автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Влияние высоких давлений и температур на структуру и свойства карбидов хрома, титана и ванадия

НАЩОНАЯЬНА ЛКАДЕМ1Я НАУК УКРА1НИ ШСТИТУТ НАДТЕЕРДИХ МАТЕР1АЯ1В 1м. В. М.БАКУ И

? Г 5 ОД

1 ^ И;!¡"1 На правах рукопиоу

УДК 621.921.34:666.233 ГОРАБЯЬОВ СергМ Федорович

ШДИВ ШСОКИХ ТИСК1В ТА ТЕМПЕРАТУР НА СТРУКТУРУ I ВЛАСТИВОСГ1 КДРБ1Д1В ТРОМУ, ТИТАНУ I ВАНАД1В

СпегНалыНсть 05.02.01 - "Матер1аяознавствс в

маиивойулувавя!*' '

Автореферат ддаертацП "наг эдобуття нартового- ступевя кандидата тетя!'«!! яаух •

КяГй - 1999

Роботу виконаяо в 1нститут1 налтверпих матер?ая}в 1м„В.М.Бакуля НАН УкраГяи (м.КиГв).

- доктор тезга!чних наук, старший науковий сп(вроб1тнвк Шуяь^енко Олексаядр*® Ояександрович;

доктор х1м1чнлх наук, профеоор Лавреако Вололимир ОгекЫйовйч

- доктор *1м1чних наук Перевертайяо Васи ль Михайлович;

доктор техн!чних наук, пройесор Емельянов Борис !.1ихайлович

- кафедра ¡горошково! металургК КиТвсысоло пол!те*н(чного }нстигуту

Захист вЧлбудетъся "18" с(пня 1996 р. о

1350 ГОЛИй}

на зас!данн! спец!ал(зовачо! вчено1 рани I 50.01.01 в 1нститут1 надтверди* магер{а»1в 1М.В..'«1.Бакуля за адресов: 254074, м.Кя!в, ву».Автозаводська, 2.

3 2шсертац!ех> дама ознакомитесь в науково-техн(чн1й б|бл!отец! 1аст«гуту.

Автореферат розтояаяий " грулня 1995 року.

Вчеяяй секретар спец!ея1аоваао! тзчеао! раки доктор гехш'чяих наук, професор

Пауков! квр!вники

1Ц|1.н1 ОЛОЦ8ЯГИ

Пров(даа устаяова

ЗАГАПЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РС-ГОТИ

АктуалыНстъ пэобле?ли. Сучасний оозвчток техн!ки прел"являв п!лвишен1 вячоги до матео!ал!в, як! втаооистовуються при високкх температурах f тисках в р!зних агрес.чзких сересовищах. Ссоед чис-ленних налрямк)в пороиково! металург!Г особливе м(сце займав . технолог)я иорошкових матер 1а л !в на основ! тугоплавких сполук d- метал'1в 1У-УХ труп з такими неметалами, як С,16,<У. Найб'?льш розповоюдженим •! ваяливим з техн!чноуу в?лношенч! ипасом сполук цього типу е карб!ли, як! склапаготь основу сучасиих трерпих сплавав,-що використовуються при виготовленя? р (зального Инструмента i зйосост?8кях веталей, як! працюють в вакуум! та окиснях се-реловишах. В зв"язку з дефицитом ! лоротаечою компоненткласил-аого твердого сплаву марки ЗК все <Ильт актуальаЧшими стають дос-я^дяеяня, що стосуються карб!д(в хрому, титану { ваяал!ю та спла-в!в на 1х основ'!.

