автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Влияние состава твердых сплавов на износ при резании металлов

На правах рукописи

ИЛЯСОВ Юрий Викторович

ВЛИЯНИЕ СОСТАВА ТВЁРДЫХ СПЛАВОВ НА ИЗНОС ПРИ РЕЗАНИИ МЕТАЛЛОВ

Специальности 05 03 01 - Технологии и оборудование механической и физико - технической обработки, 05 02 04 - Трение и износ в машинах

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ростов - на - Дону - 2005

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Донском государственном техническом университете

Научный руководитель

Официальные оппоненты

Ведущее предприятие

кандидат технических наук, доцент ШУЧЕВ К Г

доктор технических наук, профессор ПАЛАГНЮК Г Г

кандидат технических наук, профессор ЖИЛИН В А

ОАО НПП КП «КВАНТ» (г Ростов н/Д)

Защита состоится «26» апреля 2005 г в 1 000 часов на заседании диссертационного совета Д 212 058 02 в Донском государственном техническом университете по адресу 344010, г Ростов-на-Дону, пл Гагарина 1 ДГТУ, ауд 252С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Донского государственного технического университета

Отзыв в двух экземплярах заверенных печатью, просим высылать в диссертационный совет по указанному адресу

Автореферат разослан « » марта 2005 г

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук профессор

Чукарин А Н

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы Ключевой проблемой развития современного машиностроения является повышение качества и надежности выпускаемой техники Эти показатели закладываются в значительной степени на технологических операциях резания, а качество режущего инструмента определяет уровень режимов резания, точность и качество поверхности обрабатываемых деталей, а также производительность Особое значение приобретает стабильность режущих свойств твердосплавного инструмента в автоматизированном производстве на станках с ЧПУ, ГПМ и ГПС, доля которого в мировой индустрии к концу второго тысячелетия достигло более 50-ти % из-за того, что они имеют высокую твердость, механическую прочность в сочетании с высоким сопротивлением изнашиванию в широком диапазоне режимов резания Эти характеристики обеспечиваются наличием в структуре этих материалов карбидов, нитридов и карбонитридов тугоплавких элементов и (или) их твердых растворов.

В связи с различными механизмами износа, проявляющихся при обработке резанием, для твердого сплава (ТС) как износостойкого материала важнейшими являются, кроме отмеченных, и другие свойства однородность структуры; термодинамическая стабильность структурных составляющих, главным образом твердых частиц; высокая сила сцепления по границам зерен, включая адгезию, между твердыми частицами и связующей фазой, минимальная склонность к схватыванию с обрабатываемым материалом в процессе резания

Для повышения производительности и стойкости твердосплавного металлорежущего инструмента необходимо совершенствование структуры инструментального материала, что достигается моделированием карбидной и (или) связующей фаз, с целью улучшения их высокотемпературных свойств, обеспечивающих обработку сталей с повышенными скоростями резания Повышение износостойкости инструментальных материалов невозможно решить без научного прогнозирования их поведения в условиях трения при резании, без применения аналитических методов расчета показателей износостойкости. Именно

эти вопросы рассмотрены в диссертации и определяют её научное и практическое значение

Работа выполнена по федеральным научно-техническими программам. России «Разработка промышленной технологии нанесения минералокерами-ческих термо-коррозионно-износостойких покрытий на детали машин методом микродугового оксидирования в слабощелочном электролите и исследование их характеристик», «Исследование явлений самоорганизации при изнашивании ИМ с многослойным покрытием в активных технологических средах»

Цель работы. Изучение взаимосвязей между износостойкостью и харак теристиками электронного состояния твердых сплавов на основе карбидов вольфрама и титана, разработка методики расчета износостойкости по величине термоЭДС, обоснование выбора состава новых сплавов и оценки их режу щих свойств.

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач

1 Получение аналитической зависимости, связывающей износостойкость при абразивном изнашивании с параметрами электронного состояния материала и её характеристики - величины термоЭДС

2 Экспериментальное исследование абсолютных величин термоЭДС между компонентами твердого сплава

3 Определение относительной термоЭДС (по отношению к WC) различных сплавов, прототипов будущих связок.

4 Оценка характеристик электронного состояния твердых сплавов и их составляющих

5 Разработка новых составов твердых сплавов и экспериментальное исследование их режущих свойств

Методика исследований и достоверность полученных результатов

Исследования выполнялись теоретическими и экспериментальными методами, с использованием элементов физики твердого тела, теории надежности и компьютерного моделирования составов и свойств ТС Экспериментальные исследования износа и стойкости инструмента на операциях точения и фрезерования проводились в производственных и лабораторных условиях

Достоверность полученных результатов подтверждается согласованием данных компьютерного моделирования и расчета с экспериментальными исследованиями и промышленной апробацией

Автор защищает

1 Зависимость для оценки износостойкости твердых сплавов при абразивном изнашивании устанавливающая связь между величиной относительной износостойкости и характеристикой электронной структуры материала - абсолютной термоЭДС

2 Физическую модель износостойкости твердых сплавов при их абразивном изнашивании в процессе резания Расчетами величины интенсивности изнашивания для разных составов одно- и двухкарбидных твердых сплавов показано, что сплав с меньшей термоЭДС имеет большую износостойкость Эти результаты теоретических расчетов подтверждают данные многочисленных экспериментов при трении и резании твердыми сплавами

3 Методику инженерного расчета износостойкости твердых сплавов

4 Результаты экспериментальных исследований работоспособности предложенных составов твердых сплавов в условиях резания

Практическая ценность работы На основании теоретических исследований разработана методика инженерного расчета износостойкости твердых сплавов что позволяет прогнозировать их эксплуатационные свойства при резании металлов

Разработаны новые составы твердосплавных материалов с высокими характеристиками износостойкости

Апробация работы Основные положения и результаты диссертации докладывались на международных конференциях «Новые материалы и технологии порошковая металлургия, композиционные материалы, защитные покрытия, сварка» (Минск-2004) «Порошковая металлургия» (Ницца-2001, Лозанна-2002), «Деформация и структура в ПМ» (Стара Лесна-2002), на европейских конференциях «Перспективные материалы и процессы» (Мюнхен-2000, 2002), научно практической конференции «Эффективные материалы, технологии и оборудование для сварки, плазмы, нанесения покрытий металлообработки и порошковой металлургии Информационные технологии в интеграции науки, образования и производства» (Ростов н/Д, 2004), а также ежегодных научно-

технических конференциях профессорско-преподавательского состава ДГТУ 2002-2004 гг

Реализация результатов работы Полученные результаты нашли применение в виде методик расчета износостойкости режущего твердосплавного инструмента, программного комплекса с развитым пользовательским интерфейсом для расчета и выбора оптимальных (с точки зрения минимального износа) режимов резания, использованы для установления оптимальных режимов эксплуатации металлообрабатывающего инструмента номенклатуры ЗАО «Красный Аксай» с экономическим эффектом 11,2 тыс рублей, АО «Роствертол» с экономическим эффектом 10,24 тыс рублей, нового состава твердого сплава на основе карбида титана для изготовления металлообрабатывающего инструмента на ОАО Донпрессмаш с экономическим эффектом 50 тыс рублей Новый состав твердого сплава на основе «карбид вольфрама - сложнолегированная кобальтовая связка» прошел стадию опытной апробации на ОАО «Победит»

Публикации По материалам диссертационной работы опубликовано 8 печатных работ

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов по работе, списка использованной литературы Работа содержит 130 страниц машинописного текста, 24 рисунка, 27 таблиц список литературы из 101 источников

В приложении представлены материалы о внедрении результатов исследований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении содержится обоснование актуальности работы основные научные положения, составляющие предмет работы

В первой главе проанализированы научные труды современных ученых в области физической природы износа в процессах резания, взаимосвязи меха-но-физико-химических явлений на контакте, в частности, величины термоЭДС как физической характеристики свойств материала с износостойкостью режущего инструмента

Анализ литературы, основу которой составляют работы отечественных и зарубежных ученых, внесших большой вклад в развитие науки о трении и износе (в процессах резания), Ю Н Дроздова, Ю С Дуброва В Д Евдокимова, В А Жилина, Н С Колева, Б И Костецкого, А А Рыжкина Н А Сафонова В Г Со-

лоненко, А В Чичинадзе К Г Шучева и др , показал, что при изучении стабильности режущих свойств твердосплавного инструмента необходимо учитывать влияние факторов структурной неоднородности контактирующих материалов, состоящих из чередующихся фаз различного химического состава и физических свойств, на температурные флуктуации при трении Присутствие границ раздела между зернами карбидов основы ТС и связкой, при наличии существенных различий в теплофизических характеристиках отдельных структурных составляющих, а также поверхностных слоев инструментального материала, является причиной возникновения локальных флуктуаций температурного поля в контактной зоне, которые могут приводить к изменению термодинамического состояния системы в целом и играть важную роль в процессе изнашивания контактирующих тел

Компоненты современных ТС отличаются и термоэлектрическими свойствами, в частности величинами и знаком абсолютных термоЭДС, являющимися признаками гетерогенности Величина термоЭДС может выступать как термодинамическая характеристика структуры режущих инструментальных материалов Экспериментально установлена корреляция между износостойкостью режущего инструмента и величиной термоЭДС.

