автореферат диссертации по металлургии, 05.16.06, диссертация на тему:Разработка метода получения карбид титана-никелевых материалов и оптимизация технологических процессов

Новочеркасский государственный технический университет

2 ФЕВ На правах рукописи

ПРИХОДЬКО Вадим Георгиевич

УДК 621.762:669

РАЗРАБОТКА МЕТОДА ПОЛУЧЕНИЯ КАРБИД ТИТАНА-НИКЕЛЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ И ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

Специальность 05.16.06 - Порошковая металлургия и

композиционные материалы

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Новочеркасск -1997

Работа выполнена на кафедре физики и математики Пятигорской государственной фармацевтической академии

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Кудимов Ю. Н.

Научный консультант - кандидат физико-математических

наук Гаврилов Н. И.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Жердицкий Н. Т.;

кандидат технических наук, первый зам. техн. директора АО НПО НЭВЗ ЮтишевА. С.

Ведущее предприятие - Карачаево - Черкесский

технологический институт, г. Черке<

Защита состоится " /?" ьи-сс/зГ^ч. 1997 г. в часов на заседании совета К 063.30.10 по защите диссертаций на соискание учёной степени кандидата технических наук в Новочеркасском государственном техническом университете по адресу: 346428, г. Новочеркасск Ростовской обл. ул. Просвещения, 132.

С диссертационной работой можно ознакомиться в библиотеке универс! тета.

Автореферат разослан " в^/^Ье <Л 1997 г.

Учёный секретарь диссертационного совета, к.т.н., доцент / Горшков С.А.

Общая харатернстика работы.

Актуальность проблемы. Для изготовления штамповой оснастки традиционно применяются материалы типа ВК. Однако по ряду причин материалы этого класса не всегда удовлетворяют предъявляемым требованиям. Причины эти как экономического, так и технологического характера. Чрезмерное удорожание вольфрама и кобальта привело к тому, что несмотря на выигрыш в долговечности при применении деталей из сплава типа ВК экономического эффекта от применения данных деталей не наблюдается или он сведен к минимуму. К тому же, для производства деталей из сплава типа ВК требуется дорогостоящее оборудование, позволяющее получать температуры порядка 2000 К.

Существенное повышение технического уровня производства невозможно без автоматизации трудоемких операций. В то же время изготовление деталей сложной формы из сплавов типа ВК на электроискровых станках невозможно из-за наличия в переходной зоне "ВК-подложка из стали" токонепроводящих зон.

Замена материалов типа ВК на менее дорогие и более технологичные материалы на основе карбида титана сдерживается эмпирическим подходом к процессу их получения, обусловленным отсутствием теоре-тичесих предпосылок к выбору как состава материала, так и режимов получения. Следствием этого является недостаточная реализация свойств материала на основе карбида титана.

Исследования по разработке и внедрению материалов на основе карбида титана проводились по конкретным техническим заданиям промышленных предприятий, что служит дополнительным свидетельством об актуальности темы диссертации.

Цель работы. Целью настоящей работы явилась разработка метода получения карбид титано-никелевых материалов и оптимизация технологических параметров.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: -определить условия, при которых контактное плавление (КП) материала не сопровождается формированием твердых фаз в образующейся при этом жидкости;

-разработать способ определения по виду диаграмм состояния компонентов оптимальной температуры спекания композиционного материала (КМ);

-установить влияние механической активации и добавок термодинамически устойчивых веществ на температуру КП и количество образующейся при спекании жидкой фазы

-разработать рекомендации по практической реализации способа определения оптимальной температуры спекания КМ.

Научная новизна. Новизна работы состоит в том, что впервые:

- на основании анализа закономерностей КП разработан подход определению состава композиционного материала и температуры ех жидкофазного спекания, при котором скорость процесса спекания ж ляется наибольшей. Разработанный подход опробован на примере изн! состойкого композиционного материала с никелевой связкой, легир< ванной хромом, и основан на анализе бинарных диаграмм состоят компонентов с позиций механизма контактного плавления, что дела< его пригодным и ко многим другим системам.

