздействие на основу WC-Co. Снижение микротвердости в областях, непосредственно прилегающих к поверхности, обусловлено наличием дефектного слоя вследствие образования на поверхности карбидов титана нестехио-метрического состава и появления значительной доли т|-фазы из-за недостатка углерода. Поэтому количество титана, соответствующее оптимальным трибо-техническим характеристикам поверхностных и приповерхностных слоев композиционного материала составляет 2,0% мас. Существенное измельчение структурных составляющих и дисперсное выделение способствуют увеличению текучести материала, не снижая при этом вязкости разрушения

Экспериментально исследованы микромеханизмы разрушения и изнашивания твердых сплавов ВК6, ВК6М, ВК8, Т5К10, Т15К6, Т30К, ТТ10К8Б при продольном и контурном точении стали 25Л, ЗОХГСА высокопрочного чугуна, торцевом фрезеровании стали ЗОХГСА. Установлено, что в зависимости от структурно-энергетического состояния поверхностей и объемов, они разрушаются по различным механизмам: хрупким, вязким, усталостным. С форсированием температуры (скорости резания) происходит смена характера разрушения твердых сплавов, тем не менее хрупкое разрушение в нормативных условиях резания является доминирующим.

Электронно-микроскопические исследования топографии изношенных поверхностей и объемов сплавов ВК6, ВК8, Т5К10, ТТ10К8Б с одно- и многослойными покрытиями ТЫ"; ТЮ; ТЮ^; ТЮ + ТЮ^ + ТК показали, что в изломах композиционных материалов присутствует одновременно несколько микромеханизмов разрушения: транскристаллитное разрушение с образованием плоских фасеток WC; скол с характерным речным узором сложного карбида (Л, W)C; хрупкое межзеренное разрушение границ: WC-Co; WC - WC; (Л,

- (Л, W)C; вязкое с отрывом кобальтовой матрицы, что характерно для исследуемых твердых сплавов, а также разрушение расколом ультрадисперсных фаз покрытия и переходной зоны Установлена зависимость типа разрушения (хрупкого или вязкого) и соотношение между микромеханизмами разрушения в различных зонах излома от условий резания, структуры, состава сплава основы и технологии формирования износостойкого покрытия.

Исследование кинетики изнашивания и разрушения твердых сплавов с покрытиями при торцевом фрезеровании, когда возникают высокие температуры резания позволило установить доминирующее влияние в повреждении приповерхностных объемов данной группы инструментальных материалов переменных термомеханических напряжений, а также выявить общие закономерности в механизме разрушения покрытий. Разрушение происходит в следующей последовательности: образование сетки микротрещин (рис.19), появление концентрированных повреждений (рис.20), расширение берегов микротрещин (рис. 21), распространение микротрещин в глубь покрытия и основы

или торможение трещин на границе фаз (поверхностях раздела, рис.22)

Показано, что интенсивность изнашивания однослойных карбидных и нитридных покрытий, формируемых методами КИБ и ГТ, значительно выше, чем у многослойных и покрытий, полученных методом ДТ при идентичных условиях нагружения.

Влияние физико-механических свойств основы и покрытий (трещино-стойкости, микротвердости, микрохрупкости, микропластичности и др.) на разрушение композиционных материалов изучалось на различных стадиях процессов: зарождение субмикротрещин (5-30 циклов нагружения); подрастание микротрещин до критических размеров (30-100 циклов нагружения); катастрофическое разрушение (свыше 1000 циклов) в условиях свободного торцового фрезерования. В качестве основы для нанесения износостойких покрытий использовались сплавы Т15К6, ТТ10К8Б и ВК6, имеющие различную трещиностой-кость (К^, МПа м"2 которых, соответственно, равны 7,0; 9,1; 10,5), использующуюся как характеристика способности к зарождению и распространению хрупких трещин. Трещиностойкость сплавов существенно зависит не только от условий резания (скорости резания, подачи), но и от свойств основы. На низких скоростях резания максимальное число циклов нагружения до возникновения магистральной трещины фиксируется на сплаве ВК6, имеющим минимальные значения критериев микрохрупкости и релаксационной способности, а также максимальное значение параметра К]С. На сплаве ВК6 при фиксированном числе циклов нагружения количество открытых и закрытых магистральных трещин меньше, чем на сплавах ТТ10К8Б и Т15К6. Глубина проникновения микротрещин в глубь основы твердосплавных пластин составляет 0,4-0,5 мм, на сплаве ТТ10К8Б она равна 0,5-0,6 мм, на сплаве Т15К6 - 0,6-0,7 мм. С форсированием скорости резания (повышения температуры) число циклов до возникновения

магистральных трещин на всех сплавах значительно сокращается и практически не зависит от свойств основы и вида покрытия. Изучение кинетики процессов зарождения субмикротрещин показало, что в результате малоцикловой термомеханической усталости на поверхности покрытия в первые циклы нагруже-ния образуются тонкие микротрещины - разрывы. Металлографическим анализом шлифов и изломов установлено, что последние не подрастают в подложку, а тормозятся на границе покрытие - основа, покрытие - покрытие путем изменения фронта трещины. Зарождение субмикротрещин в диапазоне низких скоростей резания происходит на границе покрытие - покрытие или в основе под покрытием. На форсированных режимах резания преимущественного положения очага зарождения субмикротрещин не обнаружено. Увеличение числа циклов нагружения приводит к увеличению плотности микротрещин, прошедших покрытие и затормозившихся на границе покрытие-основа. При дальнейшем увеличении числа циклов нагружения плотность микротрещин достигает критического порогового значения, происходит подрастание одной или двух микротрещин до более высокого иерархического уровня магистральных трещин с последующим проникновением их в тело пластины. Последующие циклы нагружения приводят к увеличению размеров макротрещин до 0,5-0,7 мм и торможению их во внеконтактной зоне. Дальнейшее увеличение числа циклов нагружения и форсирование скорости резания не приводит к зарождению новых макротрещин. С увеличением времени резания происходит ветвление ранее образовавшихся макротрещин, их слияние и вырыв объема материала между берегами соседних магистральных трещин, что обуславливает катастрофическое разрушение инструмента в контактной зоне. Увеличение количества слоев в покрытии приводит к увеличению стадий подрастания микротрещин до критических размеров - увеличивается число циклов нагружения до появления магистральной трещины. Установлено, что в однослойных покрытиях при низких скоростях резания трещиностойкость определяется направлением градиента релаксационных свойств покрытия и переходной зоны и удалением очага зарождения от поверхности. Так, низкая трещиностойкость сплава ВК8+ НС (ДТ) обусловлена наличием положительного градиента релаксационных свойств покрытия и переходной зоны, поэтому длина трещины минимальна, а скорость роста магистральных трещин достаточно низка, что указывает на расположение очага зарождения субмикротрещины на границе покрытие - основа-.

Электронно-микроскопические исследования шлифов, пластин, выполненных по нормали к передней поверхности в контактной зоне предварительно нагруженных в диапазоне низких температур резания (450—550 С), выявили в объемах твердых сплавов области с различной степенью пластической деформации, чего не наблюдается в диапазоне высоких скоростей резания, а также присутствие в изломе в приповерхностных объемах сплава основы кристаллитов ^С со следами пластической деформации: бороздками скольжения и хрупкого межзеренного разрушения кобальтовой матрицы.

Сделан вывод, что для различных условий нагружения необходимы инвариантные подходы к конструированию ИМ на основе твердых сплавов с покрытиями:

1. для композиционных материалов, эксплуатируемых в условиях низких скоростей (температур) резания, необходимо формировать покрытия с отрицательным градиентом релаксационных свойств при сохранении высокой сцепляемо-сти их с основой;

2. для композиционных материалов, эксплуатируемых в условиях высоких скоростей (температур) резания, необходимо формировать покрытия с положительным градиентом релаксационных свойств.

В шестой главе рассмотрены и обсуждены результаты исследований состава, структуры и физико-механических свойств керамических инструментальных материалов на основе а- А1203: оксидной и оксидно-карбидной, имеющей в своем составе помимо а- А120з тонкодисперсные включения НС, И1С, ^С и др., процессов изнашивания и разрушения инструментальной керамики с целью определения пути повышения ее работоспособности. Анализ керамических материалов после спекания (оксидная керамика) и горячего прессования (оксидно-карбидная керамика), не выявил существенных различий в субструктуре поверхностей и объемов. Так, в оксидной керамике В013 (рис.23, а) кристаллиты а- А120з размером 1-4 мкм имеют правильную кристаллографическую форму, типичным дефектом структуры является внутри- и межзеренная пористость (до 1,5%). В оксидно-карбидной керамике ВОК71 (рис.23, б) кристаллиты а- А120з имеют размер 0,5 - 2 мкм, частицы карбида титана размером 0,1- 0,2 мкм расположены преимущественно в тройных стыках и статистически равномерно распределены по всему объему образца. Помимо этого на границах зерен наблюдаются тонкие прослойки алюмомагниевой шпинели и до 0,1% стекловидных легкоплавких примесей типа 8Ю2, РеО. Прослойки шпинели помимо сдерживания роста зерен в процессе спекания создают

области сжимающих напряжений вокруг зерен и препятствуют распространению трещин, упрочняя материал.

Рис. 23. Микроструктура оксидной керамики ВО13 (а) и оксидно-карбидной ВОК71 (б)

Исследование релаксационных свойств керамики выявило наличие характерных максимумов и значительного разброса экспериментальных точек кривой температурной зависимости внутреннего трения (ТЗВТ), что указывает на

сложность и многочисленность релаксационных процессов (рис.24).

Низкотемпературные максимумы ТВЗТ керамик ВО13 и ВОК71, обусловленные стеклованием, расположены в интервале температур, соответствующих резкому падению прочности данных материалов.

о-'ю: - ----------------——■

50 25

о 100 2(1(1 ЧИ1 ИИ' МШ 1

Рис.24. Температурные зависимости внутреннего трения

кислородсодержащей керамики.

Рассмотрены микромеханизмы разрушения в широком интервале температур и давлений двух марок инструментальной керамики (оксидной и оксидно-карбидной), отличающихся прочностными и структурными характеристиками, особенностями поведения под нагрузкой и нашедших широкое применение в механообработке. Показано, что во всем исследуемом диапазоне температур (300-1700 °К) на вязкость разрушения К1С существенное влияние оказывают параметры структуры. В изломах керамик оксидного типа (ВО13, ЦМ332, В018) доминирует хрупкий межзеренный механизм разрушения оксида алюминия. Крупные конгломераты зерен и прослойки алюмомагниевой шпинели разрушаются сколом. Развитая ручьистая поверхность фасеток скола свидетельствует о незначительной локальной пластической деформации, предшествующей разрушению (рис. 25, а). В керамике оксидного типа системы Alz03-Mg0 в диапазоне температур 923-1023°К наблюдается переход от нестабильного хрупкого разрушения к межзеренному. Характерно, что разрушению сколом подвергаются крупные зерна а кристаллиты размером менее 2 мкм разрушаются преимущественно по хрупкому межзеренному механизму. Однако, начиная с температур 1023-1423°К, регистрируется обратный переход от хрупкого межзеренного механизма к разрушению сколом, причем тонкие прослойки алюмомагниевой шпинели AlîMgOi не являются эффективным барьером на пути трещин скола, что может быть объяснено ее охрупчиванием перед фронтом движущейся трещины скола за счет стеснения пластической деформации.

Изломы керамики оксидно-карбидного типа (В0К60, ВОК71) достаточно гетерогенны. Помимо доминирующего хрупкого межзеренного механизма разрушения в изломе наблюдаются транскристаллитное разрушение фаз, расположенных на границах зерен AI2O3-AI2O3. Особенностью разрушения как оксидной, так и оксидно-карбидной керамики в диапазоне низких температур

является тот факт, что очаги разрушения сосредоточены на границах зерен Разрушение развивается переходом в скол конгло-

мератов а - А120з и сложных карбидов. Скопление мелкодисперсных оксидных

фаз и шпинелей на границах зерен обусловливает локализацию пластической деформации и инициирует межзеренное хрупкое разрушение (рис 256)

Рис 25 Фрактограммы изломов керамики ВО-13(а), ВОК-71(б)

В диапазоне температур 1158-1219 °К в изломах оксидно-карбидной керамики ВОК71 наблюдается переход от хрупких к вязким механизмам разрушения Наряду с межзеренным разрушением границ А^Оз-А^Оз фиксируется вязкое, с образованием гребней отрыва в межзеренной аморфной фазе При дальнейшем повышении температур отличительной особенностью изломов является постепенное увеличение доли межзеренного хрупкого и вязкого разрушения при соответствующем уменьшении доли скола

Изучение морфологии поверхностей режущей керамики ВОК71 после алмазно-абразивной обработки выявило неоднородный характер структуры Рельеф с различной степенью шероховатости чередуется с гладкими участками, на которых имеется множество продуктов изнашивания как в виде агломерата ультрадисперсных зерен матричной фазы дисперсоида, так и в виде

"островковых" пленочных образований с прочным межчастичным контактом Рентгенографическим и рентгенофлюоресцентным методом выявлено наличие в поверхностных пленках участков с рентгеноаморфными алюмосиликатными структурами Присутствие на топограмме "вихревых" структур позволяет сделать вывод о возможности вязкого течения кристаллитов

Исследованы процессы изнашивания и разрушения данных видов керамик при продольном и контурном точении высокопрочных чугунов СЧ28-48, ВЧ-45-5, белого чугуна, при торцовом, продольном и контурном точении сталей ШХ15, ЗОХГСА, 40Х при скоростях резания от 110 до 400 м/мин, На рис 26 и рис 27 приведены период стойкости (Т, мин) и скорость изнашивания (Ь3) различного вида керамик при точении стали ШХ15 Электронно-микроскопические исследования топографии изношенных поверхностей и изломов керамики в широком температурно-силовом диапазоне изменения условий резания позволили установить, что макрохрупкое разрушение происходит как в диапазоне низких так и высоких температур Вме-

сте с тем, структурные исследования микротопограмм низко- и высокотемпера-

турных образцов оксидной и оксидно-карбидной керамик при различном времени экспозиции резцов под нагрузкой, выявили достаточную гетерогенность изломов по фронту магистральной трещины. В диапазоне низких температур (скоростей) резания в объемах сплава превалирует хрупкое интеркристаллитное разрушение кристаллитов а-А120з как с множеством плоских фасеток скола (ВО13), так и фасеток с множеством ступенек сброса (ВОК71). В изломах оксидно-карбидной керамики ВОК71 фиксируется также "язычковый рельеф". Языки отделены от остальной поверхности гребнями отрыва. Внутри языков разрушение кристаллитов TiC и а-А120з происходит сколом с образованием множества ступенек. Высокие гребни отрыва, образующиеся между фасетками скола, свидетельствуют о том, что границы зерен А12М§С>4 - А12М^С>4 и TiC-TiC служат стопорами трещин, в связи с чем, в каждом кристаллите при нагруже-нии должен зарождаться свой очаг разрушения.

Рис. 26. Зависимость периода стойкости (Т, мин) от скорости резания (У,м/мин). Точение стали ШХ15 (ШС 45), 1=1мм 8=0,1 мм/об

----В013;

-----ВОКбО;

............-ВОК71

Рис.27. Кинетические зависимости износа (Ьз), время резания (т, мин). Точение стали ШХ15.

.......... -В013;

----В018;

---ВОК71;

--ВОКбО

Инициаторами микротрещин являются концентраторы напряжений, формируемые на поверхности керамики как в процессе алмазно-абразивной заточки, так и при резании: царапины, бороздки трения, адгезионные кратеры, а так-

же остаточная пористость в приповерхностных микрообъемах материала. С увеличением скорости резания свыше 250 м/мин (Т,= 0,4 Тпл) помимо вышеизложенных механизмов разрушения по границам зерен алюмомагниевой шпинели образуются ямки термического травления. Структура излома становится неоднородной.