Наиболее плодотворной представляется попытка учесть влияние на износ комплекса таких физических параметров, как работа выхода электрона, число свободных электронов на атом, энергия связи атомов, химические потенциалы в исследованиях В Д Евдокимова В А Кима, Н С Колева и Р X Имангулова, В А Жилина, Ю Н Дроздова, Ф Я Якубова и др Следует отметить, что лишь в зависимости А А Рыжкина и В Г Солоненко входят величины, сравнительно просто рассчитываемые или легко определяемые экспериментально - относительные термоЭДС и коэффициент Томсона

Так как величина термоЭДС определяется плотностью состояний электронов в окрестности уровня Ферми, то одной из задач исследований было изучение взаимосвязи между износостойкостью и структурой твердых сплавов на основе карбидов вольфрама и титана, получение аналитической зависимости для оценки износостойкости с учётом параметров электронного состояния материала и её характеристики - величины термоЭДС.

Одним из путей улучшения свойств твердых сплавов является совершен -ствование карбидной фазы путем введения карбидов тугоплавких металлов, в

частности, добавление карбида титана в твёрдый сплав системы WC-Co улучшает высокотемпературные свойства ТС, повышает стойкость к окислению, твердость и жаропрочность. Темпы мирового современного производства требуют создания более дешевых и эффективных инструментов, поэтому ведутся поиски замены компонентов сплавов, в частности, дефицитных вольфрама и кобальта В безвольфрамовых твердых сплавах (БВТС) основой служит карбид титана, являющийся наиболее твердым из всех карбидов. Повышенная износостойкость, высокая стойкость к окислению, меньшие склонность к наростооб-разованию, коэффициенты трения и теплопроводности БВТС обеспечивает высокую размерную стойкость инструмента, меньшую шероховатость и большую точность обработки. Легирующими компонентами сплава являются карбиды, нитриды, карбонитриды металлов постоянного потребления титан, вольфрам, ванадий, тантал, ниобий и другие. В качестве связующих элементов используют Mo, N иногда используют Со

Исследование фактора структурной неоднородности и его влияния на температурные флуктуации при трении показывает, что существующие композиции современных бинарных твердых сплавов, содержащих в качестве связок Со, Mo не являются оптимальными, так как на границах раздела фаз WC, Со, № и Мо амплитуда температурных флуктуаций может достигать более 100 °С Компоненты современных ТС отличаются и термоэлектрическими свойствами, в частности, абсолютными термоЭДС Поэтому одной из задач, в данной работе, служит разработка методики расчета износостойкости при резании металлов и на этой основе рациональный выбор состава твердосплавного материала с высокой износостойкостью

Вторая глава посвящена теоретическому анализу полученной зависимости для оценки износостойкости твердых сплавов, устанавливающая связь между величиной относительной износостойкости и абсолютной термоЭДС

Рассмотрен абразивный вид изнашивания, который, согласно данным Г Фирреге, проявляется с равномерной интенсивностью во всем диапазоне скоростей резания Используя зависимость Хрущева М М , приближение Фриделя (для энергии химической связи), модель Мотта (для диффузионной термоЭДС) и ряд математических приближений, получили соотношение, связывающее из носостойкость с характеристиками электронной структуры

I '

где Ь - энергия состояния, EF - энергия Ферми, Еь - энергия дна валентной полосы, А - энергетический интервал, 5 - абсолютная термоЭДС, Т - термодинамическая температура, Кс - энергия электронов атомов в свободном состоянии; КН1, КН2 - варьируемые параметры, Ь - размерный коэффициент пропорциональности, м2/Н, a,, m - коэффициенты и степень полинома

Полученная новая зависимость для оценки относительной износостойкости связывает износостойкость с параметрами электронной структуры - плотностью электронных состояний, энергией Ферми, числом заполнения электронами s,p,d-ypoвней энергией связи атомов - и абсолютной термоЭДС инструментального материала Зависимость (1) в дальнейшем может быть использована для прогнозирования трибологических свойств режущего инструмента, в частности, для моделирования основы твердых сплавов режущего инструмента.

¡ЕЩЕ)(1Е + А Е,ек'! +КС+КШ)2 +К„Л, (1)

Для иллюстрации возможностей данного подхода изучена износостойкость широко исследованных ранее одно- и двухкарбидных твердых сплавов на основе карбидов вольфрама и титана Используя экспериментальные данные тер-моЭДС в соответствии с предложенной моделью, получили значение относительной износостойкости для карбида вольфрама, которое коррелирует с экс-

периментальными данными Аналогичным образом были рассчитаны относительные износостойкости твердых сплавов ряда WC - ВК8-Т5К10-Т15К6-Т30К4 - Т60К6 Анализ данных по износостойкости (представленных в диссертации) показывает, что принятая модель отражает тенденции повышения износостойкости инструментальных материалов в ряду WC-BK8-T5K10-T15K6-Т30К4-Т60К6 с уменьшением величины абсолютной термоЭДС Наблюдаемое повышение относительной износостойкости ТС на основе двухкарбидных систем коррелирует с увеличением содержания карбидной составляющей титана в инструментальном материале.

Третья глава посвящена экспериментальным исследованиям износостойкости твердосплавных пластин с целью проверки существования корреляции «возрастание относительной износостойкости однокарбидных систем с увеличением содержания карбидной составляющей титана в твердом сплаве» Разработана методика экспериментального определения величины термоЭДС для чистых металлов Д О-, Mn, Fe, Со, М, Си, Мо и их сплавов, составляющих структуры твердых сплавов, представлены экспериментальные значения тер-моЭДС для некоторых сплавов рассматриваемых как гипотетические составы связующих фаз в твердых сплавах Методом простого интегрального среднего был произведен отбор сплавов, отвечающих минимуму термоЭДС, которые будут использованы в дальнейшем для компьютерного моделирования основы твердых сплавов На рис 1 представлены температурные зависимости термо-ЭДС некоторых сплавов в широком интервале температур, анализ которых позволяет прогнозировать их температурную стойкость

ханическим креплением неперета-

чиваемых пластин из твердых сплавов марок КНТ16 и Т15К6+ТЮ в условиях торцевого фрезерования стали 45 (на следующих режимах резания У=373 м/мин, подача вм= 0 75 м/мин, глубина резания 1 = 1*10-3 м) с целью определения

стойкостные испытания фрез с ме-

Проведены сравнительные

40 Т. мин 80

Рис 2 Зависимости «износ-время работы» при торцевом фрезеровании стали 45

сравнительной их работоспособности по сравнению с Т15К6 Экспериментальные зависимости «износ-время работы», в частности для КНТ16 (для 10 фрез) представлены на рис 2

Рис 3 Характеристики надежности торцевых фрез при ^=0,5*10-3м а-П5К6, 6-КНП6 кривые Г(Т) - частота отказов Р(Т)- функция надежности и Х(Т)-интен-сивность отказов

Анализ полученных зависимостей показал, что среднее значение наработки на отказ испытываемых партий фрез составили Т 35 4 мин, 71 75 мин для

фрез с пластинками Т15К6 и КНТ16 соответственно Для расчета статистических характеристик стойкости партии фрез в соответствии с известной методикой использовали экспериментальные зависимости, подобные представленным на рис 2. Надежность режущих инструментов оценивалась по следующим параметрам, плотность вероятностей частоты отказов стойкости f (Л, вероятность безотказной работы (функция надежности) Р(Т) и интенсивность отказов (Т), т е условная плотность вероятности отказов инструмента в заданный момент времени «Т» Типовые расчетные характеристики надежности торцевых фрез с пластинами на примере сплавов КНТ16 и Т15К6 представлены на рис 3