В тепэр!шн!й час надэтичайно актуальном s з"ясування (Т)íзи— ко-хгм !чно Г природа п-юцес!в обробки твердо Г речовини, в та кож точяих умов утворення х!м!ч.чого зв"язку. Як в)ломо, кисень-по-в!тря навЧть в яеввлик!й к!лькост} íctotho зм!чюе Ф/эико-х!м!ч-н1 впастйвостт карб!д5в. Тому лосл!ляення механ!зму Тх високо-темиературяого окяелеяяя дозволить ecf-ективн 1тее використовувати .ц1 матер!алл. 0сж5гпьки безпосередяЫ виходом технолог! f е структура магертаяу, яка вязначае його властивост!-f мокливост! вико-ристаяяя, то яозна припустити, шо сп}кагщя-п!л вйсоким тиском' дозволять при певних умовах ^ормуват»-ком!рков! пр!бнозеряист! структура кар(5!пних'фаз з п!шшценими- експлуатацМшими характеристиками. Проте, ло тепер !инього чаоу т!яьки леяк! кошозиц!Я-я! надтверл! матер'ta ли в промисловоот! олерчуваля при викорис-' тайн! 'високого тиску. -

'Лета роботи..-Зизначити'умови- (Я, t. Z параметра) «тормування високойЧльяих надпр(бнО-чернистих коиЧркових структур в пол?крис-талах карбШв хрому," титану, ванад'Ив i Тх сплавах при баротер-м Иному сп5канн!- 'Э метою л)двишевня "комплексу (Мзико-механИних *i $1зико-х1мИн'и* властивостей.

Наукова 'новизна. За аалоиогога метолfв ЛТА-ДТГ, речтгеяо-фазового, рентгеноструктуряого, м 1крорвнтг9носпектэзгьяого ача-л!э1в, оастрово! електоонно? м!кроскопН та ueTarorpafНюго анал!зу, а такоч вим!ра'ли м!крствергост', тчетг'"ст!, хаоэчтеряг,-тик míuhoct! - К1с,б,Г16ст. зразк!в карб!л(в впеопе встаксвг^шо:

1. В умовах проведения експеримонт!в на (Тхэрчуваннр струк-тури СГ,С, найсНяьший валив мае величина тноку. Спостер1габгься

отискання ромбiчноÎ криг:тал!чно! компрки в напрямку, перпендикулярному длощинам з найбгльшою щ!льн!стю упаковки атом¡в (hoo) при олночасному розшире.нн! ком!рки вапоьж ociè. Для TiC t VC мае м!сце змечшеиня величини параметра О. ГЦК - ком!рки. Показано, що зм!на об"ему елемеятвряих ком!рок карбШв в вяпадку cni-кання п!л вясоким тиском пов"язана з р!внем макронапруг стискання. Для гарячепресованих зразк1в споотер¡гаеться угворення тверлих розчин! ) кисню в ком{рках KaoâintB. Характерно, що отричан! п!л високия гиско.и полгкристали Cr,C,, TfC i VC мають напзвичайно ви-сокий р(вень макронапруг стискання (ДС(/д[ )j, як! при п!двищенн! температура змёншуютьая I при 0,6 Тпл. для Сг3Сг, 0,76 Тлл. пля Т!С та 0,96 Тпл для I/O перехопять в розтягаюч), ,що викпикав лр!б-нення блок!в моза!ки f нав!ть розтр!скування зразк^в.

2. Утворення тершЕинам1чно найб!льш стабшьних оксил)в Cr,0j I \40з в процео! окислення на пов!тр) порошк(в KapôintB хрому t ванадию зл(йснюетьоя через рял посл1повних стад!й, як) пов"яза-н! з утьоренаям на реакцfiisifй поверхн! розл!лу ничсчих карсНдних фаз, тод! як на окисления карСИпу титану впливае фазовий пере-х!д анатаз — рутил. Температуря початку окисления карбШв (стот-но pi3Ht i склалають при умовно нульовШ швилкост! нагр!вання для СГ,С2- 590, VC - 290, Т1С - 2Ю°С. Окисления баротерм(чно одер«эних лол!крисгал!в СГ|С, описуеться ргвнянням пара боя (чного закону, який характерен пля пифуз1йно контрояюемих реагаШ.Окисления TiC описуеться р!внянням парал!н!йного вигпяду, a VC при температурах вице 670°С зазнае катастроф¡чного окисления.Характерно, шо баротерм!чно одержан! Сг,Сг [ TiC мають сг(йк!еть проги високотемдературного окисления в 1,5 раза вище, н!ж гарячепресо-ван! зрэзки, що пов"язано з утворенням наплр!бяозерниото! цинлри, що ц i ль но прилагав по основи.