Электронно-микроскопический и микрорентгеноспектральный анализ поверхностей износа и сечений позволили выявить следующее: во всем исследуемом диапазоне скоростей (температур) резания на поверхностях фрикционного контакта образуются ультрадисперсные кристалло-аморфные вторичные структуры, являющиеся результатом взаимодействия между инструментальным и обрабатываемым материалами. Исследование топограмм контактных площадок показало, что интенсивность образования вторичных структур возрастает с ростом температуры (скорости) резания. На скоростях выше 260 м/мин (Т= 1000-1200°С) вторичные структуры образуют сплошной покров с толщиной 1,5-2,5 мкм, состоящий из рентгено-аморфных фаз следующего состава, мас.%: 7-16 А1; 5-72 Бе; 16-35 Мп; 5-35 81; 5-25 Са; остальное - кислород. Анализ морфологии поверхности дает основание полагать, что в условиях резания вторичные образования находятся в расплавленном состоянии. При циклическом темпера-турно-силовом нагружении, остывающая пленка в связи с разницей коэффициентов линейного термического расширения интенсивно разрушается, образуя сетку микротрещин, которая, в свою очередь, становится инициатором развития хрупкого разрушения в объемы материала.

Полученные данные позволили предложить следующую модель изнашивания и разрушения керамики на основе

В первые секунды резания по достижении в контакте "инструмент-заготовка" температуры 800-1200°С происходит образование заторможенного слоя обрабатываемого материала и начальная микропластическая деформация приповерхностных объемов керамики в результате термомеханической активации материала. Последнее выводит атомы относительно стабильного а-А^Оз и прослоек связующей фазы из положения равновесия и создает условия для протекания химических и диффузионных процессов в контактной зоне. Приток кислорода окружающей среды приводит к интенсивному окислению компонентов обрабатываемого материала на границе контакта. В результате взаимодействия оксидов между собой на границе раздела образуется вначале островковый, а затем сплошной слой расплава. Расплав на фрикционном контакте играет двоякую роль: с одной стороны, как своеобразная высокотемпературная смазка, облегчающая условия нагружения режущего клина, с другой стороны, как промежуточная жидкая фаза между реагирующими компонентами инструмента, заготовки и окружающей среды. Расплав интенсивно взаимодействует с материалом инструмента, ослабляя в первую очередь границы зерен а-А^Оз ., Происходит своеобразное химическое травление материала с выносом продуктов реакции в направлении схода стружки. Ослабление границ интенсифицирует процессы пластической деформации в приконтактной зоне инструментального материала. Параллельно происходит вынос зерен потерявших связь с осно-

вой. По мере развития износа контактных площадок происходит искажение геометрии режущего клина, рост локальных напряжений и разрушение инструмента сколом или микровыкрашиванием.

Одним из способов повышения надежности и долговечности инструментальной оксидно-карбидной керамики является нанесение различного вида покрытий, например, методом КИБ путем обработки в плазме ионов И (/г, И1) с нагревом и выдержкой при температуре 800 - 900° Сис последующим осаждением мягкого слоя чистого металла толщиной 1, 5 -2,0 мкм, который, практически не изменяя физико-механических свойств материала, позволяет значительно повысить его эксплуатационные характеристики. В условиях ионно-плазменной бомбардировки в вакууме на поверхности керамики формируется переходная зона, включающая в себя помимо компонентов основы соединения типа окислов и интерметаллидов При

этом создаются благоприятные условия для высокой адгезии металлического покрытия к основе. Улучшение свойств режущей керамики заключается в удалении поверхностных дефектов структуры, а также лучшей сопротивляемости инструмента поверхностным видам износа (диффузионного и химического) за счет создания в процессе микролегирования в поверхностных слоях материала химически устойчивых соединений. Упрочнение границ зерен термо-

динамически стабильными соединениями снижает процессы ползучести и пластической деформации на площадках контакта, а слой металлического

являющегося геттером, предотвращает проникновение в зону контакта кислорода воздуха, участвующего в образовании вторичных структур.

Разработаны конструкции и составы инструментальной керамики, представляющие собой слоистые материалы с градиентным распределением свойств типа: ВОК71+1(Т1+...та), ВОК71+1(2г+...™), и ВОК71 + (ТЮ2 + Т1А1204 + Т1зА1). Толщины слоев с переменными механическими свойствами: "мягкие" (Ь м) - Т1, Ъх и "жесткие" (Ь тв) - 2гЫ, а также размеры слоев с дисперсно-упрочненными интерметаллидными частицами Т13А1 выбираются на основании общих закономерностей изнашивания и разрушения керамического инструмента в процессах обработки резанием:

• размеры микротрещины в неоднородной по структуре и составу керамике коррелируют с размерами кристаллитов, имеющими максимальный предел текучести;

• процесс разрушения происходит дискретно, и переход от низшего к высшему иерархическому уровню повреждаемости материала возможен при определенной концентрации микротрещин в единице объема;

• магистральная трещина тормозится на границе гетерогенности, согласно геометрическому критерию прочности, в том случае, если выполняется условие радиус при вершине трещины, размер пластической зоны при вершине трещины.

Анализ основных конструктивных параметров слоистых керамических материалов методами механики разрушения показывает, что размеры "жестко -го" слоя целесообразно выполнять толщиной, соизмеримой со средним разме-

ром зерен А120з, ПС или ТЖ, конденсируемых на керамических подложках, т.е. 0,05-0,1мкм. В свою очередь размеры "мягкого" слоя принимаются равным что соответствует искусственной зоне пластической деформации в устье трещины, а, следовательно, условию ее торможения и остановки. При условии Ь м=5, отношение толщин "мягкого" и "твердого" слоев равно 0,5-1,0. При этом общая толщина покрытия определяется в зависимости от условий работы: для непрерывного резания - 1,5-8 мкм, а для прерывистого резания - 1,5-4,5 мкм.

Экспериментально установлено, что защитное покрытие, нанесенное на контактные поверхности инструмента в зависимости от толщины покрытия и физико-химических свойств основы, оказывают на процесс изнашивания (стойкость) режущих пластин двойственное влияние: в интервале высоких скоростей (температур) резания покрытие повышает износостойкость основного материала, в диапазоне низких температур и высоких контактных давлений не оказывают существенного воздействия на износостойкость инструментальной керамики. В целом эффект воздействия покрытий на механизм изнашивания керамического инструмента проявляется в зависимости от толщины покрытия, теплофизических свойств покрытия и основы, содержания стеклофазы в сплаве и уровня термомеханических напряжений в контактной зоне. В интервале низких температур высокую износостойкость и трещиностойкость показывают сменные многогранные пластины (СМП) со структурно однородными покрытиями нитрида титана. С форсированием скорости резания (температуры) испытаний, роль поверхностных концентраторов напряжений уменьшается, возрастают демпфирующие свойства сплава за счет интенсификации процессов пластического течения в стеклофазе, и доминирующим механизмом разрушения в керамике является растрескивание на границе раздела покрытие-основа. Полученные данные легли в основу разработки технологии повышения работоспособности инструментальной керамики на основе

В седьмой главе представлены результаты исследования эксплуатационных свойств слоистых материалов инструментального назначения. Сравнительные испытания СМП проводились Дальневосточной железной дорогой (вагонное депо ст. Комсомольск (ВЧД-6) и ст. Хабаровск-П (ВЧД-2)) на колесотокар-ном станке ЦВВ-122/2РГ. Режущие пластины - ЬМБХ 301940 БМ Обрабатываемая деталь - колесная пара железнодорожного товарного вагона с дефектами термомеханического происхождения (сталь 60Г). Условия резания - контурное черновое и чистовое точение профиля бандажа колеса по кругу катания. Основы пластин были изготовлены из твердых сплавов следующего состава: 'С (94 %) - Со (6 %) (ВК6) и ^С (86 %) - (П,Та)С (8 %) - Со (6 %) (ТТ8К6).

Результаты сведены в таблицу. Как видно из таблицы 5 практически все композиции, основа которых выполнена из ВК 6, имеют коэффициент использования Кип = Метр/Ином =1 (Нщ, - количество отработавших кромок пластин, Ыном - общее количество кромок), за исключением ВК6+((,^,ТП)С-Со)-'ПС-'ПМ

Это означает, что для данных пластин характерен износ, а не разрушение сколом в процессе резания, тогда как композиции, основа которых выполнена из ТТ8К6, разрушаются полностью

(«рассыпаются», скалываются кромки), использовав всего чуть больше половины своего ресурса.

При этом необходимо отметить, что наилучшую стойкость имеют пластины из ВК6+(^,Т1)С-Со)-ТЮ-'ПСМ-'П1Ч, у которых коэффициент стойкости Кст (отношение периода стойкости или числа обработанных деталей упрочненными и неупрочненными пластинами) равен 1.82 по отношению к ТТ8К6. Наименьшую стойкость, а также и наименьший Кип у пластин из ВК6+(^,'П)С-Со)-'П'М-Т1С-А1203 (Кст = 0.56, Кип = 0.44) и из ТТ8К6+ГПС-А1203 (К„ = 0.91, Кип = 0.45),

что хорошо коррелирует с прочностными расчетами.

Таблица 5

Результаты испытаний режущих пластин

Основа Покрытие* коэфф. стойк. Кип

ВК6Т ■ПС4-'ПСН;-™4 1,82 1,00

ВК6Т Т1С4-Т1СМ6-А12ОЗП.5) 1,50 1,00

ВК6 Т1С5-А120зп.51 1,46 1,00

ВК6Т Т1С5-А1203п.51 1,28 1,00

ТТ8К6 ТлС4-_ПСНг™4 1,24 0,63

ВК6Т ™8 1,14 1,00

ВК6Т Т1С6-™4 1,08 0,50

ВК6 "ПС^-'ПСНг'ПМ, 1,06 0,94

ТТ8К6 без покрытия 1,00 0,69

ВК6 ™8 0,93 1,00

ТТ8К6 Т1С5-А120зп.5) 0,91 0,45

ВК6 ™6-Т1С5-А120зп.5) 0,56 0,44

• - индексом обозначена толщина покрытия в мкм, для А^О,- в скобках.

Получены новые композиционные градиентные материалы на основе композиции ^С-Со с высокой демпфирующей способностью и повышенной износостойкостью (а.с. №№ 1730784, 1526045, 1584415, 1440083)

Проведен анализ технико-экономической эффективности применения в производственных условиях градиентного инструментального материала, изготовленного по стадийной технологии.

Расчет себестоимости изготовления инструмента по этой технологии и производственные испытания в вагонном депо на восстановительной колесото-карной операции совместно с инструментом, изготовленном по стандартной (эталон) технологии (ВК6 + ТМ ), и из сплава ТТ8К6 показали, что стоимость инструмента, изготовленного по разработанной технологии, возрастает на 4 -9% при одновременном увеличении стойкости в 1,52 раза, уровня надежности на 34% по сравнению с эталоном; стойкость градиентного инструмента в сравнении с инструментом из сплава ТТ8К6 ниже на 20 -25% при одинаковом уровне надежности, при этом стоимость градиентного инструмента ниже в 3 раза.

Разработаны и экспериментально подтверждены способы повышения работоспособности режущего инструмента из керамики на основе а -АЬОз путем обработки в плазме ионов И, /г, Шс последующим осаждением слоя металлов-геттеров (а. с. №№ 1536723, 1584323, 1600358, 1635495, 1812764). Технология внедрена на ПО «Амурмаш». Внедрение позволяет повысить керамических пластин в 1,9 -3,0 раза со снижением общего расхода инструмента в 2,5 раза.

Разработаны новые керамические инструментальные материалы для процессов обработки резанием с повышенными, по сравнению с существующими аналогами, объемной прочностью и износостойкостью (а.с. №№ 1526133, 1685071, 1727371, 1640946).

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Теоретически разработана и экспериментально подтверждена методология создания инструментальных материалов, основанная на новой парадигме, включающей пятизвенную схему: «условия эксплуатации- состав-структура-свойства-технология» и позволяющая конструировать слоистые композиционные материалы повышенной эффективности.

2. Впервые разработан критерий выбора материала режущих инструментов, связывающий физико-химические свойства Самсонидов (твердость, температуру плавления, модуль упругости, коэффициент термического расширения, коэффициент теплопроводности) применительно к покрытиям на вольфрамсодержащих твердых сплавах и оксидной керамики и условиям их работы.

3. Предложена и обоснована физическая модель строения инструментального материала слоистой структуры с градиентом свойств по глубине поверхностного слоя, состоящая из трех основных слоев и обеспечивающая плавное изменение свойств от режущей кромки в глубь материала: повышение теплопроводности и модуля упругости Е, уменьшения коэффициента линейного термического расширения Такая структура повышает адгезионное взаимодействие покрытия с основой, способствует снижению рабочей температуры режущей кромки, что препятствует уменьшению ее твердости, снижает термические напряжения, усталостное и хрупкое разрушение режущего инструмента, а в целом повышает работоспособность режущих инструментов.

4. Проведен расчет напряжённого состояния и прочности слоистых материалов с градиентным распределением свойств инструментального и три-ботехнического назначения при комплексном воздействии силовых и температурных факторов и предложены различные варианты состава материала с градиентным распределением свойств по глубине оптимальной конструкции для процессов резания. Установлено, что наибольшее влияние модуль Юнга и КЛТР оказывает на распределение напряжений и прочность покрытий, которые разрушаются первыми.

5. Разработаны оригинальные экспериментальные методы определения модуля Юнга поверхностно-упрочненных материалов и одно-, многослойных покрытий из тугоплавких соединений на поверхности вольфрамсо-

держащих твердых сплавах на основе измерения резонансных частот при продольных ультразвуковых колебаниях образца.

6. Разработано и получено многослойное покрытие градиентной структуры, сочетающее твердую и мягкую фазы для придания покрытию упруго-пластических свойств с целью противостоять ударным нагрузкам, и состоящее из чередующихся слоев (Л+ЛИ+ ..ЛТг+ТгН), полученное методом КИБ и имеющее высокую микротвердость Н^ 18 ГПа, высокую микропластичность Д/У^ЮОО МПа микрообъемов покрытия, высокую сцепляемость покрытия с основой. Рассчитаны параметры многослойного покрытия: толщины отдельных слоев тугоплавких металлов и их соединений, отношение толщин чередующихся слоев и оптимальное расположение твердых и мягких слоев различной толщины по высоте покрытия в зависимости от условий процесса резания;

7. Разработана принципиально новая стадийная технология получения композиционных градиентных материалов на основе композиции ^С-Со с высокой демпфирующей способностью и повышенной износостойкостью (ах. №№ 1730784, 1526045, 1584415, 1440083). Показано, что нанесение после предварительного спекания на твердосплавную подложку легирующего карбидообразующего элемента (77 и др. металлов 1У-У1 групп периодической системы) позволяет в ходе окончательного жидкофазного спекания изменять фазовый состав и структуру композита с образованием стабильных дисперсных выделений

плавным изменением свойств от поверхности к объемам; приводит к уменьшению размера зерен аг-фазы (№С) в диффузионном слое на 42%, росту микротвердости в 1,25 раза, трещиностойкости в 1,4 раза;

8. Изучен механизм изнашивания твердых сплавов и оксидной керамики с покрытиями из тугоплавких металлов и их соединений, позволяющий сформулировать основные подходы к разработке функциональных материалов инструментального назначения в широком интервале нагрузочно-скоростных режимов: большей прочностью в условиях прерывистого резания обладает инструмент, у которого при нанесении покрытий образуется протяженный диффузионный слой между покрытием и основой, увеличивающий сопротивление зернограничной ползучести и вязкому разрушению поверхности, высокой энергопоглощаемостью объемов основы. При низких скоростях резания поверхность должна обладать большей энергопоглощаемостью, чем при высоких.