Из анализа рис 3 следует, что гарантийная стойкость Т(0 9) пластин из твердого сплава марки КНТ16 для уровня 90 % превосходит в 3 7 раза аналогичную стойкость пластин из ТС марки Т15К6, составляя 73,9 минут безотказной работы

Исследования износостойкости с использованием теории надежности твердых сплавов ВК8, Т5К10, КНТ16, Т15К6 и Т15К6+ТЮ показали, во-первых, что гарантийная стойкость Т(0 9) пластин из твердого сплава марки Т15К6 примерно в 3 раза превосходит гарантийную стойкость Т(0 9) пластин из твердого сплава марки ВК8 и в 1 4 раза превосходит гарантийную стойкость Т(0 9) пластин из твердого сплава марки Т5К10, составляя 201 9 мин , 143 7 мин и 59 9 мин соответственно; во-вторых, что увеличение содержания карбида титана в составе ТС обеспечивало повышение его гарантийной стойкости

В четвертой главе рассмотрено практическое применение и использование полученных результатов для совершенствования состава твердых сплавов по итогам экспериментальных и теоретических исследований

Проведен расчет износостойкости модельных твердых сплавов типа «кар бид вольфрама - металл» (металл = Д О-, Mn, Fe, Со, № Си, Мо ) с использованием данных по плотностям электронных состояний Теоретически показано, что присутствие в твердых сплавах марганца, железа никеля и меди приводит к увеличению термоЭДС в (08-1 7) раза что должно обеспечивать возрастание износостойкости Легирование титаном, хромом и кобальтом увеличивает термоЭДС на один порядок, а легирование молибденом приводит к уменьшению на один порядок величины термоЭДС Показано что при увеличении номера легирующего элемента, в твердом сплаве возрастает количество валент-

ных электронов, что приводит к росту плотности состояний на уровне Ферми и могут изменяться трибологические свойства инструментального материала

Установлено, что частичное замещение вольфрама в \МС атомами титана, кобальта, никеля или молибдена может обеспечить значительное возрастание износостойкости твердого сплава относительно \МС Представленные в табл 1 оценки относительной износостойкости для модельных твердых сплавов коррелируют с теоретическими данными об. энергия связи и микротвердости

Максимальное значение износостойкости наблюдается в твердом сплаве «карбид вольфрама - кобальт», что можно объяснить высокими значениями твердости и энергии связи (см табл 1) Величина энергии связи Ес = 15 37 Яу для данного твердого сплава оказывается соизмеримой с энергией связи в алмазе Износостойкость сплава «карбид вольфрама - молибден» на 24 % ниже относительно ТС на основе «карбид вольфрама - кобальт», что также определяется значениями твердости и энергии связи в сплаве

Таблица 1 Расчетные износостойкости твёрдых сплавов типа \М083Ме017 С при температуре 500 °С

Твердый сплав Энергия связи Ес, Яу Микротвёрдость H, ГПа Относительный износ 1отн

WC 10 70 23 570 330 450

WC-Ti 13 36 32 740 459 009

WC-Cr 10 32 12 699 178 038

WC-Mn 12 24 20 024 280 737

WC-Fe 12 57 23 569 330 434

WC-Co 15 37 61 937 868 361

WC Ni 13 35 32 707 458 551

WC-Cti 13 19 30 701 430 432

WC-Mo 14 42 47 179 661 448

Расчетное значение твердости для сплава \^0183Со0117С по порядку величины качественно согласуется с значениями твердости для промышленных марок твердых сплавов типа ВК Сплавы на основе «карбид вольфрама - титан» и «карбид вольфрама - никель» показывают практически одинаковую износостойкость, которая близка к износостойкости твердого сплава Т15К6 Сопоставление твердости в сплавах «карбид вольфрама - кобальт» и «карбид вольфрама -никель» соответствует известным экспериментальным данным и основной причиной различия в свойствах сплавов является разница в свойствах самих чистых металлов кобальта и никеля Анализ спектра валентных электронов в

карбидных системах ^Л/оазМеоиС (Ме = Со, №) позволяет высказать предположения о причинах различий наблюдаемых их трибологических свойств

Результаты изучения взаимосвязи износостойкости с изменениями электронного состояния сплавов использованы при совершенствовании составов твердых В качестве критерия использована установленная для твердых сплавов закономерность возрастания износостойкости с уменьшением величины его абсолютной термоЭДС. Теоретически рассчитанные значения энергии связи, твердости и относительной износостойкости при абразивном изнашивании многокомпонентных твердых сплавов моделируемых составов при ведены в табл. 2.

Таблица 2 Расчетные износостойкости моделируемых твердых сплавов при температуре 500 °С

Материал основы твердого сплава Энергия связи ЕСЯУ Микротвердость Н, ГПа ТермоЭДС |ьэ|, мкВ/С Износостойкость I отн

WC-Co 15 37 61 937 - 868 361

\Мо8з(СОолМОо5)о1?С 15 56 65 086 09 912 4S9

Wo83 (Nlo2Cr08)0,7C 12 02 17 782 09 249 305

Wo 8э (Feo2sCoo7S)oi7C 12 87 26 878 1 1 376 829

Wo83(Feo7Cro2Nioi)o,7C 13 34 32 564 14 456 551

Won (COo25^1*075) 0 17^ 11 91 16 755 1 9 234 911

W0 аз (Fe09Nio 1)017C 1331 32 207 21 451 540

W083 (Coc5Cro5)(,,7C 12 27 20 297 24 284 565

Анализ данных расчетов в сопоставлении с системой «карбид вольфрама -кобальт» показывает, что 50%-ное замещение кобальта молибденом обеспечивает повышение износостойкости твердого сплава на 5%, а замещение хромом и железом понижает износостойкость твердого сплава в 2 3 - 3 раза (при 50%-кратном замещении) В сплавах «карбид вольфрама - хром (железо, никель)» достаточно высокие значения износостойкости соответствуют составам УУовз (Ре

и оказываются близки значениям износостойкости твердых сплавов типа Т5К10 и Т15К6

Найдена корреляционная зависимость износостойкости модельных ТС с величиной термоЭДС (рис 4)

Корреляционная зависимость, представленная на рис 4 может быть представлена полиномом второй степени

IoT„ = SaiE1

i-i

где а0 = 1008 29, а, = - 643 96, а 2 = 150 702

Результаты вычисления парциальных зарядов электронов модельных твер дых сплавов (см диссертацию) позволяет утверждать что возрастание износо стойкости в модельном сплаве коррелирует с возрастанием количества d электронов

Рис.4. Связь относительной износостойкости моделируемых твердых сплавов с величиной абсолютной ТЭДС при температуре испытания 500С

-W0!

3-W0 !

7-W01

17С, 2-WO 83(NiO 2СгО 8)0 17С

| 83(СоО 5М<

| 83(Ье0 25Со075)0 17С, 4-WO 83(FeO 7CrO 2NiO 1)0 17С, 5-W0 83(Со0 25СгО 75)0 17С, 6-WO 83(FeO 9NiO 1)0 17С, | 83(СоО 5Сг

17С

Во всех рассмотренных составах в качестве доноров при достраивании ер конфигурации атомов вольфрама выступают переходные с1-метаплы (за исключением титана и молибдена) В изученных твёрдых сплавах количество С электронов лежит в интервале (5 2 7 4)е имея максимальное значение у твер дых сплавов с максимальной износостойкостью

Таким образом применение модели взаимосвязи физических свойств (на уровне электронной структуры) с износостойкостью в сочетании с фактором структурной совместимости тугоплавкой основы и связки позволяет моделиро вать новые составы твердых сплавов и прогнозировать их свойства