3. Зразки твердого сплаву Tfi-20, як( одержан! в умовах ви-сокого тисну f температуря, характеризуются наявн!стю навколо часток карб!ду титану невелико! к(яьцево! зони твердого розчину (Ti ,f1 о, M ) Сх » формуванням в карб!лиому каркас! ком!рково! структура, пгдвишенням м!кротверлоот( у 2 оази та зносост1йкостf при точtuai стая} ИИ-15 у 9 раз!в.

Практична. хЦннтсуь роботи, Опертая! результата встановлюють вза:«зв"язок м!к параметрами структури i властивостями опечених nia в.юокил тиском пол¡коистал(в карбШв хрому, ваяал!ю t титану

1 мочуть бути використан! для створення на íx основ! нових ком-1 дозицЫних надтверлих матер ¡ал!в з запаничи властлвостями.

В результат! баротерм!чного ^пливу постнуто ¡стотне п!л-вицения ст!йкост! р!зц!в з сплаву. ТН-20 при точ!нн! стал! ШХ-15. Запропонован спос!б виготовлеччя в^роб^в я ТН-20 з шлвишеничи ексллуатац!йними характеристиками, не обметет« розм!рами каме--ри BKCOKO.ru тиску.

Особистий внесок автооа становить:

- достплтення пооцесу <*ормування ком!ркових структурв' по- ■ л!кризталах кар<5!л!в яря сп1канн! п!л високии тиском;

- визначення механ!зму ли>Туз!1 атом!в металу в ком?31?ах ~ в!ллоВ1лних каоб!д!в у процес! ся!кання л!п високим тиском?-

- вивчення параметр!в суботруктури яол!крйстал!в карб!д!в,' 1х ф!зико-х!м!ЧЯйх, Ф1зккб-мехач!чнях властивоотей'в зале^ност! в!л умов олермання та встановленпя зв"язку м!ж нами,"- :

- лосл!лження процесу структуроутворенкя в сплав!' 111-20 при сп!канн! п!л виоокии тиском ! впгив одерганих структур на швилкгсть зносу р!зц!в при точ!нн! стал! ШХ-15. .

Достов !рн)сть наукових результат!в п!дтрерл?увться великим оСемом неэалежних експериментальнтг последуете з використаннш сучасного обяалнання ! в!ляовлея!стю результат!в. Головн! тези I висновки дисертац!! на дру кована в'наукових зб!рках.

Лпообац!я роботов Основа! полотення лисертац!йноГ роботи лопов¡дались ! обговорюваяись на: П*Всесоюэн!й напал! з термучного анал1зу (Ужгород, 1985 р. ); ХП-ХУШ кон<Т«реНц1ях мололих вчених (КиТв, 198Е>*Т993 рр.); на УП Наукогому-' сем!нар! "Метопы получение, свойства'и области применения тугоплавких карбидов и сплавов на-их основе" -(Херсон, 1986 р.); ХП Науковому сем!нар!. "Влияние высоких давлений на вещество" (Одесса, 1987 р.); В!ло-. русвижу республ!канськсму науково-тегн!чному сем!нар! "Применение--термическото анализа лля интенсификации'технологических про-цесосши создания прогрессивных материалов" (М!нськ, 1988 р.): X Всесоюзному сем!нар! по терм!чному анал!зу (Лея!нграл,1989р.); конФерёнц!Т мололих вчеинзг! спец!ал!ст!в "Фгзическое материаловедение и"-фйзвко-химические основы созпания новых материалов (ЯьвГв,' 1939 р.);• МГжйропному кворум! ЕНРЯО^ТКАЗШкСт, Г99Г); 2- 1й конФеренц!Т Балт!йських респубя!к "Износостойкие порспковне материалы и покрытия" (Таяя)н, 1991 р.); Наугово-теун!чя!й кон-ференц!Г "Пути повышения качества и надежности деталей из по- ) рошковнх материалов" (Барнаул, 19Э1 р.); зтоЕ<*врегщ»Г