- подход положен в основу определения оптимальной температур спекания при легировании КМ, что обеспечило, получение максималы-возможной при таком легировании износостойкости;

- разработан алгоритм, позволяющий определять оптнмальнь температуры спекания и количество микролегирующих компонент с т мощью ЭВМ.;

- установлено комплексное влияние легирования КМ диборидо ниобия и карбидом бора с позиций оптимизации процесса спекания сочетании с мерами, уменьшающими остаточную пористость КМ.

Практическая ценность. Решена задача использования КМ, упро1 ценных карбидом титана, при производстве деталей технологическо1 оборудования, требующих высокой твердости, износостойкости, и в 1 же время имеющих сложную форму.

Разработанный подход к определению оптимальной температур спекания КМ по диаграмме состояния компонент позволяет в наибол шей степени использовать свойства КМ. В рамках данного подхода п< казана возможность прогнозировать влияние микролегирования на 01 тимальную температуру спекания.

Реализация результатов исследования. Из сплава на основе карб] да титана с нихромовой связкой изготовлены :

- ножен кольцевой мельницы применяемой на участке производства се] нон мази из кристаллической серы (Медицинский метрологически центр, г. Ессентуки)

-накладка штампа для вырубки детали "пластина листа якоря электр( двигателя (АО "Микроом", г. Лермонтов).

Апробация работы.Основные результаты работы сообщались на ? Всесоюзном симпозиуме гю механохимии и механоэмиссии твердых т( (Чернигов, 1990 г.), на международном научном семинаре "Механохтп и механическая активация" (Санкт-Петербург, 1995 г.).

Публикации. Основные материалы диссертации освещены в 6 оп; бликованных работах. По материалам работы подана 1 заявка.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит I введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы из 123 на] мснований. Диссертационная работа со списком литературы и прилож ниями занимает 115 страниц.

Основное содержание работы.

Введение. Кратко описана история создания безвольфрамовых твёрдых сплавов, недостатки и преимущества КМ на основе карбида титана , место этих материалов в ряду износостойких композиционных материалов и области их применения. Обоснована актуальность оптимизации параметров технологии получения КМ на основе карбида титана.

В первой главе приведён обзор опубликованных работ по теме диссертации , на основании которых сделаны следующие выводы:

- КМ на основе карбида титана являются одними из наиболее перспективных материалов в силу своей высокой твердости, коррозионной стойкости, технологичности и сравнительно с аналогичными материалами низкой стоимостью;

- не существует теоретических предпосылок к определению оптимальных составов и температур спекания КМ вообще и материалов на основе карбида титана в частности;

- накоплен большой эспериментальный материал по влиянию легирования н температуры спекания на свойства КМ карбид титана - никель, однако отсутствие теоретических предпосылок оптимизации получения КМ не позволило установить связь: концентрация легирующих компонент-температура спекания-конечная струтура КМ-свойства.

Во второй главе представлена методика исследований, описано экспериментальное оборудование, технология получения порошков методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Для приготовления порошковой смеси были взяты порошки производства Донецкого завода химреактивов и объединения "Тулачермет".

Холодное прессование осуществлялось при давлении 98 МПа.

Спекание образцов осуществлялось в вакуумной печи радиационного нагрева СНВЭ-1.3.1./ 16 И 3 при остаточном давлении 1 * 105 Па. Температура в печи контролировалась платнно-рениевой термопарой. Система измерения и управления температурой в камере состояла из термопары, аналоговой микро-ЭВМ "ПРОТАР-ЮО", тиристорного регулятора тока нагревателей. Система была отградуирована по температуре плавления чистого никеля 1767 К и чистой меди 1357,8 К методом "проволочки". Поправочные коэффициенты были учтены в микро-ЭВМ так, что в дальнейшем прибор выдавал реальные температуры. Система термопара-микроЭВМ-тиристорный регулятор тока обеспечивала точность поддержания температуры в камере печи ±5 К.