Таблица 3 Расчетные данные твердости и износостойкости модельных твердых сплавов

Сплавы (WC)oi3+X017

№ X Соотношение ТЭДС, мВ Энергия связи, 1?у Твердость, ГПа Износостойкость

1 83-17 39 13 78885 51 141 631 223

2 Со Mo 75.25 14 1 13 29075 44 725 552 241

3 50 50 09 13 87135 52 251 644 895

4 83:17 109 11 20295 23 234 287 65

5 Ni Cr 80.20 114 10 3824 17174 213 041

6 50:50 2 1 9 966253 14 615 181 539

7 20:80 09 10 01642 14 906 18511

в 75:25 -131 10 46388 17 716 219 708

9 Fe Со 50:50 -51 11 33498 24 335 301 203

10 25:75 -1 1 12 22827 32 699 404 179

11 Fe Cr Ni 70:20:10 1 4 10 92395 21 023 260 422

12 75:25 34 12 08449 31 245 386 277

13 Co Cr 50:50 24 11 10662 22 453 278 032

14 25 75 1 9 10 35387 16 988 210 745

15 90:10 -2 1 11 0778 22 223 275 199

16 Fe Ni 75:25 -21 11 16078 22 89 283 411

17 50:50 -4 1 11 29241 23 976 296 786

18 25 75 -12 1 11 42991 25148 311 213

19 Fe Co Cu 70-20:10 -91 12 85466 39 516 488 106

20 45:45:10 -2 6 12 71004 37 873 467 871

21 20:70:10 -11 1 12 76967 38 545 476 152

22 75:15:10 3 59 1399161 49 849 615 324

23 Co Mo Ti 68 22 10 12 77 13 91246 52 81 651 77

24 45.45:10 0 818 15 84125 82 809 1021 116

25 75:25 67 11 24359 23 569 291 776

26 N1 Mo 50:50 59 11 82189 28 696 354 896

27 25.75 51 1240018 34 492 426 25

В соответствии с принятым в данной работе критерием осуществлена оптимизация состава твердого сплава «титан - хром - углерод - никель» в широком интервале изменений концентрации хрома Результаты этих расчетов, представленные в диссертации, свидетельствуют о существовании аномалий термоэлектрических свойств твердого сплава в рассматриваемом интервале концентрации хрома При возрастании содержания хрома значения температурного коэффициента диффузионной термоЭДС также обнаруживают аномалию в области концентраций хрома 3 6-6 0 ат %.

Влияние состава связки на износостойкость однокарбидных вольфрамоко-бальтовых ТС типа WC-(Co, Me) и твердых сплавов со сложнолегированным зерном WC типа (W,Me)C-Co представлено в табл 3

Для экспериментальной проверки теоретического прогнозирования триболо-гических свойств ТС, представленных в табл. 3, была изготовлена опытная партия твердосплавных пластин В качестве аналога был выбран твердый сплав ВК8

Таблица 4 Характеристика твердосплавных смесей партий №№ 1, 2, 3 и сплавов на их основе

№ Состав связки Удельная плотность г/см3 — 1441 Прочность при изгибе, кГс/см Твердость, HRA Коэрцитивная сила, Э Коэффициент стойкости

1 Со Мо 140 2 90 3 191 1 8

83 17

2 75 25 13 83 1104 88 7 205 1 7

Ре Со Си 13 46 87 3 85 6 162 1 1

19 1 70 20 10 ¡

20 45 45 10 13 89 791 87 3 207 1 8

21 20 70 10 14 49 129 3 89 0 112 1 7

22 Со Мо Ti 13 00 80 4 87 0 231 1 85

75 1510

23 68 22 10 13 19 91 2 88 0 248 1 4

24 45 45 10 13 40 42 2 73 7 214 091

Технологический процесс изготовления новых сплавов соответствовал стандартному технологическому циклу изготовления сплава ВК8 Пластинки формы № 02271 (ГОСТ 25395-90) спекались в атмосфере водорода в муфельной электропечи при температуре 1420±10'С по режиму спекания изделий из твердосплавной смеси марки ВК8 Микроструктурный анализ спеченных образ-

цов осуществлялся в соответствии с ГОСТ 9391-80 и показал, что микроструктура твердых сплавов соответствует требованиям ГОСТов

Физико-механические свойства спеченных составов твердых сплавов определялись в соответствии с ГОСТ 20019-74, ГОСТ 20018-74, ГОСТ 20017-74 и приведены в табл 4

Рис 5 Характер износа задних поверхностей режущих пластин

Для определения режущих свойств твердых сплавов проводили сравнительные стойкостные испытания пластин новых ТС и ВК8 при продольном точении заготовок из чугуна марки СЧ-25 на следующих режимах резания V =175 м/мин, глубина резания t = 1 мм, подача So = 0,2 мм/об Результаты экспериментов приведены в табл 5

На рис 5 показаны изношенные задние поверхности пластин разных твердых сплавов (снимки получены за 10 мин точения) и коэффициент стойкости по отношению к ВК8

Из табл 5 видно, что практически все перспективные составы твердых сплавов (кроме пластин 2-24) обеспечивают более высокие режущие свойства, чем твердый сплав ВК8

Таблица 5 Результаты стойкостных испытаний твердых сплавов

№№ партий Стойкость пластин Коэффициент изменения

твердых сплавов Т мин стойкости (относительно ВК8)

2-19 12 1 ,14

2-20 18 1,8

2-21 17 1,7

2-22 18,5 1,85

2-23 14 1,4

2-24 9,1 0 ,91

2-1 18 1,8

2-2 17 1,7

3-3 15 1,5

3-24 18 1,8

Полученные данные позволяют предположить, что присутствие титана в связке или в сложнолегированном карбидном зерне обеспечивает меньший и более равномерный износ задних поверхностей инструмента и большую стойкость

Представляет определенный интерес сравнить полученные экспериментальные данные по коэффициентам изменения стойкости пластин опытных ма рок твердых сплавов с результатами теоретических расчетов их относительной износостойкости по формуле (1) и измерениями величины термоЭДС (рис 1)

Из представленных данных на рис б видно, что аппроксимирующие кривые зависимостей J ^ (е) и Кс = I (е) имеют экстремум вблизи нулевых значений термоЭДС Это может служить подтверждением правомерности развитых выше представлений и не противоречит известным экспериментальным данным других авторов

В пятой главе представлены рекомендации по повышению стойкости пластин из твердого сплава и результаты промышленного внедрения результатов ис-

следования На основании теоретических исследований разработана методика инженерного расчета износостойкости твердых сплавов, программный комплекс с развитым пользовательским интерфейсом для расчета и выбора оптимальных режимов резания (приложения к диссертации) которые использованы для установления оптимальных режимов эксплуатации металлорежущего инструмента номенклатуры предприятий (ЗАО «Красный Аксай», АО «Роствертол») более 20 тыс рублей

20

Рис 6 Взаимосвязь относительной износостойкости J пластин новых твердых; сплавов (расчет) и коэффициента стойкости К, (эксперимент) и величины термоЭДС, кривые 1- относительная износостойкость, 2 - коэффициент стойкости, ♦ - расчетные значения J, + - экспериментальные данные Кс

Разработаны новые составы твердосплавных материалов с высокими характеристиками износостойкости, которые нашли применение для изготовления металлообрабатывающего инструмента номенклатуры ОАО «Донпрессмаш» с годовым эффектом более 50 тыс рублей

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ

1. В работе выполнены исследования влияния состава твердосплавных материалов на износ в условиях резания металлов. Получена зависимость для оценки износостойкости твердых сплавов при абразивном изнашивании, устанавливающая связь между величиной относительной износостойкости и характеристикой электронной структуры материала - абсолютной термоЭДС

2 Предложен новый подход к изучению износостойкости твердых сплавов на основе полученной зависимости и методов физического моделирования, который позволил установить закономерности изменения износостойкости твердых сплавов и предложить новые составы твердых сплавов, превосходящие аналог по показателям износостойкости

3. На основе созданной методики инженерного расчета износостойкости твердых сппавов и программного комплекса с развитым пользовательским интерфейсом изучено влияние составов одно-, двухкарбидных и моделируемых новых твердых сплавов на их электронное состояние, физико-механические и трибологические свойства, что позволило объяснить природу взаимосвязи износостойкости и физических свойств твердых сплавов.