"Норне технологии получения слоистых материалов и композиционных покрытий" (Co4f, 1992 о.); на' науковому сем!нар! в!лл(лу № I IHM HAH Укра!ни "Технологи синтезу та спгканнп налтверлих • матер!ал1в nln високимн тисками" (КиТв, 20.04.1995 р.); на пауковому ce.Minapt в!л1плу i' 16 ШМ HAH УкраТни "Тонкого неоргантчно-го синтезу:онгетерогешгях процес1в"' (Китв, 14.06.1995 р.); на науковому с ем I на р 1 в!Ш1!лу '' 4 IHM ПАН;УкраТни "Технолог)? ви-робниитва твеплих сллав!в та композкшЯних матер(ал!в"(Ки!в, 16.06.1995р.).

Губл1каи1?. За оозуяьтатаад, вчконэиих л<>сл!ижень опубл(ковано 14 poöfT.

Структура 1 обсяг побеги-.Дисеотаи^я. склалаеться ts вступу, восьми розл(л!в, загальних рпонобк1в, списку викориетаноГ л)те-ратури i понатк!в. ОоновниП зм1ст роботи тг/клааено на 181 сто-р!нц i машинописного тексту, я кий м!стить 91 рисунок t 12 таблиць. У б1бл!ограсШ иавегиио В5 >1азв праць в1тчизняних t заруб («них автор ¡в.

3:.11СТ РСБОТИ

У вступI.- обгрунтовона актуалън1сть теми поелтюнь та поставлено мету роботи.

У паотому оозп1д1' понано огляп л(горагури по зпливу висо-ких тиск!в i температур на структуроутрорсння i властивост! ке-рам!чних та ыетаиокерам1чних матерianfв. Розгляауто вплив высоких тиок1в на прои.еси л »Туз II в карбтлних матергалах, а тако« застосувашш С,-,С, , TfC, VC i сплав!в на 'х основ! у промислове от I.

У поугону розд!л1 приведенiiхарактеристики початкових ре-човнн I адетоли noonireenb. Як початков!.матео(али використан! кар<51п хрому Сг,С, Г1У6-09-03-Ю-75),-карб!л титану TIC ПУ6-09-492-75), каобш ванал!в VC (ТУ6-09-03-05-75) виробмицтва Донецького за волу х!м!чних реактив)в.

Основн) метопи ф1зико-х1м<чного ачал(зу, Еикористан! в ро-CoTi; рентгепоЯазопиВ, реатгеноструктурниИ I метаяограф!чний анал1зи, скантруюча елекгронна м1кроскоп!я, м!крорентгеноспект~ ральиий i комллексний терм!чний анап!з. Дрсл1пкення Ф1зико-меха-Жя.чих власг ивостей таких, як Hß, HV, <7,r. , <?CJ , Кхс виконан! за загальновизианими методиками, Випробуюння сплаву ТН-20 проверен! по ексиры;--..'гголиц!, розгюбленШ лля матер1ал1в 1нстру-мегпавьного аркана ч«-.нвя в лаСораторИ й 18/2 IHM HAH УУраТни. ;.

У тоетьому розд)л) розглячут) особлявостГ олержання висо-' кощ)льних поя1кристал(в карбШв СГ1С, , Т)С I УС при сп)канн) в апарат) високого тиску. Для пср1вняння зразки тих же карб)-п!в були отриман) звичаЗним гарячим пресуванням.

Виявлено, тцо на зростання серелнього розм)ру зерна Сг»С^ найб1лып сильно влливае тиск, тол) як лля Т)С 1 \/С (ототкого • впливу тиску не виявлено. Очевидно це пов"язано з р)зною криста- . л1чною буповою цих-карбШв.

Всгаиовлено, ио спткання п)л високим тяском (5 Ша) позволяв олеоясувати практично безпорист) (П < 15?) лр)бнозернист); ( с1 = 1,5 + 2 чкм) зразки лосл)лжуваних каоб)д)в вже при температур! 1300°С.