Для получения порошка диборида ниобия были взяты порошки ниобия и бора в соотношении КЬ: В=1:2 ( ат.). После перемешивания из полученной смеси были спрессованы с давлением 98МПа таблетки.

С целью избежать загрязнения конечных продуктов реакции газами была использована вакуумная камера печи. В камере образцы были помещены в керамические емкости и в соприкосновение с образцами была приведена шкремовая проволока, в свою очередь подсоединенная через тоководы к понижающему трансформатору. После создания в камере вакуума через проволоку был пропущен ток, обеспечивающий её испарение. Взрыв проволоки инициировал реакцию СВС в образце. Полученное вещество было в дальнейшем подвергнуто размолу в шаровой мельнице в течение 7200с. Полученный порошок просеян через сиго с размером ячейки 50 мкм. Идентификация образовавшегося порошка была выполнена измерением плотности по методу фиксированного объема.

В третьей главе разработан подход к определению температуры спекания КМ и количества легирующих компонент при условии, что компоненты имеют диаграмму состояния с основными-элементами материала с минимумом на линии ликвидуса.

Основные эксплуатационные харатеристики КМ- твердость и износостойкость тем выше, чем мельче карбидное зерно в материале. Рост карбидного зерна осуществляется через расплав по механизму растворение-осаждение. Особенно интенсивно этот процесс будет идти при перегреве материала в процессе спекания. Оптимальная температура спекания КМ позволяет получить материал с максимальными механическими свойствами. '

При спекании материала заданного состава процесс спекания должен удовлетворять двум основным условиям:

1. Весь материал связки должен перейти в жидкое состояние, в противном случае резко возрастает пористость;

2. Перегрев над температурой ликвидус должен быть минимален с целью предотвращения перераспределения карбида титана по механизму растворение-осаждение.

Было взято политермическое сечение псевдотронной диаграммы ТЮ-М-Сг по оси N1 -Сг в предположении, что линии ливцдуса являются прямыми, (рис.1).

Точка О определяет на рисунке состав сплава №+Сг с минимальной температурой плавления. Через точку, соответствующую двойной эвтектике системы ПСЧЧт, параллельно линии О-Тк; проводим прямую до пересечения с продолжением линии ликвидус О-Тсг системы никель-хром. Точка их пересечения О) определяет состав и температуру тройной эвтектики. В соответствии с этим построением, тройная эвтектика имеет состав: 44 мас.% Сг, 50,8 мас.% N1, 5,2 мас.% ТЮ и температуру плавления 1465 К. Можно утверждать, что прямая, соединяющая 61 и Тм является геометричеким местом точек отражающих оптимальную температуру спекания для заданного содержания хрома.

Для подтверждения правомерности применения изложенных принципов была поставлена контрольная серия опытов. Были взяты смеси

порошков с различным содержанием Сг, для каждого состава была графически определена оптимальная температура спекания (рис 2), затем при этих температурах было выполнено спекание всех материалов.

Т,К

1726

1553

№

44%Сг 54У»Сг

Сг

Рис 1. Политермическое сечение диаграммы ИС-М-С'г

Экспериментальная оценка показала, что максимальной твердостью обладают материалы, полученные при спекании в течении 600 с и температурах спекания, лежащих на прямой О ¡-Ты, (табл. 1). Очевидно, что температуры спекания, лежащие на прямой 0|-Тхь наиболее близки к эвтектическим температурам для соответствующей концентрации сплава и спекание именно при этих температурах обеспечивает, с одной стороны, наиболее полное и быстрое прохождение диффузионных процессов в связке, с другой- сохранение мелкозернистой структуры карбидной фазы.

Справедливость разработанных рекомендаций по определению оптимальной температуры спекания подтверждена также результатами анализа системы ТПС-М-В и последующей экспериментальной проверкой полученных выводов.

Известно, что наиболее богатая никелем эвтектика в системе N¡-8 плавится при температуре 1413 К и содержит 3,9% В. Повторяя прием, описанный ранее, на диаграмму-Т1С-№, где точка О соответствует эвтектике ТЮ-К1. накладываем прямую С^-Ткч-в, параллельную О-Ткч. Точка О1 определяет состав и температуру тройной эвтектики (рис. 3).