4 Предложена физическая модель износостойкости твердых сплавов при их абразивном изнашивании в процессе резания, которая в сочетании с фактором структурной совместимости тугоплавкой основы и связки позволяет моделировать новые составы твердых сплавов и прогнозировать их свойства Модель базируется на известной зависимости М М Хрущева для абразивного износа, модели Мотта для диффузионной термоЭДС, приближениия Фриделя для энергии связи, элементов теории локального когерентного потенциала (ЛКП), а также эм лирической зависимости твердости от энергии связи Выполненный анализ предела чувствительности физической модели износостойкости (аналитической зависимости) для твердых сплавов в широком диапазоне изменения температур и термоЭДС показал ее адекватность эксперименту

5 Расчетами величины интенсивности изнашивания для разных составов одно- и двухкарбидных твердых сплавов показано что сплав с меньшей термо-ЭДС имеет большую износостойкость Результаты теоретических расчетов подтверждаются данными экспериментов при трении и резании твердыми сплавами

6 Установлено, что в настоящее время на микроуровне до конца не использованы возможности повышения износостойкости твердосплавного режущего инструмента как за счет совершенствования структуры основы ТС, непосредственно связанной с термоэлектрическими явлениями в зоне контакта пар трения, так и за счет улучшения физико-механических свойств ТС на основе \МС и карбида титана, что достигается оптимизацией содержания карбида титана в твердом сплаве

7 Выполнены оценочные расчеты износостойкости карбидов вольфрама и твердых сплавов на их основе (с кобальтовой связкой) типа ВК8, Т5К10, Т10К6, Т30К4, Т60К6 В дальнейшем данное соотношение может быть использовано для прогнозирования трибологических свойств режущего инструмента, в частности, для моделирования основы твердых сплавов режущего инструмента. Показано, что принятая модель отражает тенденции повышения износостойкости инструментальных материалов в ряду \МС - ВК8 - Т5К10 - Т15К6 - Т30К4 -Т60К6 с уменьшением величины абсолютной термоЭДС Наблюдаемое возрастание относительной износостойкости инструментальных материалов на основе двухкарбидных систем коррелирует с увеличением содержания карбидной составляющей титана в сплаве.

8 Разработана методика экспериментальной оценки термоЭДС составляющих структуры твердых сплавов, представлены экспериментальные значения термоЭДС для некоторых твердых сплавов, сталей и их сплавов, рассматриваемы как гипотетические составы связующих фаз в твердых сплавах Приведены результаты измерения термоЭДС при контакте двух тел карбида вольфрама с гаммой сплавов, полученных спеканием порошков из Сг, N11, Мо, Мп, Ре, Со, Си. Методом простого интегрального среднего был произведен отбор сплавов, отвечающих минимуму термоЭДС, которые были использованы для компьютерного моделирования основы новых твердых сплавов

9 Представлены результаты экспериментальных исследований по износостойкости твердых сплавов разного состава при резании Проверка гипотезы о том, что управлять тепловым режимом зоны трения можно подбором материалов основы ТС по их теплофизическим свойствам, показала, что подбором состава твердого сплава можно (для конкретных условий трения) увеличить износостойкость твердых сплавов Кроме того, в исследованных твердых сплавов

возрастание содержания карбида титана в основе ТС обеспечивало возрастание его износостойкости

Сравнительные испытания износостойкости торцевых фрез с механическим креплением неперетачиваемых пластин из твердых сплавов марок ВК8, КНТ16, Т5К10 и Т15К6 в лабораторных и производственных условиях выявили роль карбида титана в повышении износостойкости твердых сплавов на его основе

10 Использование аппарата теории надежности позволило рассчитать показатели надежности торцевых фрез, установить уровень их гарантийной стойкости Показано, что увеличение содержания карбида титана в основе твердого сплава сопровождается возрастанием гарантийной стойкости Т(Р) торцевых фрез

Результаты выполненных исспедований нашли апробирование и практическое применение на предприятиях Ростовской области (ЗАО «Красный Аксай», АО «Роствертол», ОАО «Донпрессмаш») с годовым эффектом более 70 тыс рублей.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1 Перспективы управления износостойкостью режущих пластин твердых сплавов \Л/С-ИС-Со / А А Рыжкин, Ю В Илясов В В Илясов и др // Эффективные материалы, технологии и оборудование для сварки, плазмы нанесения покрытий, металлообработки и порошковой металлургии Информационные технологии в интеграции науки, образования и производства сб тр науч -техн конф и науч -практ семинара, 8-10 сент - Ростов н/Д, 2004 -С 76-78

2 Рыжкин А А Новый подход к оценке износостойкости инструментальных режущих материалов/А А Рыжкин, В В Илясов Ю В Илясов РГАСХМ // Проблемы конструк-торско-технологической подготовки производства на предприятиях сельскохозяйственного машиностроения Ростов н/Д 1999 -С 46-59

3 Рыжкин А А Один из подходов к снижению уровня относительного износа лезвийного режущего инструмента на стадии проектирования/ А А Рыжкин, В В Илясов, Ю В Илясов // Вестник ДГТУ Сер Трение и износ - Ростов н/Д, 2001 - Вып 2 - С 147 153

4 Рыжкин А А Износостойкость режущих пластин твердых сплавов \Л/С-71С-Со / А А Рыжкин, Ю В Илясов //Новые материалы и технологии Порошковая металлургия композиционные материалы труды 6-й междунар науч -техн конф , 6-7 апр - Минск 2004 - С 249 250

5 Структура и свойства Ti(C N)-(Ni Zr Mo) композитов / А А Рыжкин Ю В Илясов В В Илясов и др // Новые материалы и технологии Порошковая металлургия композиционные материалы труды 6-й междунар науч -техн конф 6-7 апр - Минск 2004 - С 246-248

6 Ryzhkin A Prospects of computer modeling for a level of wear resistance of PM hard materials on the basis WC-Fe-Ni / A Ryzhkin, Yu tlyasov, V llyasov // Powder Metallurgy Progress 2002 - Vol 2, No 1 - P 44-53

7 Ryzhkm A Predicted values for wear resistance at abrasive wear process of tool hard materials Wear and Electronic structure / A Ryzhkin, Yu llyasov, V llyasov//European Congress and Exhibition on PM Proceedings 22-24 oct-Nice 2001 -VoM -P 176-182

8 Ryzhkin A Tribological properties and wear resistance of PM carbide tungsten based hard materials / A Ryzhkin Yu llyasov V llyasov // EURO PM Proceedings European Conference on Hard Materials and Diamond Tooling, 7-9 October - Lauzanne, 2002 -Vol 2 Hard Materials -P 291-296

ЛР №04779 от 18.05.01. В набор '¥7)3 0?в печать 03 0£" Объем О усл.п.л., # уч.-изд.л. Офсет. Бумага тип №3 Формат 60x84/16. Заказ № 5Í Тираж 100.

Издательский центр ДГТУ

Адрес университета и полиграфического предприятия: 344010 г.Ростов-на-Дону, пл Гагарина, 1

05. Oí- 05.0 &

698

22 imp ¡M)

Введение.

Глава 1. Направления повышения эксплуатационных характеристик твердосплавных режущих материалов.

1.1. Современные группы и марки твердосплавных материалов.

1.2. Направления совершенствования качества твердых сплавов

1.3. Гетерогенность структуры твердосплавных материалов как проявление теплофизической несовместимости фаз.

1.4. О связи износостойкости с теплофизическими характеристиками материалов.

1.4.1. Расчетные зависимости для оценки интенсивности изнашивания инструментальных материалов.

1.4.2. Влияние термоЭДС на износ металлорежущих инструментов

1.5. Выводы и постановка задач исследования.

Глава 2. Теоретические основы оценки износостойкости твердых сплавов для металлорежущего инструмента.

2.1. ТермоЭДС как характеристика физико-механических свойств материала и гетерогенности структуры.

2.2. Разработка формулы для оценки износостойкости при абразивном изнашивании.

2.3. Исследование интервала применимости соотношения для износостойкости

2.4. Оценочные расчеты износостойкости твердых сплавов на основе карбидов вольфрама и титана.

2.4.1. Теоретические расчеты параметров электронной структуры карбидов вольфрама и твердых растворов на их основе.

2.4.2. Теоретические расчеты относительной износостойкости при абразивном изнашивании, твердости и энергии связи твердых растворов карбида вольфрама.

2.5. Выводы.

Глава 3. Экспериментальные исследования износостойкости твердосплавных режущих пластин.

3.1. Экспериментальные исследования особенностей электронного состояния твердых сплавов на основе термоЭДС.

3.1.1. Методика экспериментального определения термоЭДС.

3.1.2. Экспериментальные исследования температурной зависимости термоЭДС сплавов переходных металлов, составляющих основу твердых сплавов.

3.2. Сравнительная износостойкость разных марок твердых сплавов при трении.

3.3. Исследование надёжности режущих твердосплавных инструментов

3.3.1. Методика проведения лабораторных и производственных испытаний

3.3.2. Стойкостные испытания торцевых фрез с механическим креплением пластин твердых сплавов Т15К6, КНТ16 И Т15К6+ТЮ.