9. Установлено, что покрытие керамики на основе А1гОз переходными металлами IV группы Периодической системы (И,/г, Н1) снижает ее хрупкость за счет образования в поверхностном слое интерметаллидов АШг, Т19А123, сложных оксидов А^ТЮз, ТЮ2, М^ТЮг и интерметаллидов

увеличивающих адгезию металлического покрытия к основе. Упрочнение границ зерен термодинамически стабильными соединениями снижает процессы ползучести и пластической деформации на площадках контакта, а слой металла предотвращает проникновение в

зону контакта кислорода воздуха, участвующего в образовании вторичных структур, что в конечном итоге повышает работоспособность керамического инструмента.

10.Разработаны новые композиционные инструментальные материалы для процессов обработки резанием с повышенными, по сравнению с существующими аналогами, объемной прочностью и износостойкостью (а.с. №№ 1526133, 1685071, 1727371, 1640946);

1 ¡.Разработаны и экспериментально подтверждены способы повышения работоспособности режущего инструмента из керамики на основе a -AI2O3 путем обработки в плазме ионов Ti, Zr, Hf с последующим осаждением слоя металлов-геттеров (а.с. №№ 1536723, 1584323, 1600358, 1635495,1812764);

12.Организовано в г. Комсомольске-на-Амуре предприятие «Дальневосточная Технология» по производству инструментальных материалов, в том числе слоистой структуры, которые используются на различных предприятиях России.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Фадеев B.C., Петридис А.В. Влияние жесткости системы СПИД на прочность твердосплавного инструмента. // Станки и инструменты, 1983. №5.С. 30-31.

2. Фадеев B.C., Мокрицкий Б.Я., Паладин Н.М., Шаповалова Л.М. Упрочнение твердых сплавов для обработки резанием белого чугуна. // Вестник машиностроения. 1984. №9.С. 58-60.

3. Фадеев B.C., Аникин В.Н., АникеевА.И., Мокрицкий Б.Я., Паладин Н.М.Хрупкое разрушение твердосплавного инструмента при фрезеровании. //Станки и инструмент. 1985. №6. С. 21-23.

4. Фадеев B.C., Паладин Н.М., Аникин В.Н., Максимов А.А., Конаков А.В. Оценка работоспособности и выбор метода испытания минералокера-мики для обработки резанием//Цветные металлы №11, 1988. №11. С. 7577.

5. Фадеев B.C., Аникин В.Н., Максимов А.А., Конаков А.В. Изнашивание и разрушение оксидной керамики при обработке конструкционных ма-териалов//Цветные металлы. 1989. №9. С.97-100.

6. Фадеев B.C., Аникин В.Н., Аникеев А.И., Леонов Е.Ю., Паладин Н.М. Исследование трещиностойкости твердых сплавов с износостойкими покрытиями. // Цветные металлы. 1989. №3. С.106-110.

7. Фадеев B.C., Балов В.П., Верхотуров А.Д. Принципы конструирования инструментальных материалов и использование Дальневоссточного сырья для режущей керамики. // Вестник ДВО АН СССР. 1990. №5. С.72-82

8. Фадеев B.C., Купряков А.П., Аникин А.В., Конаков А.В., Штанов О.В. Неперетачиваемые режущие пластины из минералокерамики //Машиностроитель. 1991. №2. С. 8-9.

9. Фадеев B.C., Мельникова В.А., Конаков А.В. Субструктура поверхностей трения формируемая на кислородосодержащей керамике //Трение

и износ. Т. 12. 1991. №6. С.39-48.

10.Фадеев B.C., Аникеев А.И., Аникин В.Н., Верещака А.С. Обработка резанием труднообрабатываемых материалов твердыми сплавами с износостойкими покрытиями. // Вестник машиностроения. 1991. №1 С.31-33.

11.Фадеев B.C., Аникин В.Н., Конаков А.В., Мельникова В.А Влияние способа финишной обработки контактных поверхностей корундовой минералокерамики на функциональные свойства режущего инструмента. // Вестник машиностроения. 1992. №8. С.40-44.

12.Фадеев B.C., Аникин Н.М., Конаков А.В., Максимов А.А. // Цветные металлы. 1998. №9. С.97-100.

И.Фадеев B.C., Емельянов Е.Н. Влияние поверхностного градиента упругих свойств на прочность материала с покрытием: многослойные покрытия на твердых сплавах, не образующие переходной зоны. // Исследования Института материаловедения в области создания материалов и покрытий. - Владивосток: Дальнаука, 2001. С. 60 - 67.

14.Фадеев B.C., Верхотуров А.Д., Емельянов Е.Н. Влияние поверхностного градиента упругих свойств на прочность материала с покрытием: TiN-покрытия на твердых сплавах с переходной зоной. // Исследования Института материаловедения в области создания материалов и покрытий. -Владивосток: Дальнаука, 2001. С. 68 - 74.

15.Фадеев B.C., Верхотуров А.Д., Емельянов Е.Н. Разработка и исследование материала инструментального назначения с поверхностных градиентом упругих свойств. // Перспективные материалы. 2003. №1. С. 7380.

16.V.S. Fadeev, A.D. Verkhoturov, E.N. Emelyanov. Development and examination of tool material with a surface gradient of elastic properties. .//Journal ofAdvanced Materials. 2003. №10 (1). P. 82-90.

17.B.C. Фадеев, А. Д. Верхотуров и др. Разработка и создание слоистых материалов инструментального назначения с заданным градиентом свойств //Перспективные материалы. 2004. №5. С.45-52.

18.Верхотуров А.Д., Фадеев B.C., Ершова Т.Б., Бару Л.Л. Разработка принципов создания и получения слоистых материалов с заданным градиентом свойств при упрочнении и легировании режущего инструмента. //Труды II Евразийского симпозиума по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата: Пленарные доклады.-Якутск: ЯФГУ «Издательство СОРАН» 2004. С. 166-177.

19.Фадеев B.C., Верхотуров А.Д., Паладин Н.М., Чигрин Ю.Л. Разработка и получение слоистых композиционных материалов с поверхностным градиентом свойств.//Композиционные материалы в промышленности: материалы двадцать четвертой ежегодной международной конференции, 31 мая- 4 июня 2004, Ялта Крым С. 312-313.

20.Фадеев B.C., Верхотуров АД., Подчерняева И.А Принципы создания слоистых композиционных материалов с градиентным распределением свойств на поверхности твердых сплавов.//Материалы и покрытия в

экстремальных условиях: исследования, применение, экологически чистые технологии производства и утилизации изделий: труды третьей международной конференции, 13-17 сентября 2004, Украина, Крым, Ка-цивели. С.24-26.

21.Верхотуров А.Д., Фадеев B.C. Некоторые вопрсы современного состояния и перспективы развития материаловедения. Владивосток: Дальнау-ка, 2004. 320с.

22.Фадеев B.C., Паладин Н.М., Мокрицкий Б.Я. Способ оценки свойств инструментальных материалов. //Ас. № 1392447. 1984.

23.Фадеев B.C., Паладин Н.М., Кабалдин Ю.Г., Аникин В.Н. Способ получения многослойного твердосплавного материала для режущего инструмента. //Ас. № 1440083. 1986.

24.Фадеев B.C., Паладин Н.М., Щитов Г.А., Компляков В.М., Конаков А.В. //А.с. № 1508602. 1987.

25.Фадеев B.C., Паладин Н.М., Щитов ГА, Аникеев А.И., Чигрин Ю.Л., Леонов Е.И., Конаков А.В. Износостойкое покрытие для режущего инструмента //Ас. № 1527949. СССР. ДСП. 1987.

26.Фадеев B.C., Паладин Н.М., Аникин В.Н., Конаков А.В. Способ получения минералокерамики инструмента //Ас.№ 1526133. СССР. ДСП. 1988.

27.Фадеев B.C., Паладин Н.М., Аникин В.Н., Конаков А.В. Способ получения инструментального материала//А.с. №1546723. СССР. ДСП. 1988.

28.Фадеев B.C., Паладин Н.М., Аникин В.Н., Чигрин Ю.Л., Конаков А.В. Способ получения твердосплавного режущего инструмента//А.с. № 1584415. ДСП. СССР. 1988.

29.Фадеев B.C., Аникин В.Н., Максимов А.А., Аникеев А.И., Конаков А.В. Сплав для нанесения покрытий на режущие керамические материа-лы//А.с.№ 16000358.СССР. 1988.

30.Фадеев B.C., Аникеев А.И., Котлярова Т.В., Паладин Н.М., Чигрин Ю.Л. Способ нанесения износостойких покрытий на твердосплавный режущий инструмент. // Ас. № 1631832. СССР. 1989.

31.Фадеев B.C., Аникин В.Н., Конаков А.В., Купряков А.П., Паладин Н.М., Сагитдинов О.Н. Способ получения инструментального материала. // А.с. № 1635495.СССР. ДСП. 1989.

32.Фадеев B.C., Конаков А.В., Купряков А.П., Паладин Н.М., Штанов О.В. Способ получения инструментального материала. //Ас. № 1685071. (СССР) ДСП. 1989.

33.Фадеев B.C., Конаков А.В., Купряков А.П., Паладин Н.М. Способ получения минералокерамического инструментального материала. //А.с. № 1640946 СССР. 1989.

34. Конаков А.В., Фадеев B.C., Паладин Н.М., Аникин В.Н., Сагитдинов О.Н., Купряков А.П., Способ получения инструментального материала. //А.с. № 1584323. ДСП. СССР. 1989.

35.Фадеев B.C., Паладин Н.М., Штанов О.В., Купряков А.П., Конаков А.В. Способ получения инструментального материала // А.с. № 1727371.

СССР. 1990.

Зб.Фадеев B.C., Купряков А.П., Конаков А.В., Паладин Н.М. Способ акустического контроля физико-механических свойств изделия //Ас. № 1786423. СССР. 1990.

37 Фадеев B.C., Чигрин Ю.Л., Паладин Н.М., Конаков А.В., Щитов ГА, Купряков А.П., Сагитдинов О.Н., Штанов О В., Котлярова Т.В. Способ комбинированного поверхностного упрочнения стальных деталей //Ас. № 1790251. СССР. 1990.

38.Фадеев B.C., Паладин Н.М., Конаков АВ.,АникинВ.Н., Аникеев А.И., Купряков А.П. Композиционный слоистый материал. //Ас. № 1812764. 1990.

39.Фадеев B.C., Купряков А.П., Паладин Н.М., Штанов О.В. Способ получения металлокерамического материала // А. с № 1720251. СССР. ДСП. 1991.

40.Фадеев B.C., Верхотуров АД., Котлярова Т.В., Паладин Н.М., Чигрин Ю.Л. Способ получения твердосплавного материала с износостойкими покрытиями. // А.с. № 1730784. СССР. 1992.

41.Фадеев B.C., Купряков А.П., Паладин Н.М.. Штанов О.В Способ получения инструментального материала (волокнистая керамика). // А.с.№ 1802524. 1992.

42.Фадеев B.C., Аникин В.Н., Купряков А.В., Конаков А.В., Лапотникова О.А., Паладин Н.М. Способ контроля износа режущего инструмента. //Ас. № 1785832. 1992 .

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Подписано в печать 18.03.05. Формат 60x84 1/16 Бумага писчая. Гарнитура «Таймс». Усл. печ. л. 2.6 Тираж 100 экз. Заказ 48

Отдел оперативной полиграфии издательства Хабаровского государственного технического университет: 680035, г. Хабаровск, ул. Тихоокеанская, 136

,361

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ПРОБЛЕМЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ НА СОВРЕМЕННОМ ЭТАПЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ПРОГРЕССА.

1.1. Инструментальное материаловедение - основа научно-технического прогресса.

1.2.Требования, предъявляемые к инструментальным материалам.

1.3. Особенности изнашивания и механизмов разрушения твёрдых сплавов и режущей керамики.

1.4. Анализ механизмов и методов упрочнения ИМ.

1.5. Теория электронной локализации — обобщённый критерий качественного определения тенденций изменения свойств ИМ.

1.6. Инструментальные слоистые материалы (ИСМ).

ВЫВОДЫ.

Глава 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИ.

2.1. Характеристика используемых материалов.

2.2. Определение механических свойств градиентных материалов.

2.3. Определение физических свойств градиентных материалов.

2.4. Материалы и оборудование, используемые при изготовлении градиентных инструментальных материалов на основе твердых сплавов и оксидной керамики.

2.5. Методика определения эксплуатационных свойств градиентных инструментальных материалов.

2.6. Методы исследования упругих и прочностных свойств слоистых материалов.

2.6.1. Физическая постановка задачи.

2.6.2. Математическая постановка задачи.

2.6.3. Методика расчёта напряжённого состояния.

2.6.4. Критерий прочности слоистого материала с градиентным распределением свойств.

2.6.5. Алгоритм расчёта напряжённого состояния и исследования прочности слоистых материалов с градиентным распределением свойств.

Глава 3. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ СОЗДАНИЯ ГРАДИЕНТНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ТВЁРДЫХ СПЛАВАХ И ОКСИДНОЙ КЕРАМИКЕ.

3.1. Разработка инструментальных материалов с прогнозируемыми свойствами - основная задача инструментального материаловедения.

3.2. Анализ взаимосвязи фазового, химического состава материала со свойствами режущего инструмента.

3.3. Критерии стойкости режущего инструмента во взаимосвязи с физико-механическими свойствами самсонидов.

3.4. Схема структуры покрытия на режущих инструментах.

3.5. Физическая модель формирования многослойного покрытия на режущем инструменте.

ВЫВОДЫ.

Глава 4. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МОДЕЛИ МАТЕРИАЛА С

ПОВЕРХНОСТНЫМ ГРАДИЕНТОМ СВОЙСТВ.

4.1. Исследование напряженного состояния и прочности материалов с покрытиями.

4.1.1. Материалы с однослойным покрытием.

4.1.2. Материалы с покрытием с переходной зоной.

4.1.3. Инструментальные материалы с многослойными покрытиями.

4.2. Модель слоистого материала с градиентным распределением свойств оптимальной конструкции.

ВЫВОДЫ.

Глава 5. РАЗРАБОТКА И ПОЛУЧЕНИЕ СЛОИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ПОВЕРХНОСТИ ВОЛЬФРАМСОДКРЖАЩИХ ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ.

5.1. Физико-механические свойства слоистых материалов с градиентным распределением свойств.

5.2. Структура, фазовый и химический состав, слоистых материалов.

5.3. Оптимизация технологических параметров получения слоистых материалов (с многослойными покрытиями) методом КИБ.

5.4. Поверхностное легирование твердых сплавов.

5.5. Анализ диаграмм состояния системы W-C-Co-Ti.

5.5.1. Термодинамическая оценка возможности взаимодействия в системе W-C-Co-Ti.

5.6. Структура, фазовый состав легированных твердых сплавов.

5.7. Физико-механические и функциональные свойства дисперсноупрочненного твердого сплава.

5.7.1. Исследование модуля Юнга в поверхностно-упрочненных материалах.

5.8. Оптимизация технологических параметров получения градиентного инструментального материала.

5.9. Микромеханизмы изнашивания и разрушения твердосплавного инструмента при нестационарном резании.

5.10. Микромеханизмы изнашивания и разрушения твердосплавного инструмента с покрытиями.

5.11. Кинетика микроразрушения многослойных покрытий.

5.11.1. Определение параметров многослойных покрытий, состоящих из чередующихся слоев тугоплавких металлов и их соединений.

5.12. Общая схема разрушения твердых сплавов с покрытиями. ВЫВОДЫ.

Глава 6. ИССЛЕДОВАНИЕ СОВРЕМЕННЫХ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ AL203 И РАЗРАБОТКА СЛОИСТЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ

МАТЕРИАЛОВ.

6.1. Термодинамический анализ возможности взаимодействия в системе оксидная керамика - железоуглеродистые сплавы.

6.2. Состав и структура оксидных керамик.

6.3. Физико-механические свойства оксидных керамик.

6.4. Фрактографические исследования оксидных керамик.