Расчет показвает,что тройная эвтектика имеет состав 95,14мас.% ; 1,0 мае. ° оТ1С; 3,86 мае. %В и ее ожидаемая температура плавления

1399 К. По прямой ОиТт определяем оптимальную температуру спекания для ряда сплавов с различной концентрацией бора.

Рис. 2. "Рабочий" участок сечения диаграммы ИО-Ь'ьСг.

Таблица 1

Зависимость твердости ШЯСэ КМ 45мас% Т1С+55мас%('М+Сг) от содержания Сг в связке н температуры спекания.____

С од. Сг, мае. % 0 5 10 15 | 20 25 30 35

Оптимальная расчетная температура спекания, К 1726 1695 1663 1 1 1632 | 1600 1569 1537 1503

Температура спекания, К ИКС,

1505 38 42 46 46 44 42 42 42

1540 42 44 50 50 48 44 44 .42

1570 44 46 54 54 54 46 44 42

1600 46 52 55 56 56 46 44 40

1640 47 56 57 61 60 46 43 42

1670 52 56 59 61 57 .47 44 42

1710 53 57 60 60 57 55 55 54

1720 55 56 55 54 54 53 53 53

Так как бор, в отличие от хрома, образует с никелем эвтектику, которая по твердости превосходит любой твердый раствор на основе никеля, то нельзя принимать твердость за критерий при оценке оптималь-

ности процесса получения КМ. Эвтектика, являясь твердой фазой, резко снижает прочность на изгиб.

Рис. 3. Политермическое сечение диаграммы "ПС-Гм-В.

Комплексная оценка свойств полученного КМ (рис. 4) говорит об однозначной зависимости: состав основных компонентов-содержание легирующих компонентов-температура спекания-свойства. Полученные результаты доказывают справедливость "Тфедложенного подхода к определению оптимальной температуры спекания.

Изложенное хорошо подтверждается зависимостью микротвердости структурных составляющих от содержания бора и температуры спекания. К примеру, при спекании материалов с разным содержанием бора при температуре 1670 К линии ликвидус соответствуют сплавы состава 0.3мас.% 'ПС, 95,7мас.% 4мас.% В. Для материала, содержащего 45 мас."/оПС для получения оптимального состава связки материал в целом должен содержать 52,8 мас.% № и-2,2 мас.% В.

Микротвердость связки материалов с 45 мас.% 'ПС спеченных при 1670 К растет до содержания бора 2.2- 2,5 мас.% за счет увеличения эвтектической составляющей ТЮ-№-В в связке. При больших концентрациях бора наблюдается снижение микротвердости связки. Микротвердость карбидной составляющей существенно возрастает при приближении к линии ликвидуса, затем возрастает в меньшей степени (рис 5).

0,шш

Н1£Сэ °и,МПа 1500

1000

500

1,5 В, мас.%

Рис 4. Зависимость среднего размера карбидного зерна Э, твердости }ШСэ, прочности на изгиб ои от содержания бора в КМ 50 мас%ТЮ+50 мас.% №. Температура спекания 1600 К, время спекания 600с

1

1-2

I

0 1 2 3 4 5 6 мас.% В

Рис 5. Зависимость микротвердости структурных составляющих КМ от содержания бора. 1-микротвердость связки; 2- микротвердость карбидной фазы. Температура спекания 1670 К время спекания 600с

и

До линии ликвидуса структура КМ представляет собой структуру, характерную для материала с недостаточной смачиваемостью карбидных частиц расплавом, т.е. имеет большое количество мелких пор по границам зерен "ПС. Для сплавов, расположенных правее линии ликвидус, пористость практически не зависит от содержания бора. Для этих сплавов изменения в структуре выражаются в появлении по периметру зерен "ПС кольцевых образований, проявляющихся при травлении шлифа реактивами для выявления борсодержащих фаз. Учитывая сказанное ранее, можно утверждать, что по границам зерен НС формируется обогащенная бором прослойка.