3.3.3. Расчет показателей надежности торцевых фрез с пластинами твердых сплавов Т15К6 и КНТ16.

3.3.4. Стойкостные испытания фрез торцевых насадных для пластин твердых сплавов ВК8, Т5К10 и Т15К6.

3.3.5. Расчет показателей надежности торцевых фрез с пластинами твердых сплавов ВК8, Т5К10 и Т15К6.

3.4. Выводы.

Глава 4. Совершенствование состава твердых сплавов.

4.1. Исследование физических свойств и износостойкости твердых сплавов «WC-Ме (Me = Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Mo)».

4.3. Моделирование состава основы твердого сплава «титан - хром -углерод - никель».

4.4. Экспериментальное изучение влияния состава связки твердых сплавов на основе WC-(Co,Me) на износостойкость.

4.5. Выводы.

Глава 5. Разработка рекомендаций и промышленное внедрение результатов исследований.

5.1. Разработка новых составов твердосплавных материалов с высокими характеристиками износостойкости.

5.2. Разработка рекомендаций по повышению стойкости пластин из твердого сплава на основе карбонитрида титана.

5.3. Внедрение результатов исследований.

Ключевой проблемой развития современного машиностроения является повышение качества и надежности выпускаемой техники. Эти показатели закладываются в значительной степени на технологических операциях резания, а качество режущего инструмента определяет уровень режимов резания, точность и качество поверхности обрабатываемых деталей, а также производительность. Особое значение приобретает стабильность режущих свойств твердосплавного инструмента в автоматизированном производстве на станках с ЧПУ, ГПМ и ГПС, доля которого в мировой индустрии к концу второго тысячелетия достигло более 50-ти % из-за того, что они имеют высокую твердость, механическую прочность в сочетании с высоким сопротивлением изнашиванию в широком диапазоне режимов резания. Эти характеристики обеспечиваются наличием в структуре этих материалов карбидов, нитридов и карбонитридов тугоплавких элементов и (или) их твердых растворов.

В связи с различными механизмами износа, проявляющихся при обработке резанием, для твердого сплава (ТС) как износостойкого материала важнейшими являются, кроме отмеченных, и другие свойства: однородность структуры; термодинамическая стабильность структурных составляющих, главным образом твердых частиц; высокая сила сцепления по границам зерен, включая адгезию, между твердыми частицами и связующей фазой; минимальная склонность к схватыванию с обрабатываемым материалом в процессе резания.

Для повышения производительности и стойкости твердосплавного металлорежущего инструмента необходимо совершенствование структуры инструментального материала, что достигается моделированием карбидной и (или) связующей фаз, с целью улучшения их высокотемпературных свойств, обеспечивающих обработку сталей с повышенными скоростями резания. Повышение износостойкости инструментальных материалов невозможно решить без научного прогнозирования их поведения в условиях трения при резании, без применения аналитических методов расчета показателей износостойкости. Именно эти вопросы рассмотрены в диссертации и определяют её научное и практическое значение.

Работа выполнена по федеральным научно-техническимй программам России: «Разработка промышленной технологии нанесения минера-локерамических термо-коррозионно-износостойких покрытий на детали машин методом микродугового оксидирования в слабощелочном электролите и исследование их характеристик», «Исследование явлений самоорганизации при изнашивании ИМ с многослойным покрытием в активных технологических средах».

Цель работы. Изучение взаимосвязей между износостойкостью и характеристиками электронного состояния твердых сплавов на основе карбидов вольфрама и титана, разработка методики расчета износостойкости по величине термоЭДС, обоснование выбора состава новых сплавов и оценки их режущих свойств.

В результате выполнения работы предложены:

1. Зависимость для оценки износостойкости твердых сплавов при абразивном изнашивании, устанавливающая связь между величиной относительной износостойкости и характеристикой электронной структуры материала - абсолютной термоЭДС.

2. Физическая модель износостойкости твердых сплавов при их абразивном изнашивании в процессе резания. Расчетами величины интенсивности изнашивания для разных составов одно- и двухкарбидных твердых сплавов показано, что сплав с меньшей термоЭДС имеет большую износостойкость. Эти результаты теоретических расчетов подтверждают данные многочисленных экспериментов при трении и резании твердыми сплавами.

3. Методика инженерного расчета износостойкости твердых сплавов.

4. Результаты экспериментальных исследований работоспособности предложенных составов твердых сплавов в условиях резания.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. В работе выполнены исследования влияния состава твердосплавных материалов на износ в условиях резания металлов. Получена зависимость для оценки износостойкости твердых сплавов при абразивном изнашивании, устанавливающая связь между величиной относительной износостойкости и характеристикой электронной структуры материала -абсолютной термоЭДС.

2. Предложен новый подход к изучению износостойкости твердых сплавов на основе полученной зависимости и методов физического моделирования, который позволил установить закономерности изменения износостойкости твердых сплавов и предложить новые составы твердых сплавов, превосходящие аналог по показателям износостойкости.

3. На основе созданной методики инженерного расчета износостойкости твердых сплавов и программного комплекса с развитым пользовательским интерфейсом изучено влияние составов одно-, двухкарбидных и моделируемых новых твердых сплавов на их электронное состояние, физико-механические и трибологические свойства, что позволило объяснить природу взаимосвязи износостойкости и физических свойств твердых сплавов.

4. Предложена физическая модель износостойкости твердых сплавов при их абразивном изнашивании в процессе резания, которая в сочетании с фактором структурной совместимости тугоплавкой основы и связки позволяет моделировать новые составы твердых сплавов и прогнозировать их свойства. Модель базируется на известной зависимости М.М. Хрущова для абразивного износа, модели Мотта для диффузионной термоЭДС, приближениия Фриделя для энергии связи, элементов теории локального когерентного потенциала (ЛКП), а также эмпирической зависимости твердости от энергии связи. Выполненный анализ предела чувствительности физической модели износостойкости (аналитической зависимости) для твердых сплавов в широком диапазоне изменения температур и термоЭДС показал её адекватность эксперименту.

5. Расчетами величины интенсивности изнашивания для разных составов одно- и двухкарбидных твердых сплавов показано, что сплав с меньшей термоЭДС имеет большую износостойкость. Результаты теоретических расчетов подтверждаются данными экспериментов при трении и резании твердыми сплавами.

6. Установлено, что в настоящее время на микроуровне до конца не использованы возможности повышения износостойкости твердосплавного режущего инструмента как за счет совершенствования структуры основы ТС, непосредственно связанной с термоэлектрическими явлениями в зоне контакта пар трения, так и за счет улучшения физико-механических свойств ТС на основе WC и карбида титана, что достигается оптимизацией содержания карбида титана в твердом сплаве.

7. Выполнены оценочные расчеты износостойкости карбидов вольфрама и твердых сплавов на их основе (с кобальтовой связкой) типа ВК8, Т5К10, Т10К6, Т30К4, Т60К6. В дальнейшем данное соотношение может быть использовано для прогнозирования трибологических свойств режущего инструмента, в частности, для моделирования основы твердых сплавов режущего инструмента. Показано, что принятая модель отражает тенденции повышения износостойкости инструментальных материалов в ряду WC - ВК8 - Т5К10 - Т15К6 - Т30К4 - Т60К6 с уменьшением величины абсолютной термоЭДС. Наблюдаемое возрастание относительной износостойкости инструментальных материалов на основе двухкарбидных систем коррелирует с увеличением содержания карбидной составляющей титана в сплаве.

8. Разработана методика экспериментальной оценки термоЭДС составляющих структуры твердых сплавов; представлены экспериментальные значения термоЭДС для некоторых твердых сплавов, сталей и их сплавов, рассматриваемы как гипотетические составы связующих фаз в твердых сплавах. Приведены результаты измерения термоЭДС при контакте двух тел: карбида вольфрама с гаммой сплавов, полученных спеканием порошков из Cr, Ni, Mo, Mn, Fe, Co, Си. Методом простого интегрального среднего был произведен отбор сплавов, отвечающих минимуму термоЭДС, которые были использованы для компьютерного моделирования основы новых твердых сплавов.

9. Представлены результаты экспериментальных исследований по износостойкости твердых сплавов разного состава при резании. Проверка гипотезы о том, что управлять тепловым режимом зоны трения можно подбором материалов основы ТС по их теплофизическим свойствам, показала, что подбором состава твердого сплава можно (для конкретных условий трения) увеличить износостойкость твердых сплавов. Кроме того, в исследованных твердых сплавов возрастание содержания карбида титана в основе ТС обеспечивало возрастание его износостойкости.