Показано, шо серели)й розм)р зерна карб)лного пол)кристала% при звичайному гарячому лресуванн), яке вимагае значно б)льших температур, становить 5-8 мкм, а пористость -Щ. В пьому випал-ку такок спостер(гаеться значна неолнор)лн)сть стоуктури за зе'р-новим складом ) порист!стю, що пов"язано з рекристал)зац)йними процесами.

В.четвертому розп)л) описан! молелья! експеркменти, як) дозволили встановитя вплив ввсоких тиск)в на*характер лифуз)! у в)лпов)лних системах метаг-карб)л. ВзаемодГя-в систем) Т)С-Т) моке призволити по утворения ле^ектних карОГпних шар)в на грани-IX1 пол!лу, а для Сг,Сг-Сг, УС - V - до <*ормувашш нижчих карб)л)в. Товгсшну псореагувавшого м)*карб1лом ) в!лпов)лним ме-талсм шару оц)нювали за лономогою м)крорвятгеноспектрального анал)зу. Для розрахунку кое(Ма)6нг1& лифуз)! викорястовзпвйли в)-ломе р!вняння Вагнера: Д: = Н'/^ (Г)1, ие Л*- товщина дисСуз!йно-го пару,Т- час. Величину ене^г!! активацН лифуз)Г оц)яювали за допомогого р!вняння ЩР)-~ЯТ^Г (2), ле К - ун)версальна га-

зова константа, Д\ - коеФШ)бнт лифуз)?, Т - температура. Для анал)зу залежяостей'коесМц1йат1Ъ пиЛ^уз 11 в)л тиску використову-вався такий вяраз д V = -РТ"( яв Р - тиск.

Результат розрахунк)£ приведен) в таблиц! I.

Величина енергП'активацП пифузЯ лля випалку звичаЯного гзрячого пресуваняя. зээчно ни*ч) величин ечерг)Г активацП само-лифуэ)! атаНЪ метану, як! розрауовая) М.С.Ковагьчечко за ре -зультата.ми вим!рювання шаилкост) повзучост) у в)илов1ляих карелах, Це пов"язано з присутн)стю в наших системах б)льш пласгич-ких с! - метая)в. Ее б)яьгте знлжеяня величин енерг)! активац)!

п!д виооким тис ком повиязано з в!дм(нн(отю MexaHi3.\iiB пи^уз i I.

Таблиця I

ЕнерНя активацН

ЯИфуз!! й. ^Цж/моль

Дктивац1йний об"ем,

Система Ме-МеС

ABT III

Л1

Cr — Ср,С(

•г —

71 136

208 223 285

4.3

5.4 5.1

0.2 0.4 0,4

215 „

36 101

TiC, УСрекр.

В1дяов1яно до уявяень А.Я.Шиняева в!лно!вення активац!йного об"е.чу до молярного е характеристикою махая1зму диФузМ. Так, для системи Сг-Сг>Са механ(зм чисто щ!лишшй, а для Tf-TiC ! V-VC мехаа$эм задании и Сияний э часткою ваканЫйного.

Анал1з к1аетичних законом¡рностей зростання розм)ру (^ерна KapöUiB за допомогою р1вняцня трим!рноТ дифузИ [-1-Н-«<.) *]ГКТ (4), дв »С - ступ!нь зростання розм^ру зерна, дозволив встанови-ти величина енергН активацП рекристал!зац)! в npouecf баротер-м(чного сп!кання. ТакI низьк! величини (табл.1) св1пчатъ, що ли-фуз!я в лроцес! сл!кания я!д виооким тиском мае поверхневий,м1ж-кристал!тнЕЙ, заяежний в!д щ1яьност| лисяокац(й характер.

П"дтиГ; оозд!л присвячегвизначвнню параметрtB структури Ш>л1кристал1в кар(5;д'1в. В1домо, що сп!кання п!л високим тиоком влливае на величину параметра крастал1чноТ ком1рки.Встановлено, що для CrS-г в)дбуваеться стисканяя ромсМчнol ком!рки ы наяояадку, перпендикулярному плотинам з найб1льш цельною упаковкою атом1в ( hoo ) при одночасному розширенн! вздовж ос i i> . Для TIC f VC ««постер1гаеться змеятецня величина параметра й .