С позиций определения оптимальной температуры спекания была также исследована система Т^С-М-ЫЬ.

Ниобий с никелем образуют соединение №N¡3 н на участке ЫЪ№з-№ имеют псевдобинарную диаграмму состояния эвтектического типа с температурой образования эвтектики 1558 К (84,8 ат.%М). Такой вид диаграммы состояния позволяет путем вышеприведенных рассуждений определить оптимальные температуры спекания КМ в зависимости от содержания №. Спекание материала при температурах ниже оптимальных температур приводит к неполному переходу материала связки в расплав и, как следствие, высокой остаточной пористости, неоднородной по составу и свойствам связке. Перегрев приведет к избыточному растворению карбида титана в расплаве, активизации перераспределения его по механизму растворение-осаждение и нежелательному перераспределению углерода между карбидообразующими элементами.

Экспериментальные данные позволяют утверждать, что оптимальным комплексом свойств будут обладать материалы, зависимость температуры спекания от состава которых определена по предложенному методу. Так, при температуре спекания 1650 К, на линии 0|-Т№, окажется сплав, содержащий 1,45% Т1С+ 92,55% N1+ 6,00% №. При спекании материала с содержанием карбида титана 50% (мае.) связка такого материала должна содержать 47% №+3% ЫЬ (рис 6). Из приведенных зависимостей следует, что рост карбидных зерен начинается при концентрациях №), обеспечивающих положение материала слева от прямой 0[-Тыь Кроме того, при приближении к концентрации, лежащей на линии ОгТм наблюдается увеличение твердости и прочности на изгиб материала за счет диффузионного перераспределения карбидообразующих элементов.

На основании изложенного в главе 3 сделаны следующие выводы.

1. Разработан научный подход к определению оптимальной температуры спекания трехкомпоиентных композиционных материалов, основанный на приближенном анализе трех бинарных диаграмм состояния компонентов с позиций механизма контактного плавления.

2. Разработанный подход позволяет определять составы и температуры плавления тройных эвтектик в тугоплавких соединениях с определенной степенью приближения.

3. В рамках разработанного подхода определены оптимальные температуры спекания для трех связок на основе N1. При этом:

ного зерна О, твердость НЛСэ, прочность на изгиб сти и пористость КМ. Температура спекания 1650 К. За эталонный принят образец состава 50 % ПС+ 50% № (% мае.).

1- аи/СТнэтал, 2- нясуняс э эта л 5 О/ОэтаЛ) 4- П

-в системе »¡-Сг компоненты неограниченно растворимы друг в Друге;

-в системе №-В компоненты образуют металлоподобное тугоплавкое соединение и имеют диаграмму эвтектического типа;

-в системе N¡-N5 компоненты имеют диаграмму состояния с химическим соединением эвтектического типа.

Для всех трех систем экспериментально доказано, что спекание при оптимальных температурах позволяет получить наиболее высокие прочностные свойства при мелкозернистой структуре с минимальной пористостью. На основании проведенного анализа сделан вывод об однозначной взаимозависимости: состав КМ-температура спекания-свойства.

В четвертой главе описаны результаты исследования возможности применения метода к системам, в которых число компонентов больше трех. Контакное плавление, являющееся следствием диффузионных процессов, будет вызывать снижение температуры начала появления жидкости при спекании материала, число компонентов которого превышает три, что установлено по литературным данным. Однако вопросы кон-

тактного плавления систем с числом компонентов больше трех не рассматривались применительно к тугоплавким сплавам и сплавам на никелевой основе. Знание примерных температур плавления многокомпонентных эвтектик и их составов позволит эффективно управлять процессом КМ. За основу взята система ТЮ-М-Сг, с добавками легирующих компонентов бора и ниобия, а также рассмотрено комплексное влияние на механические свойства легирования диборидом ниобия и карбидом бора с мерами по уменьшению остаточной пористости.