Сравнительные испытания износостойкости торцевых фрез с механическим креплением неперетачиваемых пластин из твердых сплавов марок ВК8, КНТ16, Т5К10 и Т15К6 в лабораторных и производственных условиях выявили роль карбида титана в повышении износостойкости твердых сплавов на его основе.

10. Использование аппарата теории надежности позволило рассчитать показатели надежности торцевых фрез, установить уровень их гарантийной стойкости Показано, что увеличение содержания карбида титана в основе твердого сплава сопровождается возрастанием гарантийной стойкости Т(Р) торцевых фрез.

Результаты выполненных исследований нашли апробирование и практическое применение на предприятиях Ростовской области (ЗАО

Красный Аксай», АО «Роствертол», ОАО «Донпрессмаш») с годовым эффектом более 70 тыс. рублей.

1. Аваков А.А. Исследование эффектов повышения износостойкости твердосплавных режущих пластинок/ А.А. Аваков, Ю.С. Дубров, Г.С. Николаева//Изв. вузов. Сер. Машиностроение.-1965.-№3.-С. 55-58.

2. Аваков А.А. Физические основы теорий стойкости режущих инструментов/ А.А. Аваков. М.: Машгиз, 1960. - 308 с.

3. Акимов Г.В. Метод микро-ЭДС / Г.В. Акимов//Доклады АН СССР. -1946 Т. 51, №3.-С. 205-207.

4. Балакин В.А. Трение и износ при высоких скоростях скольжения/ В.А. Балакин.- М.: Машиностроение, 1980.- с.

5. Васильев С.В. ТермоЭДС при резании как характеристика качества твердосплавных пластинок/С.В. Васильев // Станки и инструмент.-1976.-№ 5.- С. 27-28.

6. Вейсс Р. Физика твердого тела/ Р. Вейсс .- М.: Атомиздат, 1968.- 456с.

7. Возможность получения ультрадисперсного карбонитрида титана методом плазменной переконденсации / А.Н. Ермаков, И.Г. Григоров, JI.X. Аскарова и др. // Физикохимия ультрадисперсных систем: сб. науч.тр. IV Всерос.конф.- М., 1999. С. 96 - 98.

8. ГОСТ 9391-80. Сплавы твердые спеченные. Методы определения пористости и микроструктуры.- М.: Изд-во стандартов, 1985.- 10с.

9. ГОСТ 20019-74. Сплавы твердые спеченные. Определение предела прочности при поперечном изгибе.-М.: Изд-во стандартов, 1975.- 4с.

10. ГОСТ 20018-74. Сплавы твердые спеченные. Метод определения плотности.- М.: Изд-во стандартов, 1986.- 4с.

11. ГОСТ 20017-74. Сплавы твердые спеченные. Метод определения твердости по Роквеллу.- М.: Изд-во стандартов, 1986. 4с.

12. Гребенников В.И. Особенности электронных свойств сплавов при изменении величины локальных магнитных моментов / В.И. Гребенников, Н.И. Коуров // ФТТ .-1997. -Т. 39, №7.- С. 1257-1262.

13. Жилин В.А. Субатомный механизм износа режущего инструмента /-В.А. Жилин. Ростов н/Д: Изд-во РГУ, 1973.- 105 с.

14. Жиляев В.В., Патраков Ю.В. Влияние способа получения сплава TiC-Ni-Mo на особенности формирования его состава и микроструктуры / В.В. Жиляев, Ю.В. Патраков // Порошковая металлургия.-1989.- № 8. С. 47-53.

15. Жуков В.П. Возможности вычислительных методов в теории химической связи в твердом теле / В.П. Жуков // Журнал структурной химии.- 1997.- Т.38, № 3.- С.554-583.

16. Ивченко В.И. Тройные фазы в системе Ti-Al-C / В.И. Ивченко, Т.Я. Косолапова // Карбиды и сплавы на их основе: сб.тр. АН УССР. Киев, 1976.- С. 54-56.

17. Илясов В.В. Физико химические основы создания новых твердых и сверхтвердых инструментальных материалов: дис. д-ра техн. наук: 05.02.01, 05.02.04 / В.В. Илясов - Ростов н/Д, 2000. - 348 с.

18. Кизелынтейн В.Я. Физико-химическая обработка металлов / В.Я. Ки-зельштейн. JL: Судостроение, 1964. - 215 с.

19. Кизелынтейн В.Я. Химико-механическая обработка металлов / В.Я. Кизелыптейн. JI.: Судостроение, 1969. - 154 с.

20. Киффер Р. Твердые сплавы / Р. Киффер, П. Шварцкопф. М.: Ме-таллургиздат, 1957. - 664с.

21. Коваль Ю.Ф. Исследование влияния термо-э.д.с. твердосплавных пластин на их режущую способность: автореф. дис. канд. техн. наук / Ю.Ф. Коваль.- Куйбышев, 1973.- 22с.

22. Коротов B.C. О взаимосвязи деформационного возбуждения и эффекта экзо-электронной эмиссии с поверхности металлов/ B.C. Коротов // Исследование поверхности конструкционных материалов методом экзо-электронной эмиссии. Свердловск, 1969. - С. 18-32.

23. Костецкий Б.И. Механохимические процессы при граничном трении / Б.И. Костецкий, М.Э. Натансон, Л.И. Бершадский. М.: Наука, 1972.-216с.

24. Костецкий Б.И. Исследование энергетического баланса при внешнем трении/ Б.И. Костецкий, Ю.Н. Линник // Машиноведение. -1986.- №5.-С. 82-93.

25. Крейт Ф. Основы теплопередачи / Ф. Крейт, У. Блэк. М.: Мир, 1962.-260с.

26. Латышев В.Н. Повышение эффективности СОЖ / В.Н. Латышев. -М.: Машиностроение, 1975. 87 с.

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

28. Марковский Е.А. Антифрикционные свойства облученных сплавов/ Е.А. Марковский, М.М. Краснощёков, Д.В. Переверзев.- М.: Атомиздат, 1978.-66с.

29. Металлообрабатывающий твердосплавный инструмент: справочник / B.C. Самойлов, Э.Ф. Эйхманс, В.А. Фальковский и др.- М.: Машиностроение, 1988.- 368 с.

30. Нешпор B.C. Электрические свойства нестехиометрического карбида титана / B.C. Нешпор, В.П. Никитин, Н.А. Скалецкая // Порошковая Металлургия.- 1973 Т. 128, №8.- С. 54 -58.

31. О повышении эффективности использования твердосплавного инструмента на автоматических линиях / Дудкин Е.В., Плотников А.А., Арбузников B.C. и др. // Технология машиностроения и автоматизация производственных процессов.- Волгоград, 1978.- С. 100-107.

32. Питюлин А.Н. СВС компактирование твердосплавных материалов и изделий: обзор / А.Н. Питюлин.- М., 1990.- 72 с.

33. Резников А.Н. Теплофизика процессов механической обработки материалов / А.Н. Резников.- М.: Машиностроение.- 1981.- 279с.

34. Резников А.Н. Теплофизика резания / А.Н. Резников.- М.: Машиностроение, 1969.-288с.

35. Рыжкин А.А. Термодинамические основы повышения износостойкости инструментальных режущих материалов: дис. д-ра техн. наук: 05.02.04, 05.03.01/А.А. Рыжкин.-Киев, 1985.- 452 с.

36. Рыжкин А.А. Оценка уровня температурных флуктуаций при контактном взаимодействии в условиях трения и резания металлов / А.А. Рыжкин, К.Г. Шучев // Трение и износ. 1998.-Т. 19, № 6.-С. 724-731.

37. Рыжкин А.А. Трибоэлектрические явления и износ инструментальных материалов / А.А. Рыжкин // Надежность и эффективность станочных и инструментальных систем: сб. науч. тр.- Ростов н/Д, 1998.- С.9-51.

38. Рыжкин А.А. Обработка материалов резанием: физические основы / А.А. Рыжкин; ДГТУ.- Ростов н/Д, 1995. 242 с.

39. Рыжкин А.А. Синергетика изнашивания инструментальных режущих материалов (трибоэлектрический аспект)/ А.А. Рыжкин; ДГТУ. Ростов н/Д, 2004.- 323с.