Зм!аення об"ему елементарноГ ком1рки карбfлу п)сля йаротер--ц!чного вдливу повиязано з р(внем макрояапруг стиокання. Для гарячепресованих зразк!в характерно утворепня твердих розчин1в * киеню в ком!рц1 карб(ду.

Р1веяь наклепу, що в1даов1дае баротйр.и1чному сп(канню,знач-но вищий, nts при гарячому пресуванн!. При чому mfnbHfcTb дисло-кацiй, як! вносять вклад в роэм1р ОКР (Jk), значчо веша щ!яъ-IноетJ дислокад1й, як( в}лпов?паюгь за м(кропефориацг? ( рх ), що

е св!доцтвом Формуванап ком!ркових структур при сп!канн! п!л високим тиском.

Рис Л показуе залетают! розра—>. хованих величин макрояапруг в!иь носно параметра Тсп./Тпл.-Вияно-,-то при 0,6 Тпл. для УС макрона^-поуги сгають розтягуючимя, що призводить до розтр!'скування зразк1в.

При певн!й температур!~ляя косного карб!ду пбчинаеться гавил-ке зростання розм!ру ОКР (Рис.2), яке супроволжуеться зменшенням щ!льност! лисгокац!й. Початку иного ппоцесу при 1300°С для Сг>С1 1500°, 1600°С для УС ( Т!С в!д-

Рис.1. Залежност! какронапруг пов1дають висок! р!вн! коеф!ц!еи-в!д привепеного пара- та лифуз!! атом!в металу в ком!р-метра ц! нарб!ду й'(Рис.З). -В!дпов}дяо

до лосл}дтань Р.А.Аир !евського так! величини Дв!лпов!яаютъ активному спЗкаяшо ковалентних сполук, але в эвичайних умовах ло-сягаються при температурах не нижче 0,85 Тпл. В той ке час в апарат! висоцого тиску для-- 0»С».ц& 0,7 Тпл., а для УС 1 Т!С -0,5 0,6 Тпл. Якгао до того ж вра-хувати результата вим)рювань. м!кротверлост0 (РЕо.4К то можна вважати, що 1300°С для. , 1500°С для УС" I "1600°С для- ТК е опадмальними температурами еп!- . яаняя при тиску Р = 5 Ша. При цьому-в-карб1дяому пол!крлстал! Формуеться гтвна- су*упя!сть субструктурних параметр!в, як! за--безпечують значив •п-.<явииенкя м!кротверлост! в!лносно гарячепре- • сованих-зразн!в,.

В'чпостому.ооздгл!-- лоси!лжено-првцес вясокотемпературного окисления яороик!в СпС,,.-Т1С: ! УС на пов1тр!, Спираючись на ре-зультати ДТА,-;.ТГ, реатгенофазового анализу пропукт!в вэаемодИ, а також термолинам!чних ! к!нетичних розрахунк!в було встановле-но, шо окислеяня посл1лжуваних карб!л!в е багэтостал^ний прочее, який включав ряд пос?!ловчях х!м!чних рвакц!Я, шо супро-водтсуються екзотермИаими ефектами. Перш! ДТА-п!ки для Сг,С* *( УС характерязують : утвореяяя на границ! пол1лу карб!л - циялра яг*-чих'карбг'л!в. В раз! окисления карсНду титану на к!нетику про-цесу значно впливав (разори.1 перех!л анатэз — рутил.

18«

АГЛа

• аА7,?ГПа

Рис.2. Зале.-щоот! розм)р!в ОКР в(л приведеного параметра

I А* УС

Рйс.З. Залечсност) кое<Ишея~ т1в аиФузН в)д темпоратури

В1лпов1дно до ланих експеричеяту процес окисления кар(51 д!в можна предотавити у виглял):

I.

2.