При выборе компонентов для дополнительного легирования руководствовались принципом, изложенным в предыдущем разделе, а именно: легирующие компоненты должны иметь диаграмму состояния с минимумом на кривой ликвидус. В этом случае добавление такого компонента приведет к снижению температуры появления первой жидкости в системе. Если же температуру спекания оставить прежней, то увеличится перегрев материала над температурой плавления, что приведет к снижению коэффициента поверхностного натяжения жидкости. В то же время скорость диффузии "ПС определяется, в основном, температурой жидкости, т.е. при снижении коэффициента поверхностного натяжения жи-дости по этому механизму не будет изменяться скорость диффузии НС, а следовательно, и конечный размер зерен 'ПС.

Было взято политермическое сечение псевдотройной диаграммы В-№-МЬ по оси №-МЪ в предположении, что линии ливидуса являются прямыми (рис 7).

1726

Т№-В

1413

1363

№ 95,5%М 78%№ 1\'й1\Ъ

65%№

Рис. 7. Политермическое сечение тройной диаграммы N¿-№-6

Точка О определяет на рисунке состав и температуру сплава (М+ЫЪ) с минимальной температурой плавления. Через точку, соответствующую двойной эвтектике системы N¡-8 параллельно линии О-Тж

и

проводим прямую до пересечения с продолжением линии ликвидус О-Ткь системы никель-ниобий. Точка их пересечения 0| определяет состав и температуру (1363К) тройной эвтектики.

Применяя данное построение к выбранной нами связке переходим к диаграмме МьСг, накладывая на нее Линию ликвидус при взаимодействии хрома с тройной эвтектикой №-ЗЧЬ-В, температуру плавления которой установили по предыдущей диаграмме (рис 8).

N1 1$ 2054 Сг

Рис 8. Политермическое сечение диаграммы №-Сг.

На основании выполненного получаем, что четырехкомпонентная эвтектика в данной системе имеет состав (% мае) 70,1 26,50 Сг; 3,28 1\Ъ; 0,04 В и температуру плавления 1317 К.

Оптимальные температуры спекания будут лежать на прямой, соединяющей точку О) с точкой Ты,. Содержание хрома в никелевой связке выбрано исходя из требуемых механичеких свойств, а в соответствии с построением на рис. 8. температура спекания и содержание других легирующих элементов определяются по диаграмме однозначно (табл. 2)

Таблица 2.

Зависимость оптимальной температуры спекания и содержания леги-

Содержание хрома, мас.% Температура спекания, К Содержание бора, мас.% Содержание ниобия, мас.%

15 1494 0,08 8,46

20 1417 0,10 10,90

Для подтверждения полученных результатов было выполнено спекание КМ с отклонением концентрации (рис. 9). По полученным данным можно утверждать, что и для многокомпонентных систем существует зависимость: основной состав КМ-количество легирующих примесей-температура спекания-свойства.

Таким образом, рассматривая получение КМ, как процесс, преимущественно зависящий от контактного плавления многокомпонентной системы, получили, что, зная основной состав КМ можно определить оптимальное количество легирующих элементов в материале и ,как следствие, оптимальную температуру спекания КМ.

Рис 9. Зависимость характеристик материала 50 % ТКИ+ЗЗ % N¡+17 % Сг, %мас от содержания легирующих элементов МЬ и В. Температура спекания 1450 К, время спекания 600с.

1-НКСэ/НкСэ этап; З-О/Ээтал; 3-П-пористость ;4- а„Уст„ этал.

При всей успешности определения температур спекания сплавов процесс графического определения температуры спекания многокомпонентного сплава оказывается довольно громоздким и весьма приближенным. В то же время определение температуры плавления сложной эвтектики математически представляет собой последовательное решение систем линейных уравнений и поддается алгоритмизации.

Оптимальные температуры спекания позволяют легировать КМ упрочняющими элементами, действие которых при обычных температурах спекания может оказаться нежелательным. Бор, как известно, образует боридные соединения, являющиеся хрупкой фазой. Выпадая по границам зерен, эти соединения приводят к охрупчиванию материала. Однако, для прохождения этого процесса необходимо активное прохождение диффузионных процессов.