6.5. Влияние способа финишной обработки на структуру и состав оксидных керамик.

6.6. Исследование процессов изнашивания и разрушения инструментальной керамики при обработке конструкционных материалов.

6.6.1. Особенности микромеханизмов изнашивания и разрушения оксидных керамик при обработке

• конструкционных сталей.

6.6.2. Исследование микромеханизмов изнашивания и разрушения оксидных керамик при обработке чугунов резанием.

6.7. Физическая модель высокотемпературного изнашивания керамики на основе а-А^Оз.

6.8. Повышение надежности и долговечности инструментальной керамики.

6.9. Оптимизация технологических параметров получения слоистой керамики.

ВЫВОДЫ.

Глава 7. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

7.1. Стойкостные зависимости Ьз -V, Т- V слоистых материалов с градиентным распределением свойств.

7.2. Сравнительные производственные испытания слоистых материалов.

7.3. Эксплуатационные испытания слоистых материалов, состоящих из чередующихся слоев металлов и тугоплавких соединений.

7.4. Исследование служебных свойств слоистых материалов, полученных дисперсным упрочнением.

7.5. Технико-экономическая эффективность производства и применения слоистого материала на основе WC-Co.

7.6. Применение слоистых керамических материалов. ВЫВОДЫ.

Стратегическим направлением развития материаловедения является разработка новых материалов, что связано со все возрастающими требованиями к повышению уровня их физико-химических, технологических и эксплуатационных свойств, создание технологий получения и производства. В этом аспекте особый научный и практический интерес представляет разработка и получение инструментальных материалов (ИМ). Известно, что в машиностроении и других отраслях промышленности производительность труда и качество обработки деталей машин в значительной степени зависит от применяемого режущего материала (РМ). Выбор материала режущей части инструмента на протяжении веков был приоритетной задачей науки, технологии и теснейшим образом связан с развитием металлургии, а в последнее время с порошковой металлургией, воздействием концентрированных потоков энергии, а также физикой и химией твердого тела.

Использование на практике материалов для резания происходило последовательно в соответствии с развитием металлургии: углеродистые стали - легированные стали - быстрорежущие стали - вольфрамосодержащие твердые сплавы — тугоплавкие соединения (Самсониды) - керамика - слоистые композиционные материалы, причем вначале создание материалов осуществлялось преимущественно за счет изменения химического и фазового составов, а с середины XX века - за счет создания новой структуры как в объеме материала или его ограниченных зонах, так и на поверхности материала путем нанесения на его рабочие поверхности различными методами тонких слоев, имеющих более высокую твердость, износостойкость, жаростойкость и т.д. Разработанные в начале 70-х годов технологии газофазного нанесения износостойких покрытий делают возможным формирование на рабочих поверхностях инструмента износостойких покрытий определенного состава, структуры и строения, что, в свою очередь, позволяет создать композицию покрытие-инструментальный материал, сочетающую такие свойства, как прочность, вязкость, твердость, теплостойкость, и позволяющую значительно повысить работоспособность РМ. Данной проблеме посвящены работы А.С. Верещаки, В.И. Третьякова, Ю.Г. Кабалдина, И.А. Подчерняевой, Mattews , Holmberg, Zeyland и др.

В настоящее время коммерческий и исследовательский интерес в области совершенствования РМ направлен на разработку композиционной керамики и композиционных керамических покрытий, в том числе на поверхности вольф-рамсодержащих твердых сплавов, в которых варьирование структурными эффектами и выбор фазовых составляющих позволяют конструировать материал-покрытие так, чтобы комбинировать свойства, необходимые для условий эксплуатации режущих инструментов, созданием на рабочей поверхности режущего инструмента материала слоистой структуры с градиентным распределением свойств по глубине. Актуальность разработки слоистых материалов с градиентным распределением свойств (СМГРС) инструментального назначения подтверждается тем, что все ведущие фирмы, такие как Krupp Widia GmbH (Германия), Kennametal (США), Metalwork Plansee AG (Австрия), Sandvik Coromant работают над данной проблемой, руководствуясь собственными традициями и исследованиями. Это принципиально новый этап в разработке и создании режущих материалов, являющихся новым материалом композиционного типа, в котором сочетаются высокие физико-химические свойства поверхностного слоя и необходимые свойства основы (высокая прочность, ударная вязкость, трещи-ностойкость и т.д.). Несмотря на ряд фундаментальных работ в этом направлении, проблема создания СМГРС еще далеко не исчерпана и требует на данном этапе развития материаловедения разработки фундаментальных принципов и положений по исследованию и созданию функциональных материалов, и прежде всего общей концептуальной основы и методологии получения материалов в рамках отдельного раздела материаловедения — инструментального материаловедения, разрабатываемого автором. Кроме того, отсутствуют критерии выбора материала покрытия, не определен характер распределения физико-химических свойств по глубине слоя, их соотношение с материалом основы и обрабатываемого материала, а также влияния этих характеристик на режущие свойства инструмента. Для решения указанных задач и сопутствующих проблем необходима разработка современной парадигмы создания функциональных материалов.

Работа выполнялась в рамках фундаментальных исследований по госбюджетной тематике «Разработка составов, методов улучшения физико-механических свойств композиционных материалов с керамическими и металлическими матрицами» (№ государственной регистрации 01.9.00 000050) Института машиноведения и металлургии ДВО РАН в 1989-1991 гг., по программе работ по развитию перспективных упрочняющих технологий в ГНПП «Технология» в 1995-2000 гг., в рамках фундаментальных исследований по госбюджетной тематике «Разработка и получение функциональных материалов и покрытий с использованием минерального сырья и исследование их свойств» (№государственной регистрации 01.2.00 106190) Института материаловедения ХНЦ ДВО РАН в 2003-2005 гг.

Цель работы состоит в решении научно-прикладной проблемы в области материаловедения, направленной на решение важной народнохозяйственной задачи - повышения стойкости режущего инструмента из вольфрамсодержа-щих твердых сплавов и оксидной керамики на основе разработки научных принципов формирования слоистого материала с прогнозируемым составом и структурой, обеспечивающих необходимый градиент свойств по глубине поверхностного слоя, и создание на их основе высокоэффективного режущего инструмента для условий повышенных нагрузочно-скоростных параметров эксплуатации.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

• разработка нового раздела материаловедения - инструментального материаловедения, определение его целей, задач, основных проблем и путей их решения;

• разработка новой парадигмы создания функциональных материалов, в частности, инструментального назначения на основе вольфрамсодержащих твердых сплавов и оксидной керамики;

• разработка критериев выбора материала слоистой композиции покрытия на поверхности вольфрамсодержащего твердого сплава;

• разработка и исследование комплексной модели поведения слоистых материалов с градиентом свойств по глубине покрытия;

• разработка методов и методики оценки свойств СМГРС (микропластичности, трещиностойкости, прочностных характеристик, модуля Юнга);

• исследование взаимосвязи состав-структура-свойства-технология инструментальных материалов на основе вольфрамсодержащих твердых сплавов и оксидной керамики; .

• исследование закономерностей изнашивания и разрушения слоистых материалов в зависимости от состава, структуры и технологии в широком диапазоне изменения условий нагружения;

• разработка и создание композиционного материала из чередующихся фаз тугоплавких соединений и металлов на поверхности твердого сплава и керамики с плавным изменением свойств;

• оптимизация технологических параметров получения слоистых материалов с градиентным распределением свойств.

Научная новизна работы

1. Сформирован новый раздел материаловедения - инструментальное материаловедение, в рамках которого разработана новая парадигма (парадигма Верхотурова - Фадеева) создания функциональных материалов (инструментального назначения), основанная на пятиз венной схеме «условия эксплуатации-состав-структура-технология-свойства».

2. Разработаны научные принципы создания износостойких слоистых материалов из чередующихся фаз тугоплавких соединений и металлов на поверхности вольфрамсодержащих твердых сплавов и оксидной керамики, заключающиеся в прогнозируемом изменении Е, X. а по толщине слоя, обеспечивающем снижение рабочей температуры режущей кромки, увеличение ее твердости и повышение адгезионного взаимодействия покрытия с основой.

3. Впервые предложен критерий стойкости режущих инструментов, связывающий физико-химические свойства Самсонидов (твердость, температуру плавления, модуль упругости, коэффициент термического расширения, коэффициент теплопроводности) применительно к покрытиям на вольфрам-содержащих твердых сплавах и условиям их работы.

4. Разработан способ стадийного легирования вольфрамсодержащих твердых сплавов, заключающийся в выделении дисперсных фаз на границах зерен твердого сплава и их измельчении с образованием протяженного диффузионного слоя (1 д > 1 п ) промежуточного слоя между покрытием и основой переменного состава с повышенным пределом текучести и микропластическими свойствами, обеспечивающими плавное изменение свойств от режущей кромки к основе.

5. Разработаны оригинальные методы определения модуля Юнга поверхностно-упрочненных материалов и одно-, многослойных покрытий из тугоплавких соединений на поверхности вольфрамсодержащих твердых сплавах на основе измерения резонансных частот при продольных ультразвуковых колебаниях образца.

6. Впервые предложена физическая модель инструментального материала слоистой структуры, основанная на изменении модуля Юнга, коэффициента линейного температурного расширения и напряженного состояния приповерхностных слоев режущего инструмента. Согласно данной модели, инструментальный материал с заданными физико-химическими и эксплуатационными свойствами должен представлять собой материал с многослойным, не менее трех слоев покрытий, полученный различными методами и их сочетаниями.

7. Изучен механизм изнашивания твердых сплавов и оксидной керамики с покрытиями из тугоплавких металлов и их соединений, позволяющий сформулировать основные подходы к разработке функциональных материалов инструментального назначения в широком интервале нагрузочно-скоростных режимов.

Решение поставленных в работе задач и полученные результаты по стойкости режущих инструментов с учетом химического взаимодействия материалов режущей кромки и обрабатываемой детали, физико-химических процессов в контактной зоне является научным вкладом в перспективное направление создания и конструирования композиционных покрытий на режущих инструментах для повышенных нагрузочно-скоростных параметров обработки. На защиту выносятся

• методологические основы разработки и получения функциональных материалов инструментального назначения, базирующиеся на установлении взаимосвязи «условия эксплуатации - состав — структура — технология -свойства»;

• критерии выбора тугоплавких соединений (Самсонидов ) в качестве покрытий на поверхности волфрамсодержащих твердых сплавов;

• модель материала с многослойным покрытием инструментального и триботехнического назначения с оптимальным распределением упругих характеристик;

• новые методики определения микромеханических и прочностных свойств слоистых материалов с градиентным распределением свойств (микропластичность, трещиностойкость, модуль Юнга) а.с.1785832. 1786423;

• экспериментальные зависимости изнашивания и разрушения слоистых материалов в широком диапазоне нагрузочно-скоростных параметров эксплуатации.

• составы, технологические режимы и способы получения слоистых материалов на вольфрамсодержащих твердых сплавах (а.с.1527949, 1584415, 1631832, 1730784,1790251);

• составы, технологические режимы и способы получения слоистых структур на поверхности оксидной керамики (а.с.1536723, 1584323, 1600358,1635495, 1812764).

Практическая значимость и реализация работы в промышленности

Полученные в работе экспериментальные и теоретические результаты положены в основу разработанных технологических процессов получения слоистых материалов с градиентным распределением свойств. -Разработана новая постадийная технология получения СМГРС на основе композиции WC-Co с высокой демпфирующей способностью и повышенной износостойкостью (а.с. №№1730784, 1526045, 1584415, 1440083).

Разработаны новые керамические инструментальные материалы для процессов обработки резанием с повышенными, по сравнению с существующими аналогами, объемной прочностью и износостойкостью (а.с. №№ 1526133, 1685071, 1727371, 1640946).

Разработаны и экспериментально подтверждены способы повышения работоспособности режущего инструмента из керамики на основе а -А120з путем обработки в плазме ионов Ti, Zr, Hf с последующим осаждением слоя металлов-геттеров (а. с. №№ 1536723, 1584323, 1600358, 1635495,1812764). Разработана установка для исследования внутренних напряжений в химически пассивных материалах (послойное стравливание).

Полученные научные результаты послужили основой для организации в промышленном районе Дальневосточного региона в г. Комсомольске-на-Амуре предприятия «ДВ Технология» по производству инструментальных материалов, в том числе СМГРС, которые используются на различных предприятиях России.

Результаты работы внедрены в производство на предприятиях ДВЖД (вагонное депо ВЧД-2, локомотивное хозяйство г. Хабаровск, ВЧД-6, г. Комсомольск на -Амуре), ЗАО «Термотрон», г. Брянск, Армавирский ЭМЗ, предприятия Ю-ВОСТ РГОТУПС, г. Воронеж, ОПМС-ЮЗ, Московско-Рязанского отделения Московской ЖД, предприятия Забайкальской ЖД (акты внедрения прилагаются). Данные разработки защищены более 20 авторскими свидетельствами и Патентами РФ.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Теоретически разработана и экспериментально подтверждена методология создания инструментальных материалов, основанная на новой парадигме, включаюшей пятизвенную схему: «условия эксплуатации- состав-структура-свойства-технология» и позволяющая конструировать слоистые композиционные материалы повышенной эффективности.

2. Впервые разработан критерий выбора материала режущих инструментов, связывающий физико-химические свойства Самсонидов (твердость, температуру плавления, модуль упругости, коэффициент термического расширения, коэффициент теплопроводности) применительно к покрытиям на вольфрамсодержащих твердых сплавах и оксидной керамики и условиям их работы.

3. Предложена и обоснована физическая модель строения инструментального материала слоистой структуры с градиентом свойств по глубине поверхностного слоя, состоящая из трех основных слоев и обеспечивающая плавное изменение свойств от режущей кромки в глубь материала: повышение теплопроводности X и модуля упругости Е, уменьшения коэффициента термического расширения а. Такая структура повышает адгезионное взаимодействие покрытия с основой, способствует снижению рабочей температуры режущей кромки, что препятствует уменьшению ее твердости, снижает термические напряжения, усталостное и хрупкое разрушение режущего инструмента, а в целом повышает работоспособность режущих инструментов.

4. Проведен расчет напряжённого состояния и прочности материалов с поверхностным градиентом свойств инструментального и триботехнического назначения при комплексном воздействии силовых и температурных факторов и предложены различные варианты состава материала с поверхностным градиентом свойств по глубине оптимальной конструкции для процессов резания. Установлено, что наибольшее влияние модуль Юнга Е и KJITP оказывает на распределение напряжений и прочность покрытий, которые разрушаются первыми.

5. Разработаны оригинальные экспериментальные методы определения модуля Юнга поверхностно-упрочненных материалов и одно-, многослойных покрытий из тугоплавких соединений на поверхности вольфрамсодержащих твердых сплавах на основе измерения резонансных частот при продольных ультразвуковых колебаниях образца.

6. Разработано и получено многослойное покрытие градиентной структуры, сочетающее твердую и мягкую фазы для придания покрытию упруго-пластических свойств с целью противостоять ударным нагрузкам, и состоящее из чередующихся слоев (77+ 777V+.+77+TiN), полученное методом КИБ и имеющее высокую микротвердость 18 ГПа, высокую микропластичность А/7^1000 МПа микрообъемов покрытия, высокую сцепляемость покрытия с основой. Рассчитаны параметры многослойного покрытия: толщины отдельных слоев тугоплавких металлов и их соединений, отношение толщин чередующихся слоев и оптимальное расположение твердых и мягких слоев различной толщины по высоте покрытия, в зависимости от условий процесса резания;

7. Разработана принципиально новая постадийная технология получения композиционных градиентных материалов на основе композиции WC-Co с высокой демпфирующей способностью и повышенной износостойкостью (а.с. №№1730784, 1526045, 1584415, 1440083). Показано, что нанесение после предварительного спекания на твердосплавную подложку легирующего карбидообразующего элемента (Ti и др. металлов IV-VI групп периодической системы) позволяет в ходе окончательного жидкофазного спекания изменять фазовый состав и структуру композита с образованием стабильных дисперсных выделений (Tij.xC; CoTi; Co{Ti; (TiW)C; CojWe) с плавным градиентом от поверхности к объемам; приводит к уменьшению размера зерен «-фазы

WC) в диффузионном слое на 42%, росту микротвердости в 1,25 раза, трещиностойкости в 1,4 раза;

8. Изучен механизм изнашивания твердых сплавов и оксидной керамики с покрытиями из тугоплавких металлов и их соединений, позволяющий сформулировать основные подходы к разработке функциональных материалов инструментального назначения в широком интервале нагрузочно-скоростных режимов: большей прочностью в условиях прерывистого резания обладает инструмент, у которого при нанесении покрытий образуется протяженный диффузионный слой между покрытием и основой, увеличивающий сопротивление зернограничной ползучести и вязкому разрушению поверхности, высокой энергопоглощаемостью объемов основы. При низких скоростях резания поверхность должна обладать большей энергопоглощаемостью, чем при высоких.