Сг.Сг

610-790ТС

г г 1 +

""""" м»С, — СгуС^ —Ср. 1 ■—

920*С

чс-

■^0t

3- БС+04— Т10Г+С0»{

(Чо,

УаО« №

(Я

. ! момЪ-1

- 500°С

- 580°С

- више 600° С

450°С

Сг»0,

ттс^-о*— (г) „ 630ос

"ПС+Ог —(2.) ■*• "П ОаГ^1"

- шаде 680 С

В1помо, що температура кочытку окисления заиетить в1л величина швипкост! нагр ¡вання. Тому були олврхан! значения неличи.ч То (початку окисления), як! не залежать в)п швипкост) нагр!ваи-ня I факгично е те катратурами початку окисл^шп:

Сг,Сг - 590, УС- 290, НС - 2Ю°С.

Кр;:г( ХТА високотемпера-турного окисления ;юл!кристал!в, як! спечент п(п високим тиском

I отримаеО звичайним гарячим пресуванням, практично зб1гають-ся з такими пля порошк1в, т!ль-ки зсунутI в 61 к б(лыл високих температур. Карб1ли, окислен! в 'умовах програмованого нагр!ван-

ня, вкрит! багатошаровою цинд-рои. Верхн!й шар мае явно вирз-' лее ну текстуру зросту, пов"язану з значним град!витом кисню на меж! лоп1яу Цей шар збагачен |дом!шками, концентрац1я пких значно вища, «¡ж в сам!й основ!.

Н.гш1й шар м!стить, кр1м Сге0з Рис.4. Залемост! м(кротвео- мот. г Г \ с С г г

дост! лол»кристай!в талсж 5 для СГ1Сг, а

в!л температуря для Т!С г)льки "ПО» . Прозелв-

н! д^сл!д(кення дали \лочгив!сть встановити, шо р(зниш в характа-р{ окисления гарячепресованих 1 баротермИно спечених зразк!в пов"язан! не з Фазовим складом утворено! цинлри, а з особливос-тями П дефектно! структура. Показано, >ю ступ!нь окисления «с баротермРчно спечених карб1д!в лшШно залежить в!л середнього розм!ру зерна с! ! пористост) зразк!в П .

1зотерм(чн( випробуванвд ( ренггеновськ! та електронном1к-роскоп!чн! досл(дкення пиндри дозволили встановити, що н(лишения в 1,5 + 2,0 раза стНГкост! проти високотемпературного окисления баротерм(чно спечених С^С* ! Т!С, пор(внююч1: з гарячепре-сованими, пов"язано з формуванням налпр(бнозерниото! цинлри.шо •щ1льно прилягае ло основи, - зг!лно до принципу ор (ентац!йио1 I розмгрно! е!л1Швтлност! Данкова.

Встановлен механ!зм ! оозрахован( енерг(! активацН оу— марко! реакцН окисления пол!кристал!в Сг5Сг ! Т!С, спечених гид високим тиском. Так, окисления Сг,Сг описуеться р)вняння'1 параболНного типу лля дифуз!йно кочтролюемих роаки(й [ 1 ~ (1 * = К С (5), дэ ступ!нь окисления, Г- час,

К - константа.. Т< п! як окисления Т!С - ртвнччням стпскуючотсн

осГему i -( i -«C)'/j = KX (6).

рут.

Цйндру ТЮ2 взагал! вакко вважати захисною, осктлькк п!оля окисления на протяз! 30 годин при 1200°С товщина оксидно! пл!вки на Сг,С4 становила 20 мкм, в той час як на ПС - 500мкм. При цьому структура за лишившегося зразка TfC характеризуемся грубою лисяерс!ею великих кошшнсац1Йних пор.

В сьомому оозд!л! проведен! лосл!лження пеяких ф!зико-ме-хая!чних властивостей пол!кристал!в карб!д!в. Вш!рен! величини H/t,HV, 6"jr» e'er.) Klt для баротерм!чно спечених карб!д!в вияви-яись ~ у 2 рази вище таких для гарнчепресованих зразк!в. Це пов"язаяо з формуваияям надпр!бнозернистих структур, з високоя м!цн!стю м1жзеренного зв"язку ! транскристал!тним характером руй-нування (на м!кроструктурах спостер!гаеться розвинут!сть поверх-й! злому, перехрещення i скривлеаня л!н)й зеуву). В той ^е час для гарячелресованих эразк!в спосгер!гаеться м!жкристал!тяя# характер руйнування (гладк! сколи, обметен! прямими я!н!ями). Це пояснюеться тим, що границ! зерен у да ному випалку збагачен! дом!шками, зокрема, киснем. Для величия меж! м!цност! на зги б зразк!в CrjCt, спечених п!д високим тиском, виявлена в!дпов!д -н!сть залекност! Холла-Петча. Кр!м того, для' яаддр!бнозернистого CrtCt такох в1рно сп!вв(дношення d "d^r'tfj), де «- роз-м!р аерна, t - розм!р ком!рок.