С другой стороны, учитывая, что бориды металлов обладают довольно высокой твердостью, можно утверждать,что присутствие в

структуре коагулированных частиц боридов металлов приведет к повышению твердости и износостойкости материала без снижения других характеристик материала.

Было осуществлено легирование КМ диборидом ниобия и карбидом бора. Добавки этих термодинамически устойчивых компонент, с одной стороны, должны привести к повышению твердости материала, с другой - при остывании материала бор и ниобий не будут выделяться по границам зерен, а будут диффундировать к имеющимся фазам при условии сведения к минимуму диффузионных процессов, проходящих при спекании. Экспериментальные результаты подтвердили, приведенные рассуждения.

Рассматривая процесс получения КМ, как процесс контактного плавления многокомпонентной системы, сопровождающий спекание композиционного материала с компонентами, имеющими минимум на поверхности ликвидуса, получили следующие выводы:

1. Анализ результатов проведенных экспериментов свидетельствует, что подход к определению.оптимальной температуры спекания, разработанный раннее для трехкомпонентных систем, справедлив и для более сложных систем при наличии механизма контактного плавления в спекаемой системе.

2. Разработанный подход, применённый к многокомпонентным системам позволяет определять оптимальные температуры спекания многокомпонентного КМ, механические свойства которого будут наиболее высокими для данного поля концентраций.

3. Установлена строгая взаимозависимость концентрации легирующих элементов в КМ.

4. Полученные зависимости позволяют в ряде случаев решать и обратную задачу- выбор состава материала по требуемому уровню механических характеристик

5. Оптимальный режим спекания композиционного материала дает возможность вводить в материал упрочняющие добавки, повышающие твердость на 5-7 единиц НЛСЭ.

6. Управляя процессом формирования структуры получаемого материала с использованием основных закономерностей межфазного взаимодействия при контактном плавлении систем с учетом введения дополнительных упрочняющих фаз можно получать материал с оптимальным сочетанием прочностных и упругих свойств для конкретных условий эксплуатации.

5. ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разработан научный подход к определению оптимальной температуры спекания порошковых композиционных материалов, основанный на анализе механизма контактного плавления между спекаемыми компонентами. На его основе разработана технология получения мате-

риала с наиболее высокими для данной системы механическими свойствами при мелкозернистой структуре с минимальной пористостью.

2. В рамках разработанного подхода:

- выработаны принципы определения оптимальных температур спекания многокомпонентного порошкового композиционного материала, механические свойства которого будут наиболее высокими для данного поля концентраций;

- на основании анализа механизма контактного плавления сделан вывод, подтвержденный экспериментально, о строгой взаимозависимости соотношений концентрации легирующих элементов в материале;

- установлена возможность, подтвержденая экспериментально, определения состава многокомпонентных сплавов эвтектического состава.

- сформулированы принципы, позволяющие в определенных пределах управлять изменением свойств получаемого материала;

- анализ процесса формирования структуры получаемого материала с использованием основных закономерностей межфазного взаимодействия при контактном плавлении систем с учетом введения дополнительных упрочняющих фаз позволил получить материал с оптимальным сочетанием прочностных и упругих свойств для определенных условии эксплуатации.

3. Применение разработанного подхода к определению температур спекания позволило алгоритмизировать расчет составов, температур плавления многокомпонентных эвтектнк, а также определение оптимальных температур спекания и содержания добавок. Алгоритмизация в свою очередь позволила провести расчеты указанных величин на ЭВМ IBM PC 486.

4. Разработана методика, позволяющая менять в определенных пределах прочностные и упругие свойства получаемого материала в зависимости от содержания добавок легирующих элементов и температуры спекания с учетом конкретных условий эксплуатации.

5. Анализ диффузионных процессов в системах, где компоненты имеют диаграмму состояния эвтектического типа или "двойной сигары", т.е. где возможно контактное плавление, перенесенный на анализ взаимодействия твердых веществ вообще, позволяет сделать вывод о недопустимости контактирования этих веществ при хранении из-за возможности образования легкоплавкого соединения в контакте. Диффузионное перераспределение атомов в рассматриваемых системах будет наблюдаться и при температурах более низких, чем температура плавления самого легкоплавкого компонента, но с меньшей скоростью. Этот вывод является важным при рассмотрении взаимодействия веществ при производстве лекарственных препаратов.