40. Рыжкин А.А. О связи между износостойкостью и физическими свойствами инструментальных материалов / А.А. Рыжкин, В.В. Илясов // Вестник машиностроения. 2000. № 12. - С. 32-40.

41. Рыжкин А.А. Оценка абразивного износа инструментального материала / А.А. Рыжкин, В.В. Илясов, Ю.В. Илясов // Вестник ДГТУ. Сер. Трение и износ.- Ростов н/Д, 2000.- Вып. 1. С. 13-22.

42. Рыжкин А.А. Основы теории надежности: учеб.пособие / А.А. Рыжкин, Б.Н. Слюсарь, К.Г. Шучев; ДГТУ.- Ростов н/Д, 2002. 181 с.

43. Рыжкин А.А. Износостойкость режущих пластин твердых сплавов WC-TiC-Co / А.А. Рыжкин, Ю.В. Илясов // Новые материалы и технологии: Порошковая металлургия, композиционные материалы: труды 6-й междунар.науч.-техн. конф., 6-7 апр.-Минск, 2004.- С.249-250.

44. Самсонов Г.В. Тугоплавкие соединения / Г.В. Самсонов, И.М. Ви-ницкий. М.: Металлургия, 1976. - 560 с.

45. Самсонов Г.В. Свойства двойных карбидов титана и металлов Va подгруппы / Г.В. Самсонов, М.А. Воронкин // Порошковая металлургия.- 1976. Т. 160, № 4. - С. 64-68.

46. Самсонов Г.В. / Г.В. Самсонов // Изв.АН СССР.Неорганические материалы." 1973. №Ю. С. 1680.

47. Самсонов Г.В., Прядко И.Ф., Прядко Л.Ф. Конфигурационная модель вещества / Г.В. Самсонов, И.Ф. Прядко, Л.Ф. Прядко. Киев: Наукова думка, 1971.-230 с.

48. Солоненко В.Г. Повышение работоспособности режущих инструментов / В.Г. Солоненко /ЛСубанск.гос.технол.ун-т, Сев.-Кавк.отд-ние Академии проблем качества РФ. Краснодар; Ростов н/Д, 1996. - 223 с.

49. Солоненко В.Г. Износостойкость режущих инструментов / В.Г. Солоненко, Г.А. Зарецкий; Сев.-Кавк.отд-ние Академии проблем качества РФ; ДГТУ; КГТУ. Ростов н/Д, 1998. - 104 с.

50. Структура и свойства композитов Ti Me ( С, N ) / А.А. Рыжкин, В.В. Илясов, Ю.В. Илясов и др. // Новейшие процессы и материалы в порошковой металлургии: тез. докл.междунар. конф. - Киев, 1997. - С. 244.

51. Структура и свойства сплавов системы (Ti,Cr)C-Ni / В.В. Илясов, И.Я. Никифоров, А.Н. Питюлин и др.; РИСХМ. Ростов н/Д, 1990. - 15 е.- Рукоп. деп. в ВИНИТИ 10.10.90, № 5604.

52. СТП 19.0-6-88. Сплавы твердые порошковые и керамика. Изделия для режущего инструмента. Методика испытаний режущих свойств. -М.: ВНИИТС, 1988.-13с.

53. Третьяков В.И. Основы металловедения и технологии производства спеченных твердых сплавов/ В.И. Третьяков. М.: Металлургия, 1976.528 с.

54. Термоэлектродвижущая сила металлов/ Ф.Дж. Блатт, П.А. Шредер, К.Л. Фойлз и др., Пер. с англ. М.: Металлургия, 1980. - 248 с.

55. Фоменко B.C. Эмиссионные свойства материалов/ B.C. Фоменко. -Киев: Наукова думка, 1970. 132 с.

56. Херинг К. Термоэлектронная эмиссия / К. Херинг, М. Никольс. М.: Инолит, 1950.- 195 с.

57. Хрущов М.М. Закономерности абразивного изнашивания / М.М. Хрущов // Износостойкость. М., 1975. - С. 5-28.

58. Царев Б.М. Контактируемая разность потенциалов/ Б.М. Царев. М.: Гостехтеориздат, 1955.-245 с.

59. Чиркин B.C. Теплопроводность промышленных материалов/ B.C. Чиркин. М.: Машгиз, 1962.- 115с.

60. Чичинадзе А.В. Расчет и исследование внешнего трения при торможении/ А.В. Чичинадзе. М.: Машиностроение.- 1980. - 231с.

61. Электрические явления при трении, резании и смазке твердых тел / Под ред.В.А. Бобровского: сб. ст.- М.: Наука, 1973,- 147 с.

62. Anatoli Ryshkin Uber die elektrischen Erscheinungen beim Spanen von Metallen / A. Ryshkin // Wiss. Z.d. Techn. Hochsch. Karl-Marx-Stadt.-1973.- V.15, H.4.-P. 711-725.

63. Davihl W. / W. Davihl // Zeitschrift fur METALLKUNDE.- 1952. -V.43. P. 20.

64. Edwards R., Raine T. The solid solubilities of some stable carbides in cobalt, nickel and iron at 1250 °C / R. Edwards, T. Raine: Vortrag //1 Plansee-Seminar Reutte. Tirol, 1953. - S. 16.

65. Fridel J. The Physics of Metals I./ J. Fridel. Cambridge, 1969.- 20p.

66. Hard metals with dispersed PCD- or CBN-particles / Detlef Gonia, Kuni-hiro Tomita, Kazuyoshi Kimura et al. // European Conference on "Hard Materials and Diamond Tooling". PM'2002: Proceedings. Lausanne (Switzerland), 2002.-P. 120-125.

67. Hermann F. Atomic Structure Calculations/ F. Hermann, S. Skillman, Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs (N.J.) 1963.

68. Ilyasov V.V. Physico-Chemical Fundamentals of Formation of Boron Nitride for Tool of Cemented Carbides / V.V. Ilyasov // Deformation and Fracture in Structural PM Materials: Conf. Guide. Piestany. Slovac Republic, 1999.-P. 219-221.

69. Kolaska H., Grewe H. Historical development and technical significance / H. Kolaska, H. Grewe // Powder Metallurgy of Hardmetals.- 2002. Vol.l-P.l-26.

70. Morgner W. Untersuchung mikroskopiseher Unhomogenitaten in Stahlen durch Kontaktthermokraftmessung / W. Morgner, B. Becker, H. Syries // WZ d TH Otto von Goricke Magdeburg. 1970. - N 14, Heft 1. - S. 3-11.

71. Nikiforov I.Ya. Electron energy structure of nonstoichiometric cubic boron nitride / I.Ya. Nikiforov, V.V. Ilyasov, N.Yu. Safontseva // J. Phys. Con-dens. Matter.- 1995. Vol.7. - P. 6035-6044.

72. Ryzhkin A. Prospects of computer modeling for a level of wear resistance of PM hard materials on the basis WC-Fe-Ni / A. Ryzhkin, Yu. Ilyasov, V. Ilyasov // Powder Metallurgy Progress. 2002.- Vol.2, No 1. - P. 44-53.

73. Ryzhkin A. Predicted values for wear resistance at abrasive wear process of tool hard materials. Wear and Electronic structure / A. Ryzhkin, Yu. Ilyasov, V. Ilyasov // Proceding EURO Congress. PM 2001, 22-24 Oct.- Nice, 2001.-P. 176-182.

74. Ryzhkin A. Wear resistance and mechanical properties of PM hard materials / A. Ryzhkin, Yu. Ilyasov, V. Ilyasov 11 Proceedings of the Int. conf. DF PM 2002, 15-18 September. Stara Lesna, 2002. - P. 203-206.

75. Ryzhkin A. Tribological properties and wear resistance of PM carbide tungsten based hard materials / A. Ryzhkin, Yu. Ilyasov, V. Ilyasov // Proceedings EURO PM 2002 Conf. Hard Materials and Diamond Tooling, 7-9 October. Lauzanne, 2002. - P. 291-296.

76. Ryzhkin A.A. Structure and Solid State Properties of Ti (C,N)-(Ni, Zr, Mo)-Composites / A.A. Ryzhkin, Yu.V. Ilyasov, V.V. Ilyasov et al. // Inter. Conf. Deformation and Fracture in Structural PM Materials: Conf. Guide. -Piestany. 1999. - P. 216 - 218.

77. Vierrege G. Zerspanung der Eisenwerkstoffe.- Verlag Stahleisen / G. Vierrege. Dusseldorf, 1970. - S. 81-83.