9. Установлено, что покрытие керамики на основе AI2O3 переходными металлами IV группы Периодической системы (Ti,Zr, Hf) снижает ее хрупкость за счет образования в поверхностном слое интерметаллидов AlTi2, Ti9Al23, сложных оксидов А12ТЮз, ТЮ2, Mg2Ti02 и интерметаллидов AlTi2, Ti9Al23, увеличивающих адгезию металлического покрытия к основе. Упрочнение границ зерен а- А120з термодинамически стабильными соединениями снижает процессы ползучести и пластической деформации на площадках контакта, а слой металла предотвращает проникновение в зону контакта кислорода воздуха, участвующего в образовании вторичных структур, что в конечном итоге повышает работоспособность керамического инструмента.

Ю.Разработаны новые композиционные инструментальные материалы для процессов обработки резанием с повышенными, по сравнению с существующими аналогами, объемной прочностью и износостойкостью (а.с. №№ 1526133, 1685071, 1727371, 1640946);

11 .Разработаны и экспериментально подтверждены способы повышения работоспособности режущего инструмента из керамики на основе а-А12Оз путем обработки в плазме ионов Ti, Zr, Hf с последующим осаждением слоя металлов-геттеров (а. с. №№ 1536723, 1584323, 1600358, 1635495,1812764);

12. Организовано в г. Комсомольске-на-Амуре предприятие «ДВ Технология» по производству инструментальных материалов, в том числе слоистой структуры, которые используются на различных предприятиях России.

1. Лоладзе Т.Н. Прочность и износостойкость режущего инструмента. — М.: Машиностроение, 1982.-320 с.

2. Голованов Л.В. Соперники резца. М.: Машиностроение, 1973. - 144 с.

3. Верхотуров А.Д., Фадеев B.C. Современное состояние и перспективы развития материаловедения. Владивосток: Дальнаука, 2004. - 230 с.

4. Верещака А.С. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями. М.: Машиностроение, 1993. 336 с.

5. Геллер Ю.А. Инструментальные стали. М.: Металлургия, 1975 584 с.

6. Металлообрабатывающий твердосплавный инструмент: справ. / В.С.Самойлов, Э.Ф.Эйхманс, В.А.Фальковский и др. М.: Машиностроение, 1988. 368 с.

7. Федорченко И.М., Францевич И.Н., Радомысельский И.Д. и др.Порошковая металлургия: справ. / Под ред И.М. Федорченко. Киев: Наук, думка, 1985. 624 с.

8. Францевич И.Н. Упругие постоянные, модули упругости твёрдых тел, твёрдость и прочность // В кн. Сверхтвёрдые материалы /Францевич И.Н., Гне-син Г.Г., Курдюков А.В., др. Киев.: Наук, думка, 1980. - 296 с.

9. Третьяков В.И. Основы металловедения и технологии производства спеченных твердых сплавов. М.: Металлургия, 1976. 528 с.

10. Лошак М.Г. Прочность и долговечность твердых сплавов. Киев: Наук, думка, 1984. 328 с.

11. П.Третьяков В.И. Металлокерамические твердые сплавы. М.: Машиностроение, 1962. 592 с.

12. Музыкант Я.А., Самойлов B.C. Режущие инструментв с пластинками из безвольфрамовых твёрдых сплавов. Обзор. — М.: НИИмаш, 1984. 60с.

13. Куимова М.Е., Максимов А.А. Получение и применение новых конструкционных керамических материалов // Аналитический обзор. ГКНТ, ВНТИЦ. М., 1986.

14. Стрелов К.К. Теоретические основы технологии огнеупорных материалов. М.: Металлургия, 1985.

15. Фадеев B.C. Хрупкое разрушение твердосплавного инструмента при фрезеровании. // Станки и инструмент, 1985. №9. С. 23-24.

16. Пилянкевич А.Н., Мельникова В.А., Кулик А.И. Структура керамики на основе А12Оз с добавкой TiC. М.: Порошковая металлургия, 1987. № 1, С.84-87.

17. Алёшин В.Г., Андреев Г.П., Богатырёва Г.П.,др. Синтетические сверхтвёрдые материалы: в 3-х т. Т.1. Синтез сверхтвёрдых материалов / Ред. Новиков Н.В., др. Киев: Наук, думка, 1986. - 280 с.

18. Сборный твёрдосплавной инструмент / Хает Г.Л., Гах В.М., Громков К.Г. и др.; Под ред. Хаета Г.Л. М.: Машиностроение, 1989. - 256 с.

19. Кабалдин Ю.Г. Хрупкое разрушение режущей части инструмента // Вестник машиностроения, 1981. №7. С. 41 -42.

20. Кабалдин Ю.Г. Исследование разрушения режущей части твердосплавного инструмента при прерывистом резании // Вестник машиностроения, 1981. №8. С. 52-54.

21. Чапорова И.Н., Черняковский К.С. Структура спеченных сплавов. М.: Металлургия, 1975. 247 с.

22. ТрефиловВ.И., Мильман Ю.В., Фирстов С.А. Физика прочности тугоплавких металлов / Физическое материаловедение в СССР: История, соврем, состояние, перспективы развития / ред. Трефилов В.И., Францевич И.Н., др. -Киев.: Наук. Думка, 1986. С.222-251.

23. Кабалдин Ю.Г. Структура, прочность и износостойкость композиционных инструментальных материалов. Владивосток: Дальнаука, 1996. - 183с.

24. Шоршов М.Х., Жбынёв Д.А. Роль структурных дефектов в процессе эк-зоэлектронной эмиссии при пластической деформации (обзор ) // Физика и химия обработки металлов. — 1981, №3. С.73-86.

25. Лебедев А.Б., Кустов С.Б., Кардашов Б.К. Амплитудно-зависимое поглощение ультразвука и аккусто-пластический эффект в процессе активной деформации монокристаллов // Физика твёрдого тела. 1982, т.24, в 10. - С.3169-3172.

26. Акулов Н.С., Мухин А.А., Морозов И.М., др. Дислокационная теория физических свойств поликристаллов / Сб. Физические методы и средства не-разрушающего контроля. Минск. Наука и техника. - 1976. - С.151-158.

27. Шанявский А.А. Теория дискретности роста усталостных трещин в металлах / Изв. АН СССР. Металлы, 1984, № 3. - С. 159-163.

28. Жедь В.П., Боровский Г.В., Музыкант Я.А., др. Режущие инструменты, оснащённые сверхтвёрдыми и керамическими материалами и их применение. Справочник М.: Машиностроение, 1987. - 320 с.

29. Хакен Г. Синергетика. М.:Мир. - 1980. - 406с.

30. Одинг И.А. Допускаемые напряжения в машиностроении, циклическая прочность металлов. — М.: Машгиз, 1962. 260с.

31. Гуревич Д.М. Принципы образования стойкости зависимости твердосплавного инструмента // Вестник машиностроения, 1976. №12. С.30-33.

32. Клушин М.И., Фадеев B.C. Исследование микромеханизмов разрушения твердых сплавов при обработке резанием и пути повышения их сопротивления к различным типам разрушения. М.: НИИМАШ, №233. ДШ. Д82. 40 с.

33. Лоладзе Т.Н. Износ режущего инструмента. М.: Машгиз, 1958. 354 с.

34. Протопопов Б.Е. Численное моделирование явления генерации солито-вов движущейся областью поверхностного давления // ПМТ. 1991, №3. — С.78-84.

35. Кабалдин Ю.Г., Шпилёв A.M. Самоорганизующиеся процессы в технологических системах обработки резанием. Диагностика, управление. — Владивосток: Дальнаука, 1998. — 296 с.

36. Кабалдин Ю.Г. Структурнозэнергетический подход к процессу изнашивания твёрдых сплавов // Известия ВУЗов. Машиностроение 1986. № 4. — С.127-131.

37. Талантов Н.В., Дудкин М.Е. Исследование диффузионных процессов при обработке сталей твердосплавным инструментом // Технология машиностроения и автоматизация производственных процессов. Волгоград: 1978. С.79-91.

38. Химический износ режущей керамики при обработке стали. М.: ВНИИ-ТЭМР, 1987. С.1-10.

39. Окусима К., Хоси Т., Норутаки Н. Характер поведения продуктов адгезии на поверхности режущего инструмента при обработке кальциевых окисленных сталей. "Сэйницу Кикай", 1968. Т.34. №7. 478 с.

40. Норутаки Н. Керамические материалы для режущих инструментов. "Кикай но кэнкю", 1978. Т.ЗО. №6. С.22-726.

41. Алёхин В.П., Гусев О.В., Шоршоров М.Х. О причинах проявления аномальной пластичности в поверхностных слоях кристаллов на начальной стадии деформирования // Физика и химия обработки материалов, 1969, № 6. С.50-60.

42. Васильев М.А. Релаксация атомной структуры поверхности металлов // Металлофизика, 1993. Т. 13, № 3. 77-96.

43. Иванова B.C. Усталостное разрушение. М.: Металлургия, 1979. - 168с

44. Иванова B.C. Усталостное разрушение металлов. М.: Металлургия. 1963.-272 с.

45. Подураев В.Н., Закураев В.В. Разработка и реализация способа управления оптимальным режимом резания // Вестник машиностроения, 1996. №11. -С.31-36.

46. Креймер Г.С. Прочность твёрдых сплавов. М.: Металлургия, 1971. -247 с.

47. Чернавский К.С., Травушкин Г.Г. Современные представления о связи структуры и прочности твёрдых сплавов WC-Co (Обзор) // Проблемы прочности. 1980. № 4.-С. 11-19.

48. Кабалдин Ю.Г. Разрушение режущей части инструмента под воздействием адгезионных явлений // Станки и инструменты, 1981. № 2. С.23-25.

49. Кабалдин Ю.Г., Олейников А.И., Шпилёв A.M., др. Математическое моделирование самоорганизующихся процессов в технологических системах обработки резанием. — Владивосток: Дальнаука, 2000. — 196с.

50. Ким В.А. Самоорганизация в процессах упрочнения, трения и изнашивания режущего инструмента. Владивосток: Дальнаука, 2001. - 203 с.

51. Верхотуров А.Д. Формирование поверхностного слоя металлов при электроискровом легировании. — Владивосток: Дальнаука, 1995. — 323 с.

52. Самсонов Г.В. Роль образования стабильных электронных конфигураций в формировании свойств химических элементов и соединений // Укр. Хим. Журн. 1965. Тю31.-С. 1233-1237.

53. Самсонов Г.В., Прядко Л.Ф. Конфигурационная модель и энергетический спектр переходных металлов // Конфигурационная локализация электронов в твёрдом теле. — Киев: Наук, думка, 1975. — С.9-19.

54. Самсонов Г.В., Горячев Ю.М., Ковенская Б.А. Конфигурационная модель вещества и метод ГО-ЛКАО // Конфигурационная локализация электронов в твёрдом теле. Киев: Наук, думка, 1975. - С. 19-25.

55. Самсонов Г.В., Прядко И.Ф. Конфигурационная модель вещества. — Киев: Наук, думка, 1971. 437 с.

56. Андриевский А.Р., Спивак И.И. Прочность тугоплавких соединений и материалов на их основе. Справочник. — Челябинск: Металлургия, 1989. — 368 с.

57. Андриевский Р.А., Ланин А.Г., РымашевскийтГ.А. Прочность тугоплавких соединений. М.:Металлургия, 1974. - 232 с.

58. Воронин Н.А. расчет несущей способности и твердости топокомпозита триботехнического назначения // Вестник машиностроения. 2002. № 10. С. 21 — 28.

59. Олейников А.И., Кузьмин А.О. Расчет напряженного состояния и оценка прочности режущего инструмента с тонким покрытием // Проблемы прочности. 2003. № 1.С. 98-110.

60. Кректулева Р.А. Компьютерное конструирование высокопрочных градиентных материалов, работающих при динамических нагрузках // Проблемы прочности. 2003. № 1. С. 117 126.

61. Кожевников Н.Е. Повышение работоспособности рабочей части инструмента из быстрорежущей сталей комбинированными методами упрочнения: Автореф. дис. канд. техн. наук. Горький, 1989. - 19 с.

62. Папшев Д.Д. Отделочно-упрочняющая обработка поверхностно-пластическим деформированием. М.: Машиностроение, 1978. - 152 с.

63. Полухин П.И., Горелик С.С., Воронцов В.К. Физические основы пластической деформации. М.: Металлургия, 1982. 584 с.

64. Чен К., Key У., Конг М., Хуанг Д. Исследование особенностей разрушения стальных пластин с керамическим покрытием при динамическом испытании на трехточечный изгиб // Физическая мезомеханика. 2002. Т. 5. № 4. С. 35 — 39.

65. Креймер Г.С. Сафонова О.С. О влиянии термообработки и скорости охлаждения в процессе спекания на свойства твердых сплавов WC-Co / Твердые сплавы, 1964. №5. С. 152 160.

66. Згаевский В.Э., Яновский Ю.Г., Власов А.Н. и др. Структура и микромеханические свойства межфазных слоев полимерных матричных композитов // Механика композиционных материалов и конструкций. 1999. Т. 5. № 2. С.109 122.

67. Гнесина Г., Осипова И. и др. Керамические инструментальные материалы. Киев.: Тэхника, 1991.

68. Пат. 4336305 США, МКИ3 С23С 11/08. Керамические типы и способ их изготовления /

69. Nacada Y., Keh A.S. Latent hardening in iron single crystals. Acta met., 1966. 14. №8. P.961-973.

70. Pelloux R.M.N., Mc. Millan J.C. The analysis of fracture surfaces by electron microscopy. Jn: Proc. Jst. Jnt. conf. fract. Sendai, 1965. vol. 2. P.547-569.

71. Rosenfield A.R, Hahn G.T. Sources of fracture toughness. Jn. Appl. relat. Phenomena in titanium alloys, 1968. P.5-32.

72. Лошак М.Г., Пилянкевич A.H., Шаповал B.C. и др. О связи между еханическими характеристиками и микроструктурой твердых сплавов TiC-Ni(Mo). Сверхтвердые сплавы, 1985. №2. С.23-26.

73. Мальцов О.С. и др. Современные керамические инструментальные материалы. Технология изготовления и эффективность применения // Машиностроительное производство. Серия: Технология и оборудование обработки металлов резанием. М.: ВНИИТЭРМ, 1989.

74. Журнал ВХО им. Менделеева , 1979. N 3. С. 211-276.

75. Финдайзен Б., Фридрих Э., Калнинг И. и др. Витерс Порошковая металлургия. Спеченые и композиционные материалы / Под ред. В. Шатта. М., "Металлургия", 1983. 520. с.

76. Тушинский Л.И., Тихомирова Л.Б. Перспективные пути повышения прочности сталей / Структура и конструктивная прочность стали. Новосибирск: НЭТИ, 1974, С. 3-49.