6. Материалы, состав и температура спекания которых определялись по предложенному алгоритму, внедрены на двух предприятиях.

Фактический экономический эффект от внедрения материалов, полученных в рамках выполненных работ, составляет 40 млн.руб. в ценах 1995 года.

7. Предложенный подход к определению оптимальной температуры спекания порошковых композиционных материалов, основанный на анализе механизма контактного плавления между спекаемыми компонентами и технология получения материала с наиболее высокими для данной системы механическими свойствами позволили использовать карбид титана-никелевые материалы при производстве износостойкого инструмента на предприятиях фармацевтической промышленности и штамповой оснастки.

Основные материалы диссертации опубликованы в работах:

1. Гаврилов Н. И., Филимонов В. М., Гаврилов К. И.', Приходько В. Г. Механоактивация в порошковой металургии карбидосодержащих износостойких материалов/Лез докл. 11 всесоюз. симпозиум по механохимии и механоэмиссии твердых тел.- Чернигов.- 1990.-t2.-C.157.

2. Кудимов Ю. Н., Гаврилов Н.И., Гаврилов К. И., Приходько В. Г., Короткое Д. Г., Касян С. В. Жидкофазное спекание и контактное плавление//Деп. ВИНИТИ, 1992- № 2078 - В92 - 16 с.

3. Кудимов Ю. Н., Гаврилов Н. И., Гаврилов К. И., Приходько В. Г., Короткое Д. Г., Касян С. В. Двухфазные припои при контактном плавлении//Деп. ВИНИТИ 1992- № 2295 - В92 - 8 с.

4. Гаврилов Н. И., Филимонов В. М., Гаврилов К. И., Коротков Д. Г., Кудимов Ю. Н-. Приходько В. Г. Влияние дисперсности исходного сырья на качество конечного продукта// Изв. Вузов. Сев.- Кавк. регион. Техн. науки. - Ростов-н/Д, 1993. - № 1 - 2, С. 91 - 95.

5.Кудимов Ю. Н., Гаврилов Н. И., Гаврилов К. И., Приходько В. Г., Коротков Д. Г. Механоактивация в производстве безвольфрамовых твёрдых сплавов//Тез. докл. международного научного семинара "Ме-ханохимия и механическая активация". - Санкт - Петербург.- 1995.~2с.

6. Кудимов Ю. Н., Приходько В. Г., Коротков Д. Г., Гаврилов Н. И., Гаврилов К. И. Новые износостойкие материалы для технологического оборудования в фармацевтической и медицинской промышленности// Тез. докл. 48 Респуб. науч. конф. по фармации и фармокологии.'- Пятигорск. -1993. - С. 100 -101.

7. Кудимов Ю. Н., Гаврилов Н. И., Гаврилов К. И., Приходько В. Г. Некоторые особенности механизма контактного плавления в системе сталь 40Х- композиционнй материал ТЮ-№-Сг//Тез.докл. 50 регион, конф. по фармации иподготовке кадров.-Пятигорск.-1995.-С.65.

8. Гаврилов Н. И., Гаврилов К. И., Кудимов Ю. Н., Приходько В. Г. Метод улучшения свойств порошкового композиционного материала//Тез. докл. регион, конф. по фармации и фармакологии.-Пятигорск.-1992.-С.63.

РАЗРАБОТКА МЕТОДА ПОЛУЧЕНИЯ КАРБИД ТИТАНА-НИКЕЛЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ И ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Подписано к печати 16.01.97 г. Формат 60/84 1/16. Печать ротапринтная. Усл. печ. л. 0,8. Уч. изд. п. 0,8. Тираж 100. Заказ ц/ £>¥ Пятигорская государственная фармацевтическая академия, 357533 г. Пятигорск, пр. Калинина 11.

Ротапринт ПГФА.