77. Талантов Н.В., Дудкин М.Е., Лошак М.Г. Исследование режущих свойств термоупрочненных твердых сплавов / Прогрессивные технологические процессы изготовления режущего инструмента. М.: МДНТП, 1987. С. 7- 11.

78. Трефилов В.И., Моисеев В.Ф. Дисперсные частицы в тугоплавких металлах. Киев: Наук, думка, 1978. 240 с.

79. Трефилов В.И., Мильтон Ю.В., Фирстов С.А. Физические основы прочности тугоплавких металлов. Киев: Наук, думка, 1975. 615 с.

80. Лошак М.Г., Александрова Л.А. Упрочнение твердых сплавов. Киев.: Наук, думка. 1977. 148 с.

81. Горбачева Т.Б., Вараксина А.В. Структурные изменения в твердых сплавах после различных методов их объемного упрочнения/ научн.тр. ВНИИТС. М.: Металлургия, 1986. С. 22 28.

82. Чистякова В.Н., Литовская М.С. Исследование ультрамелкодисперсных порошков вольфрама и WC-Co сплавов на их основе: Науч. тр. ВНИИТС. М. Металлургия, 1986. С. 33-43.

83. Муха И.М., Глоба Л.Г. Влияние скорости охлаждения на качество твердых сплавов / Порошковая металлургия, 1971. №5. С.91 94.

84. Лошак М.Г. Термическая обработка твердых сплавов WC-Co / Порошковая металлургия, 1981. №5. С.83 89.

85. Дудкин М.Е. Исследование свойств термоупрочненного твердосплавного инструмента / Физические процессы при резании металлов. Волгоград: 1980. С. 29 34.

86. Карасев Г.Ф., Сапронова З.Н., Стукалов И.М. Режущие свойства сплава на основе карбида вольфрама с кобальто-рениевой связкой.: Науч. тр. ВНИИТС. М.: Металлургия, 1986. С.61- 63.

87. Анциферов В.Н., Бобров Г.В., Дружинин Л.К. и др Порошковая металлургия и напыленные покрытия. Уч. для вузов. М.: Металлургия, 1987. 792 с.

88. Хасуи А., Моригаки О. Наплавка и напыление. М.: Машиностроение, 1985. 240 с.

89. Самсонов Г.В., Верхотуров А.Д. и др. Электроискровое легирование металлических поверхностей. Киев: Наук, думка, 1976. 219 с.

90. Брохин И.С., Эйхманс Э.Ф., Берман Н.В. Режущие свойства непе-ретачиваемых пластин твердых сплавов с термодиффузионными износостойкими покрытиями из карбида титана / Твердые сплавы. М.: Металлургия, 1976. ВНИИТС. С.17-24.

91. Ивановский Г.Ф., Петров В.И. Ионно-плазменная обработка материалов. М.: Машиностроение, 1986. 286 с.

92. Зорин Е.И., Павлов П.В., Тетельбаум Д.И. Ионное легирование полупроводников. М.: Машиностроение, 1975. 137 с.

93. Белоусов А.И., Иванов К.В., Кузнецов Б.И., Лигачев А.Е Повышение режущих свойств инструмента ионной имплантацией // Оптимизация процессов резания жаро- и особопрочных материалов. Уфа. 1984. С.37 45.

94. Полетика М.Ф. Обработка титановых сплавов инструментом, упрочненным методом ионной имплантации // Авиационная промышленность, 1986. №10. 40 с.

95. Лочков A.M., Мамонтов Ю.Н., Панфилов С.А. и др. /Физика и химия обработки материалов, 1979. №2. С.88 92.

96. Столяров В.Е., Бондаренков В.П., Бадрак С.А., Туров В.Р./ Порошковая металлургия, 1983. №9. С.83 87.

97. Ducarroir М., Bernard С. Proc. of the V conf. on chemical vapor deposition (CVD). Bucringhans hire. N - V. 1975. P. 72.

98. Пауэлл К., Оксли Дж., Блогер Дж. мл. Осаждение из газовой фазы. М.: Атомиздат, 1970. 472 с.

99. Емяшев А.В. Газофазная металлургия тугоплавких соединений. М.: Металлургия, 1987. 207 с.

100. Лунев В.М. Исследование характеристик плазмы вакуумных источников металлургических дуг // Труды IV всесоюзной конференции по физике низкотемпературной плазмы. Киев: Институт физики АН УССР, 1975. С.40 45.

101. Андреев А.А., Гаврилов А.Г., Падалко В.Г. Прогрессивные технологические процессы в инструментальном производстве. Тезисы докладов. М.: НТО МАШПРОМ, 1979. С.26 28.

102. Андреев А.А., Гаврилко И.В., Кунченко В.В. Исследование некоторых свойств конденсатов TiN, полученных осаждением плазменных потоков в вакууме (способ КИБ) // Физика и химия обработки материалов, 1980. №3. С.64 67.

103. Андреев А.А. Покрытия, получаемые конденсацией плазменных потоков в вакууме / Укр. физический журнал, 1979. Т.24. С.515- 525.

104. Исхаков С.С., Ходакова Т.А., Лаптев В.Г. Новый метод упрочнения трущихся деталей / Тракторы и сельхозмашины, 1978. №6. С.37 39.

105. ПО.Верещака А.С., Третьяков И.П. Режущие инструменты с износостойкими покрытиями. М.: Машиностроение, 1986. 192 с.

106. Кабалдин Ю.Г., Изотов С.А. Анализ разрушения тонких покрытий на твердом сплаве при прерывистом резании // Сверхтвердые материалы, 1987. №l. С.31 -36.

107. Кабалдин Ю.Г., Мокрицкий Б.Я., Семашко Н.А., Бурков А.А., Селезнев В.В., Изотов С.А Определение трещиностойкости инструментов // Машиностроитель, 1986. №9. 19 с.

108. ИЗ. Коняшин И.Ю., Аникеев А.И. Слоистые твердосплавные композиционные материалы // Цветные металлы, 1988. №3. С.80 84.

109. А. с. №1527949, МКИ 4С23С 14/00. Износостойкое покрытие для режущего инструмента / Фадеев B.C., Паладин Н.М., Щитов Г.А., Конаков А.В., Аникеев А.И., Чигрин Ю.Л., Леонов Е.Ю.

110. Нисияна А. Инструментальные материалы с многослойными покрытиями. Коге рэа мэтару, 1982. №77. С.55 57.

111. Сугисава Т. Твердосплавные режущие инструменты с покрытиями. «Соймицу кикай», 1980. №46. С.547 552.

112. Пат. №647817 (Швейцария). Спеченные изделия с многослойным износостойким покрытием. Опубл. в Б.И. №8.

113. Пат. №59-25968 (Япония). Материал с многослойным покрытием и способ его получения / Хитати киндзоку к.к.; авт. изобретения Иери Юсуке, Тахакаси Нарио.

114. Пат. №2.134.930 (Великобритания). Режущий инструмент с износостойким покрытием из термостойких соединений тугоплавких металлов и способ их получения. Опубл. в Б.И. 1985, №4.

115. А.с. СССР по заявке N 3930894/2/-24. Многослойное износостойкое покрытие./ Кабалдин Ю.Г., Мокрицкий Б.Я., Бурков А.А.

116. А. с. №1631832 Способ нанесения износостойких покрытий на твердосплавный режущий инструмент./ Фадеев B.C., Паладин Н.М., Аникеев А.И., Чигрин Ю.Л., Котлярова Т.В.

117. Хает Г.Л. Прочность режущего инструмента. М.: Машиностроение, 1975. 168 с.

118. Лошак М.Г., Александрова Л.И., Смагленко Ф.П. и др. Повышение прочностных характеристик твердых сплавов дробеструйной обработкой / Проблемы прочности, 1976. №8. С.97 99.

119. Хает Л.Г., Гах В.М., Левин В.И. Упрочнение твердосплавного режущего инструмента поверхностным деформированием. М.: НИИМаш, 1981.54 с.

120. Трент Е.М. / Экспресс-информация ВИНИТИ Сер. "Режущие инструменты", 1971. №2. С.21 -28.

121. Любимов В.Е., Муха И.М., Витрянюк В.К. Твердосплавные сверла с сердцевиной из высокопрочного сплава / Станки и инструменты, 1971. №9.1. C.36-39.

122. Бабич Н.М., Богатырев В.К., Бондаренко В.П. и др. Двухслойные штыри для оснащения шарошечных долот / Алмазный и твердосплавный инструмент в горном деле. Киев: Техника, 1965. С.86 90.

123. Пат. 2842342 (США). Rock drill cutting insert of hard metal / Hadlung1. D.W. Опубл. 08.07.58.

124. Плющ Г.В., Прядко Г.А., Слезко А.И., Остапчук В.И. Получение биметаллических изделий методом мундштучного прессования / Порошковая металлургия, 1971. №10. С.82 87.

125. Пат. 1118369 (Англия). Laminated carbide tool tips / Brownlee L.D., Raine Т. Опубл. 03.07.68.

126. Лисовский А.Ф., Линенко Ю.П. Металлокерамические сплавы с переменным содержанием кобальта / Порошковая металлургия, 1980. №11. С.35 -37.

127. Лисовский А.Ф., Грачева Т.Э., Черепенина Е.С., Манжелеев И.В. Формирование структуры твердых сплавов (Ti,W)C-WC-Co при взаимодействии с металлическими расплавами группы железа / Порошковая металлургия, 1988. №6. С.40 44.

128. Линенко Ю.П., Лисовский А.Ф., Вировец Л.И. и др. Износостойкость резцов, армированных пластинками твердого сплава с различным содержанием кобальта по их толщине / Горный породоразрушающий инструмент. Киев: Техника, 1970. С.73 78.

129. Самсонов Г.В., Прядко И.Ф., Прядко Л.Ф. Электронная локализация в твёрдом теле. — М., Наука, 1976. — 339 с.

130. Самсонов Г.В. Прочность и пластичность тугоплавких соединений. — Изв. АН СССР, Неорганические материалы, 1973, 9, С.1680

131. Прядко Л.Ф., Куницкий Ю.А. Принципы прогнозирования физико-химических свойств материалов. Учебное пособие. — Киев, Киевский политехнический ин-т, 1976. 50с.

132. Григорович В.К. Металлическая связь и структура металлов. — М.: Наука, 1988.-296 с.

133. Жилин В.А. Субатомный механизм износа режущего инструмента. — Ростов-на-Дону, Ростовский ун-т, 1973. 168 с.

134. Хирт Дж., Лоте И. Теория дислокаций. М., Атомиздат, 1972

135. Корсунский М.И, Генкин Я.Е., Лифшиц В.Г. Рентгено-спектральное исследование некоторых соединений ниобия с углеродом. Сб. Тугоплавкие карбиды. - Киев, Наук, думка, 1970.

136. Соколовский В.В. Теория пластичности. М. Высш. шк., 1969. — 608 с. 143. Трощенко В.Т., Покровский В.В., Прокопенко А.В. - Киев: Наук, думка, 1987. - 256 с.

137. Кулик О.П., Фоменко B.C., Бовкун Г.А., Верхотуров А.Д. Материалы на основе неоксидных тугоплавких соединений. Механические свойства. Справочник. (Рукопись). М.Металлургия, 1990, - 60 п.л. ~ 2800 с. маш., 18 табл., 1500 рис., > 2000 литер, источноков.

138. Pickens J.R., Gurland J. The fracture toughness of WC — Co alloys measured on single-edge notched beam specimens precracked by elerktron discharge machining. Mater. Sci. and Eng., 1978, 33 N 1, p. 135-142.

139. Oberle T.J. Properties Influencing Wear of Metals / J. of Metals (1951), vol.3. -P. 438-439.

140. Holmberg K., Matthews A., Ronkeman H. Coatings Tribology-Contact Mechanizms and Surface Design / Trybology International. (1998), v. 31. P.107-120.

141. Matthews A., Zeyland A., Holmerg K., Kainen H.Ron. Design Aspects for Advanced Tribological Coatings / Surnf. Coat. Technol. (1998), v. 100-101. P. 1-6.

142. Портной К.И., Заболоцкий A.A. и др. Классификация композиционных материалов // Порошковая металлургия, 1977. № 12. С.70 75.

143. Аникеев А.И., Захаров В.И. и др. Двухслойные покрытия из карбида титана и оксида алюминия на твердых сплавах // Исследования в области создания и применения твердых сплавов. М.: Металлургия, 1987. ВНИИТС. С.66 — 72.

144. Wolf-Dieter Munz. Titanium aluminum nitride films: A new alternative to TiN coatings // J. Vac. Sci. Technol. A 4 (6), Nov/Dec 1986. P. 2717 2725.

145. Hollec E H. k. Material selection for hard coatings //J. Vac. Sci. Technol. A 4 (6), Nov/Dec 1986. P. 2661 2669.

146. Леонов Е.Ю., Аникеев А.И. и др. Получение покрытий на твердых сплавах комбинированным методом // В сб.: Исследование и разработка твердых сплавов / Науч. тр. ВНИИТС. М.: Металлургия, 1988. С. 121 123.

147. Русин С.П., Усатиков С.В. О расчете напряжений в тонких прослойках // Проблемы прочности, 1989. № 2. С.61 — 64.

148. Sousa L.C., Ferreira A.J.M., Sa J.M.A.C. Elasto-plastic analysis of sandwich beams by joint elements // Механика композиционных материалов и конструкций. 2001. Т. 7. № 2. С 158 168.

149. Кульчицкий-Жигайло Р.Д., Евтушенко А.А. Влияние тонкого покрытия на распределение давления в контактных задачах с учетом фрикционного теплообразования // Прикладная механика и техническая физика. 1998. Т. 39. № 1. С.110- 118.

150. Рогачева Н.А. Моделирование контактного взаимодействия жесткого индентора со слоистой системой с учетом трения // Трение и износ, 2000. Т. 21. №4. С.376 —379.

151. Клочко Н.А., Коняшин И.Ю. Оценка величины остаточных макронапряжений в износостойких покрытиях, нанесенных на твердосплавные пластины / Исследование твердых сплавов: Науч. тр. ВНИИТС. М.: Металлургия, 1991. С.61-66.

152. Писаренко Г.С., Самсонов Г.В., Верхотуров А.Д. и др. Прочностные характеристики слоев, полученных электроискровым легированием сталей тугоплавкими металлами // Проблемы прочности, 1973. №2. С.106 112.

153. Табаков В.П., Езерский В.И., Полянсков Ю.В. Повышение работоспособности режущего инструмента путем направленного изменения состава износостойкого покрытия // Вестник машиностроения. 1989. № 12. С.43 46.

154. Сафронов И.И. Исследование возможности применения карбидных и боридных соединений Ti, Nb, Zr и Сг в качестве электродов для электроискрового легирования. Автореф. дис. канд. техн. наук, 1976. 179 с.

155. Ионная имплантация. / Под ред. Хирвонена Дж. К. М.: Металлургия, 1985.392 с.

156. Дейнеко В.Г. Механизация и автоматизация процессов образования профилей методом пластической деформации / Серия С-Х-3: Технология обработки давлением. М.: НИИ Маш, 1971. 120 с.

157. Якобсон М.О., Эстерзон М.А., Козырев Ю.Г. Изготовление шлицев на валах накатыванием / Серия С-Х-3: Технология обработки давлением. М.: НИИ Маш, 1968. 92 с.

158. Белоцерковский М.А. Триботехнические характеристики газоплазменных покрытий // Трение и износ, 2000. Т. 21. № 5. С.534 539.

159. Симдянкин А.А., Кривопалов Ю.В. Исследование износостойкости деталей слоеной конструкции // Трение и износ, 2000. Т. 21. № 4. С.433 437.

160. Кравченко В.И., Струк В.А. и др. Композиционные материалы для антифрикционных покрытий шлицевых соединений карданных передач // Материалы. Технологии. Инструменты. 2000. Т. 6. № 1. С.35 39.

161. Богданович И.Н., Кузьменкова Е.И., Байдак А.А. Износостойкие покрытия на основе смесей эпоксидных соединений // Материалы. Технологии. Инструменты, 2000. Т. 6. № 1. С.31 -34.

162. Власов В.М. Работоспособность упрочненных трущихся поверхностей. М.: Машиностроение, 1987. 304 с.

163. Полевой С.Н., Евдокимов В.Д. Упрочнение металлов. М.: Машиностроение, 1986. 320 с.

164. Сулима A.M., Шулов В.А., Ягодкин Ю.Д. Поверхностный слой и эксплуатационные свойства деталей машин. М.: Машиностроение, 1988. 240 с.

165. Оборудование для нанесения покрытий. М.: ИКФ «Каталог», 1996. 84с.

166. Болотников Г.В. Современные покрытия для твердосплавного инструмента // СТИН, 1994. № 4. с.ЗЗ 37.

167. Борисенок Г.В, Васильев Л.А. и др. Химико-термическая обработка металлов и сплавов: Справочник. М.: Металлургия, 1981. 424 с.

168. Филоненко Б.А. Комплексные диффузионные покрытия. М.: Машиностроение, 1981. 136 с.

169. Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов B.C. Основы расчетов на трение и износ. М.: Машиностроение, 1977. — 526 с.

170. Доценко В.А. Изнашивание твердых тел. М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1990. 192 с.

171. Когаев В.П., Дроздов Ю.Н. Прочность и износостойкость деталей машин. М.: Высшая школа, 1991. 319 с.

172. Тескер Е.И. Повышение контактной прочности поверхностно упрочненных зубчатых колес за счет оптимизации параметров упрочненного слоя // Вестник машиностроения, 1987. № 7. С.9 — 12.

173. Дроздов Ю.Н., Павлов В.Г., Пучков В.Н. Трение и износ в экстремальных условиях. М.: Машиностроение, 1986. 224 с.

174. Фадеев B.C. Особенности изнашивания и разрушения современных инструментальных материалов при нестационарном резании: Препринт. Владивосток: РИО ДВО АН СССР, 1991. 56 с.

175. Защитные покрытия / Труды 8-го Всесоюзного совещания по жаростойким покрытиям. JL: Наука, 1979. 272 с.

176. Тушинский Л.И., Плохов А.В. Исследование структуры и физико-механических свойств покрытий. Новосибирск: Наука, 1986. 200 с.

177. Аникин В.Н., Фадеев B.C., Аникеев А.И. и др. Исследование трещино-стойкости твердых сплавов с износостойкими покрытиями // Цветные металлы, 1989. № 3. С.106- 110.

178. Бойко Ю.Ф., Белова Е.К., Алексеева О.А. О механизме возникновения внутренних напряжений в вакуумно-плазменных конденсатах TiN // Физика и химия обработки материалов, 1987. № 3. С. 97 99.

179. Моисеев В.Ф., Фукс-Рабинович Г.С., Досбаева Г.К. и др. Влияние азота на структуру и свойства упрочняющих поверхностных покрытий на основе титана // Физика и химия обработки материалов. 1991. № 2. С. 118 121.

180. Ленская Т.Г. Диффузионное взаимодействие в системе твердый сплав с покрытием — обрабатываемый материал / В сб.: Исследование твердых сплавов /Научн. Тр. ВНИИТС. М.: Металлургия, 1991. С.151 155.

181. Бабад-Захряпин А.А. Дефекты покрытий. М.: Энергоатомиздат, 1987. 152 с.

182. Моисеев В.Ф., Фукс-Рабинович Г.С. и др. Вязкость и пластичность ионно-плазменных покрытий из нитрида титана // Заводская лаборатория, 1990. № 1. С.57 59.

183. Коняшин И.Ю., Травушкин Г.Г., Аникин В.Н. Влияние износостойких покрытий на прочностные характеристики твердых сплавов // В сб.: Исследование свойств твердых сплавов и вопросы их применения / науч. тр. ВНИИТС. М.: Металлургия, 1989. С.26 31.

184. Чебураева Р.Ф., Платонов Г.Л., Аникин В.Н., Аникеев А.И. Структура и фазовый состав износостойких покрытий на основе TiC-TiN на твердых сплавах // Исследование твердых сплавов: Науч. тр. ВНИИТС. М.: Металлургия,1991. С.51 55.

185. Карпов Ю.И., Чижмаков М.Б. Особенности формирования покрытий системы Ti(N,C) на твердосплавных пластинах // Вестник машиностроения,1992. №3. С.62 64.

186. Machet Е J., Lory С., Weissmantel С., Roth D., Siegel Е. Summary Abstract: Hard composite coatings of TiN with С or BN // J. Vac. Sci. Technol. A 4 (6), Nov/Dec 1986. P. 2678 2679.

187. Jawaid E., Kabiru A., Olajire A., Cuttability investigation of coated carbides // Materials and Manufacturing Processes. 1999. Vol. 14. № 4. P. 559 580.

188. Сенчило И.А., Васильков Д.В., Петров B.M. Влияние ионно-вакуум-ной обработки на микрометрию рабочих поверхностей инструментов // Инструмент, 1996. № 4. С.22 23.

189. Шарафутдинов Н.Н., Хайретдинов Э.Ф. Повышение прочности и износостойкости плазменных покрытий // Известие ВУЗ. Черная металлургия, 1986. №9. С. 105 109.

190. Затока А.Е., Рудаков Ю.Ф., Гребнева О.В. Моделирование условий напыления покрытий с заданными физико-механическими характеристиками / Исследование и разработка твердых сплавов: Науч. тр. ВНИИТС. М.: Металлургия, 1988. С.130— 136.

191. Хаттон, Орд. Акустическая эмиссия / Методы неразрушающих испытаний. М.: Мир, 1972. С.27 58.

192. Рыбакова Л.М., Куксенкова Л.И. Структура и износостойкость металла. М.: Машиностроение.

193. Овчинский А.С. Процессы разрушения композиционных материалов: имитация микро- и макромеханизмов на ЭВМ. М.: Наука, 1988. 278 с.

194. Шоршоров М.Х., Устинов Л.М. и др. Физика прочности волокнистых композиционных материалов с металлической матрицей. М.: Металлургия, 1989. 206 с.

195. Мануйлов В.Ф., Смирнов В.И., Галкин В.И. Расчеты процессов деформации композиционных материалов. М.: Металлургия, 1992. 208 с.

196. Люкшин Б.А., Люкшин П.А. Влияние свойств межфазного слоя на НДС полимерного композита в окрестности включения // Механика композиционных материалов и конструкций. 1998. Т. 4. № 2. С.56 — 68.

197. Лучка М.В., Душек Ю.Я., Киндрачук М.В., Уськова Н.А. Роль строения и свойств переходной зоны «матрица-наполнитель» в напряженном состоянии композиционных материалов триботехнического назначения // Порошковая металлургия. 1998. №3-4. С.86 93.

198. Кундрат Н.М. Отслоение жесткого включения в упруго-пластической матрице при растяжении сосредоточенными силами // Механика композиционных материалов и конструкций. 2001. Т. 7. № 1. С. 107 113.

199. Ляшенко Б.А., Рутковский А.В., Сорока Е.Б., Липинская Н.В. О снижении остаточных напряжений в вакуум-плазменных покрытиях // Проблемы прочности, 2001, № 4. С.62 68.

200. Elsing R., Knotek О., Baiting U. Calculation of residual thermal stress in plasma-sprayed coating // Surface and Coat. Technol. 1990. 43-44, № 1-3. P. 416 -425.

201. Ramsey P.M., Chadler H.W., Page T.F. The determination of residual stresses in thin coatings by a sample thinning method // Surface and Coat. Technol. 1990. 43-44, № 1-3. P. 223 233.

202. Кижннер M.M., Мизонов B.M., Кузовков Е.Г. и др. Микронеоднородные остаточные напряжения как причина разрушения стеклоэмалевых покрытий / «Высокотемпературная защита материалов». Л.: Наука, 1981. С. 56 — 61.

203. Макушкин А.П. Напряженно-деформированное состояние упругого слоя при внедрении в него сферического индентора. Сообщение 1: Определение контактного давления // Трение и износ. 1990. Т. 11. № 3. С. 423 434.

204. Короткин В.И., Онишков Н.П. О глубинной контактной прочности поверхностно-упрочненных зубчатых передач Новикова // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2002. № 1. С. 42 — 46.

205. Клосс X., Сантнер Э., Дмитриев А.И. и др. Дискретное моделирование поведения материалов с керамическим покрытием при локальном нагружении // Физическая мезомеханика. 2002. Т. 5. № 6. С. 5 12.

206. Ляшенко Б.А., Цыгулев О.В., Кузнецов П.Б. Необходимо ли всегда повышать адгезионную прочность защитных покрытий? // Проблемы прочности. 1987. №5. С. 70 74.

207. Коротков В.Д., Жалнин В.А., Буйнов М.П. и др. Исследование критических усилий на границе металл-жаростойкое покрытие, содержащее бор. / «Защитные покрытия». Л.: Наука, 1979. С. 29 33.

208. Коротков В.Д., Дудукаленко В.В., Буйнов М.П., Нумеров Л.Н. влияние температуры на напряженное состояние в защитном покрытии, содержащем бор / «Защитные покрытия». Л.: Наука, 1979. С. 34 36.

209. Ляшенко Б.А., Шаривкер С.Ю., Цыгулев О.В. и др. Механические характеристики композиций металл напыляемое покрытие // Проблемы прочности. 1989. №8. С. 47-49.

210. Тихонович В.И., Лавренюк В.И., Ковальский А.В., Ляхов А.Л. Расчет напряженно-деформированного состояния элемента структуры композиционного материала и связь с разрушением при трении // Трение и износ. 1990. Т. И. №6. С. 1063-1067.

211. Ляшенко Б.А., Терлецкий В.А., Долгов Н.А. Сорока Е.Б. Распределение температур в пластине с однослойным покрытием при интенсивном нагреве // Проблемы прочности. 1998. № 3. С. 128 — 133.

212. Стефанов Ю.П., Смолин И.Ю. Численное исследование деформации и образования трещин в плоских образцах с покрытиями // Физическая мезомеха-ника. 2001. Т. 4. № 6. С. 35 43.

213. Можаровский В.В., Плескачевский Ю.М., Бабич С.Ю., Березовская Е.М. Напряженно-деформированное состояние композиционных покрытий в трибологических системах // Трение и износ. 2001. Т. 22. № 4. С. 379 — 385.

214. Долгов Н.А., Ляшенко Б.А. Влияние коэффициента Пуассона на предельное напряженное состояние покрытия // Проблемы прочности. 2002. № 1. С. 71-77.

215. Долгов Н.А. Влияние модуля упругости покрытия на работоспособность системы основа-покрытие // Проблемы прочности. 2002. № 2. С. 66 — 72.

216. Миклашевич И.А., Влияние структурной границы на траекторию трещины при плоском нагружении // Механика композиционных материалов и конструкций. 2002. Т. 8. № 2. С. 255

217. Торская Е.В. Анализ влияния трения на напряженное состояние тел с покрытиями // Трение и износ. 2002. Т. 23. № 2. С. 130 137.

218. Миклашевич И.А., Чигарев А.В. Устойчивость траектории трещины в неоднородной среде // Механика твердого тела. 2002. № 4. С. 113 — 118.

219. Герасимов А.В., Шалковский Д.М. Ударно-волновое нагружение пластин, содержащих слои функционально градиентных материалов // Механика композиционных материалов и конструкций. 2002. Т. 8. № 4. С.533 — 542.

220. Быдзан А.Ю., Панин С.В., Дураков В.Г. Исследование механизмов усталостного разрушения конструкционной стали 20X13 и ее композиций с наплавленными покрытиями // Физическая мезомеханика. 2002. Т. 5. № 6. С. 73 -85.

221. Копылов В.И., Шатинский В.Ф. Механизм разрушения твердых тел с плазменными покрытиями / «Защитные покрытия». Л.: Наука, 1979. С. 104 -108.

222. Барвинок В.А. Управление напряженным состоянием и свойства плазменных покрытий. — М.: Машиностроение, 1990. 384 с.

223. Петрушин С.И., Воробьев А.В., Корчуганова М.А., Ретюнский О.Ю. Проектирование сменных многогранных пластин для сборных режущих инструментов по целевому назначению // Вестник машиностроения, 2002. № 5. С. 47-52.

224. Херцберг Р.В. Деформация и механика разрушения конструкционных материалов. М.: Металлургия, 1989. 576 с.

225. Леонов Е.Ю., Аникин В.Н. и др. О прочностных и режущих свойствах твердых сплавов с покрытиями, полученными комбинированными методами // Исследование свойств твердых сплавов и вопросы их применения: Науч. тр. / ВНИИТС. М.: Металлургия, 1989. С.31 35.

226. Бичем К.Д. Микропроцессы разрушения. В кн.: Разрушение. -М.: Мир. -1973. -T.I. -С.265-375.

227. Бичем К.Д., Пеллу P.M. Прикладные вопросы вязкости разрушения. -М.: Мир, 1968. 265 с.

228. Ван Флек. Теоретическое и прикладное материаловедение. / Перевод с англ. -М.: Атомиздат, 1975. 472 с.

229. Владимиров В.И., Орлов А.Н. Механизмы распространения трещин. В кн.: Усталость и вязкость разрушения металлов. -М.:Наука. -М. -1974. C.I4I-147.

230. Иванова B.C., Ботвина Л.Р., Маслов Л.И. Фрактографические особенности усталостных изломов и вязкость разрушения. В кн.: Усталость и вязкость разрушения. М.:Наука, 1974. -С.79-108.

231. А.с. №1094396. Способ комбинированного поверхностного упрочнения стальных изделий/ В.Н. Блинов, С.В. Касьянов, Э.С. Цирлин, А.С. Вере-щака, Г.А. Солодкин, А.В. Кабанов, С.И. Глизерман.

232. А.с. №1292995, МКИ4 В24В39/00 СССР. Способ термомеханического упрочнения твердосплавного инструмента с износостойким покрытием / Ю.Г. Кабалдин, Б.Я. Мокрицкий, С.А. Изотов, А.А. Андреев, B.C. Фадеев.

233. Клушин М.И. Резание металлов. Ч. I. Горький: ГПИ, 1965. 148 с.

234. А.с. №1178121. Способ обработки твердосплавного инструмента / А.А. Андреев, А.С. Верещака, В.Г. Падалка, В.Ф. Севастьянов, Л.М. Чикрижов.

235. А.с. № 1440083. Способ получения многослойного твердосплавного материала для режущего инструмента. Фадеев B.C., Паладин Н.М.

236. А.с. СССР №1730784 B22F 7/02, В23В 27/14. Способ получения твердосплавного материала с износостойким покрытием. Верхотуров А.Д., Фадеев B.C., Паладин Н.М., Чигрин, Ю.Л.,Котлярова Т.В. 1992.

237. Самсонов Г.В., Верхотуров А.Д., Бовкун Г.А., Сычев B.C. Электроискровое легирование металлических поверхностей. Киев: Наукова думка, 1976. -219 с.

238. Лурье Г.Б., Штейнберг Я.Н. Упрочняюще-отделочная обработка рабочих поверхностей деталей машин поверхностным пластическим деформированием (обзор) / Серия С-Х-3: Технология обработки давлением. М.: НИИ Маш, 1971. 156 с.

239. Металловедение и термическая обработка стали: Справ, изд. / Под ред. Бернштейна M.JI., Рахштада А.Г. Т. 1 Методы испытаний и исследований. В 2-х кн. Кн. 2. М.; Металлургия, 1991. 462 с.

240. Баранов В.М., Кудрявцев Е.М., Мартыненко С.П. Акустическая методика определения характеристик упругости и внутреннего трения материалов в широком интервале температур // Проблемы прочности. — 1989. №6. — с. 116119.

241. Джонсон К. Механика контактного взаимодействия. — М.: Мир, 1989.-510 с.

242. Остафьев В.А. Расчет динамической прочности режущего инструмента. -М.: Машиностроение, 1979. 168 с.

243. Александров А.В., Потапов В.Д. Основы теории упругости и пластичности. М.: Высшая школа, 1990. - 400 с.

244. Мелан Э., Паркус Г. Термоупругие напряжения, вызываемые стационарными температурными полями. М.: Гос. изд. физ.-мат. лит., 1958. - 168 с.

245. Морозов Е.М., Никишков Г.П. Метод конечных элементов в механике разрушения. М.: Наука, 1980. 256 с.

246. Баландин П.П. К вопросу о гипотезах прочности // Вестник инженеров и техников. 1937. № 1. С. 19-24.

247. Писаренко Г.С., Лебедев А.А. Деформирование и прочность материалов при сложном напряженном состоянии. Киев: Наук, думка, 1976. 415 с.

248. Бэкофен В. Процессы деформации. М.: Металлургия, 1977. 288 с.

249. Партон В.З. Механика разрушения: От теории к практике. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1990. 240 с.

250. Сиратори М., Миёси Т., Мацусита X. Вычислительная механика разрушения. М.: Мир, 1986. 334 с.

251. Францевич И.Н. Создание материалов с заданными свойствами. Неорганическое материаловедение в СССР. Киев: Наук, думка, 1983. - С. 622-633.

252. Приоритетные направления развития науки, технологий и техники РФ. Утв. Президентом РФ В.В.Путиным от 30.03.2002, Пр.-577. Наука Москвы и регионов, 2002, № 1. С. 13.

253. Перечень критических технологий РФ. Утв. Президентом РФ В.В.Путиным от 30.03.2002, Пр.-578. Наука Москвы и регионов, 2002, № 1. С.13.14.

254. Белобрагин В.Я., Дубовицкий Л.Г. Японский прогноз развития науки, техники и технологии до 2025 г. М.: Издание Академии сертификации, метрологии и стандартизации, 2001. — 612 с.

255. Кислый П.С. Самсониды новые вещества нашей эпохи /Science of sintering. Vol. 16. spec.issue Devoted to G.V. Samsonov. Beograd, 1984. -P. 25-31.

256. Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов. — М.: Машиностроение, 1975.-344 с.

257. Зорев Н.Н. Вопросы механики процессов резания. -М.: Машгиз, 1956. -365 с.

258. Клушин М.И. Резание металлов. М.: Машгиз, 1958. - 363 с.

259. Самсонов Г.В. Проблема создания неорганических веществ и материалов с заданными свойствами (Доклад, прочитанный в Сербской Академии наук в 1975 году) / Порошковая металлургия, № 9-10, 2002. С. 118-133.

260. Прядко Л.Ф., Прядко И.Ф. Конфигурационная модель вещества и проблема валентного фактора в теории строения d-, f-электронных систем. Порошковая металлургия, № 1-2, 1998.-С. 17-29.

261. Андриевский Р.А. Г.В. Самсонов и современное материаловедение. Порошковая металлургия, № 1-2, 1998. С. 7-11

262. Ристич М.М. Основы науки о материалах. Киев: Наук, думка, 1984.- 152 с.

263. Whitney Е. Ceramic cutting tools.- Powder Met. Int., 1974, 6, N 1/2. P. 73-76 // В кн. Сверхтвёрдые материалы // Френцевич И.Н., Гнесин Г.Г., Курдюмов А.В., др. Киев: Наук, думка, 1980. С. 122.

264. Адамовский А.А. Принципы формирования сложноструктурных абразивов на основе тугоплавких соединений и сверхтвёрдых материалов и разработка высокоэффективного абразивного инструмента. Автореферат докт.техн.наук. Киев-ИПМ НАН Украины, 2004. - 31 с.

265. Самсонов Г.В.,Винницкий И.М. Тугоплавкие соединения. М.: Металлургия, 1976. - 560 с.

266. Колотило Д.М. Теория и технология углеродных форм для литья тугоплавких и химически активных металлов. Автореф. докт. техн. наук, Инст. Проблем литья АН УССР. Киев, 1979. - 35 с.

267. Прочность материалов и элементов конструкций в экстремальных условиях / Под ред. Г.С. Писаренко. Киев: Наук, думка. Т. 1,2. 1980. - 1298 с.

268. Самсонов Г.В., Кулик О.П., Полищук B.C. Прлучение и методы анализа нитридов. Киев: Наук, думка, 1978. - 320 с.

269. Палатник JI.C. Рентгенографическое исследование превращений в поверхностном слое металлов, подвергшихся действию электрических разрядов. Известия АН СССР, сер. Физ., 1951. Т. 15, № 1. С.80-86.

270. Альбински К. Исследования электроэрозионной устойчивости рабочих электродов при электроискровой и электроимпульсной обработке. Станки и инструменты, 1964, № 7 — С.11-13.

271. Подчерняева И.А., Панасюк А.Д., Тепленко М.А., др. Защитные покрытия на жаропрочных никилевых сплавах (Обзор) / Киев, Журн. Порошк. металлург. 2000, № 9/10 (415). С. 12-27.

272. Шведков E.JI. Тенденции разработки материалов для режущего инструмента (обзор). Порошковая металлургия. 1984, № 7. С. 72-82.

273. Способ получения твердосплавного режущего инструмента А.С. №1584415 СССР / Фадеев B.C., Чигрин Ю.Л., Паладин Н.М., Аникин В.Н., 1988.

274. Коняшин И.Ю., Костиков В.И., Аникеев А.И., Платонов Г.Л. Износостойкие покрытия для безвольфрамовых твердых сплавов / В сб.: Исследование свойств твердых сплавов и вопросы их применения: Науч. тр. / ВНИИТС. М.: Металлургия, 1989. С. 19-25.

275. Шаронов Е.А., Бартенев С.С., Кулик А .Я. и др. Формирование промежуточных микрослоев в плазменных интерметаллидных покрытиях // Физика и химия обработки материалов. 1989. № 3. С. 79-86.

276. Повышение прочности и износостойкости твердосплавного инструмента / Куклин Л.Г., Сагалов В.И., Серебровский В.И., Шабашов С.П. М.: Машиностроение, 1968. 62 с.

277. Брохин А.И., Туманов В.И., Брохин И.С. Некоторые физико-механические свойства твердых сплавов с износостойким покрытием из карбида титана//Твердые сплавы. М.: Металлургия, 1976. Вып.6. С. 136-142.

278. Самсонов Г.В., Ткаченко Ю.Г., Бердиков В.Ф., Ковтун Г.А. Микротвердость, микрохрупкость и хрупкая микропрочность карбидов переходных металлов // Карбиды и сплавы на их основе. Киев: Наук.думка, 1976. С.98-104.

279. Головин С.А., Пушкар А.А. Микропластичность и усталость металлов. М.: Металлургия, 1980. 240 с.

280. Туманов В.И., Конюхова А.А., Очкасов В.Ф., Рагодин И.П. Деформация твердых сплавов WC-Co при микровдавливании индентора // Сб. Качество и эффективность твердых сплавов. М.: Металлургия, 1984. ВНИИТС. С.34-41.

281. Крагельский И.В. Трение и износ. М.: Машиностроение, 1983. 480 с. 301. Бродянский А.П. Упрочнение инструмента на установке Булат / Сб. Технология и организация производства Укр. НИИНТИ, 1977. №2. С.23-25.

282. Криштал М.А., Головин С.А. Внутреннее трение и структура металлов. М.: Наука, 1970. 376 с.

283. Постников B.C. Внутреннее трение в металлах. М.: Наука, 1974. 352 с.

284. Фадеев B.C., Кабалдин Ю.Г., Ляхолвицкий Н.М. и др. Внутреннее трение и скорость звука в спеченных твердых сплавах. Металлы, 1986. №5. С.57-58.

285. Копылов В.И., Шатинский В.Ф., Стронгин Б.Г., Варвус И.А. Исследование Закономерностей влияния плазменных покрытий и слоев на механизм деформации и внутреннего трения твердых тел / Антикоррозионные покрытия. Л.: Наука, 1983. С.28-34.

286. Кабалдин Ю.Г., Бурков А.А., Изотов С.А. Повышение прочности твердосплавного инструмента на основе структурно-энергетического подхода / Инф.листок о НТД. №85-3. Хабаровск: Межотраслевой ЦНТИ, 1985.

287. Труэлл Р., Эльбаум Ч., Чик Б. Ультразвуковыен методы в физике твердого тела. М.: Мир, 1972. 381 с.

288. Зорев Н.Н., Фетисова З.М. Обработка резанием тугоплавких сплавов. М.: Машиностроение, 1966. 226 с.

289. Ляховицкий М.М., Орлов А.С., Семашко Н.А. Экспериментальное исследование акустических свойств чистого никеля в области магнитного фазового перехода / Физические свойства веществ и материалов. М.: 1982. Вып. 19. 99 с.

290. Кортов B.C. Методологические основы изучения экзоэлектронной эмиссии / Сб.трудов УПИ №215. Свердловск, 1973. С.7-17.

291. Лариков Л.Н., Бакланова Л.М. Экзоэлектронная эмиссия с поверхности металлов. Обзор. Металлофизика. Вып.50.Киев: Наук.думка, 1974. 119 с.

292. Кабалдин Ю.Г., Мокрицкий Б.Я., Бурков А.С. Исследование износостойких покрытий режущих инструментов методом экзоэлектронной эмиссии. Рук.деп. п НИИМаш. №471. МШ-Д82. М.: 1982. 17 с.

293. Peterson I. //I. Vasuum Sci and Technology. 1974.№1 l.P.715-718.

294. Kieffer R. // Powd. Mettal. Interndt. 1973.№4. P.88-91.

295. Kampfe В., Wieghardt F., Kuhn B. Neue Hutte. 1980. №7. P263-275.

296. Новик Ф.С. Математические методы планирования экспериментов в металловедении. М.: МИСиС, 1972. Т.1. 97 с.

297. Кабалдин Ю.Г., Изотов С.А.Анализ разрушения тонких покрытий на твердом сплаве при прерывистом резании // Сверхтвердые материалы, 1987. №1.С.31-36.

298. Львовский Е.Н. Статистические методы построения эмпирических формул. М.: Высш.школа, 1988. 239 с.

299. Мартин Дж.У. Микромеханизмы дисперсионного твердения сплавов: пер. с англ. М.: Металлургия, 1983. с. 168.

300. Гольдштейн М.И., Литвинов B.C., Бронфин Б.М. Металофизика высокопрочных сплавов. М.: Металлургия, 1986. с. 312.

301. Савицкий Е.М., Бурханов Г.С., Поварова К.Б., Йенн Г., Хёрц.Г., Ефимов Ю.В., Макаров П.В., Оттенберг Е.В. Тугоплавкие металлы и сплавы. М.: Металлургия, 1986. с. 352.

302. А.с. №1440083. Способ получения многослойного твердосплавного материала для режущего инструмента. Фадеев B.C., Паладин Н.М.

303. А.с. СССР № 1730784 B22F 7/02, В23В 27/14. Способ получения твердосплавного материала с износостойким покрытием. Верхотуров А.Д., Фадеев B.C., Паладин Н.М., Чигрин Ю.Л.,Котлярова Т.В. 1992.

304. А.с. СССР № 1584415 С22С 29/02, В23В 27/14.Способ получения режущего твердосплавного инструмента. Паладин Н.М., Фадеев В.С, Конаков А.В., Аникин В.Н., Чигрин Ю.Л. 1988.

305. Самсонов Г.В., Уманский Я.С. Твердые соединения тугоплавких металлов. М., Металлургиздат, 1957. 388 с. с ил.

306. Рыбальченко Р.В., Чапорова И.Н., Третьяков В.И. <Твердые сплавы>. М., Металлургия, 1962 (ВНИИТС), Сб. №4, с. 207-219 с ил.

307. Свойства, получение и применение тугоплавких соединений, справ.изд. / Под ред. Косолаповой Т.Я. М.: Металлургия, 1986. 928 с.

308. Наумов Г.Б., Рыженко Б.Н., Ходаковский И.А. Справ, термодинамических величин (для геологов) М.: Атомиздат, 1971. 240 с.

309. Еремин Е.Н. Основы химической термодинамики. Уч.пособие для университетов. М.: Высш.шк., 1978. 391 с.

310. Кипарисов С.С.,Левинский Ю.В., Петров А.П. Карбид титана: получение, свойства, применение. М.: Металлургия, 1987. с. 216.

311. Фадеев B.C., Паладин Н.М., Аникин В.Н. Исследование микромеханизмов разрушения твердых сплавов с износостойкими покрытиями при обработке углеродистых сталей / Сб.науч.трудов

312. Прогрессивные технологические процессы изготовления режущего инструментам.: МДНТП, 1984. С. 17-22.

313. Черепанов Г.П. Механика хрупкого разрушения. М., Наука, 1974. 640 с. 335. Красовский А .Я. Хрупкость металлов при низких температурах. Киев: Наук, думка, 1980. 340 с.

314. Фролов Д.И., Килькеев P.M., Куксенко B.C. Изучение динамики слияния микротрещин методом акустической эмиссии / Мех. компл. мат., 1981. №1. С. 116-121.

315. Бетехтин B.C., Владимиров В.И. Кинетика микроразрушения кристаллических тел / Проблемы прочности и пластичности твердых тел, 1979. С.142-154.

316. Кудрявцев П.И. Нераспространяющиеся усталостные трещины. М.: Машиностроение, 1982. 117 с.

317. Финкель В.М. Физика разрушения. М.: Металлургия, 1970. 375 с.

318. Самсонов Г.В. Тугоплавкие покрытия. М.: Металлургия, 1973. 397 с. 341. А.с. СССР по заявке №4346275/24-21 МКИ С23С 14/06, 18.12.87. Износостойкое покрытие / Фадеев B.C., Паладин Н.М., Щитов Г.А., Комляков В.М., Конаков А.В.

319. А.с. СССР по заявке 4380975/24-21 МКИ С23С 14/00. Заявлено 18.12.87. Износостойкое покрытие для режущего инструмента / Фадеев B.C., Паладин Н.М., Щитов Г.А., Аникеев А.И., Конаков А.В., Чигрин Ю.Л., Леонов Е.О.

320. Алехин В.П. Физика прочности и пластичности поверхностных слоев материалов. М.: Наука, 1983. 280 с.

321. Ленская Т.Г., Торопченов B.C., Аникеев А.И., мамаева Т.И. Безвольфрамовые твердые сплавы с износостойкими покрытиями / Производство и применение твердых сплавов. М.: Металлургия, 1981. ВНИИТС. С. 107-109.

322. Гнесина Г., Осипова И. и др. Керамические инструментальные материалы. Киев.: Тэхника, 1991.

323. Крамер Б. Новые механизмы износа керамического режущего инструмента. 1983.Т.34. №786 А. С.89-97.

324. Эванс А.Г., Лэнгдон Т.Г. Конструкционная керамика. М.: Металлургия, 1981.312с.

325. Миллер К. Ползучесть и разрушение. М.: Металлургия, 1986. 120 с.

326. Макклинток Ф., Аргон А. Деформация А. Деформация и разрушение материалов. М.: Мир, 1970. 443 с.

327. Orowan Е.О. Fundamentals of brittle behavior of metals. Jn: Fatigue and Fracture of metals. Ed by W.M. Murray. New York, Willey, 1950. P.139-167.

328. Фадеев B.C., Мельникова В. А., Конаков А.В. Субструктура поверхностей трения формируемая на кислородосодержащей керамике // Трение и износ, Т. 12, №6, 1991.

329. Rise J.R., Beer F.P. On the distribution of rises and falls in a cantinuous randon process. Journal of Basic Engineering, 1965, №2 P.154-161.

330. Макаров А.Д. Оптимизация процессов резания. М.: Машиностроение, 1967.278 с.