Вим!рен! значеавд _механ1чних характеристик зразк1в карб!-д!8 хрому, титану I ванад!ю s залеяност! в!л способу !х одер-Жайня полаа! в таблиц! 2.

Таблиця 2

Мехая!чн{ -характеристики Сг,С1( TiC, ! VC в заяетшост! в!д способу !х одёржання

Характер-Мистики И*" HV, Ktc >

Карб!д ГОа ГПа Ша Ша Ш/м3/2

Сг,С» 13,6 ZL5. 9,0 260 200 2070 960 2,8

ТЮ ¿ОД 22,9 з&а 20,6 165_ I0Q 2050 1040 3,0

VC 35Л 21,7 Т2Л 14,7 - 1220 450 2,0

. • чиол!в.чяк - пол!кристали, спечен! п!л високим тиском, де

знаменник - гарячелреоовая! зразки.

У восьмому роэд!л! проведено пор!вгшння структуроутворен-ня в зразках сплаву ТН-20, одержаних. баротерм!чним сп!канням, гарячим пресуваяням, а такоч п!сля баротерм!чного впливу на га-рячеппесован! зразки, Встановлено, що юли Оаротерм)чне сп!кан-ця сллаву проводили при температур! нижче температуря його гаря-чого пресування, то концентрац!я зв"язки виявилась близькою до складу шихта. Це св!лчить про слабку взаемод!ю мхж компонентами сплаву. Але дри температурах, бпизьких-ло температуря гарячо-го пресування нав!ть п1д високим тиском в!вбуваеться утворення к!льцевях зон твердогфозчину. За допомогою к!льк!сного реятге-новського фазового 1 х!м!чного анал!зу вдалось встановити склад (*П,Мо,М')С,< твердого розчику. Показано, гю п!спя баротерм!чно-го сп!кання величина прошарк1в твердого розчяну менше, н!к п?с-ля гарячого пресування при боьш др!бяозер!;яст ¡Я структур! на-в!ть при температур! 1600°С. Додэткоеий баротерм!чний впляв на гарячепресований сплав призводить до подальшо! взаемод!! м!ж компонентами сплаву. КарсИд титану гарячепресованого сплаву характеризуемся високою щ!яьн!стю дислокац!й р* , як! виосять вклад в м!кроде(|оркац!!, пор!вгаовчи з щ!льн!стю дислокац!й^ , як! дають вклад в розм!р ОКР.

Внасл!лок сп!кання зразк!в п!д високим тиском б!льш, н!ж у 5 раз!в птпвишувться р!вень макронапруг стискання, змечшуеть-ся розм1р СКР, зростае сумарна щ!и>н!сть дислокац!й. При цьому спостер!гаеться сп!вв!пяошення рх , формуеться г,см!ркова структура.

При Оаротерм!ча!й обробц! гарячепресованого сплаву ТН-20 зм!ни в субструктур! карб!дно! основя в!дфввютъся в .значно мен--шому ступен!..Так, р!вень макронапруг п!лвищея незяачно, а роз-м!р ОКР б!льший, Н1Ж у вих!дного гарячепресованого сплаву. 06-робка при температур! ниткче температуря Гарячого пресування прязвоплть до р!зкого п!двищення щ!льяост! дислокааШ Л , пор Iвнюючи з , Шдвищеяня температуря викликае значения сумарно! щ!льност! дисвокаи!й, ело сприяе встановленню сд!вв!д-иошеяня р, > яке можа бути необх!яним критер!ем вибору

оптимально! температуря св!кання ! обробки п!д гисоквм тиоком,

Були одерган! гапежноотг шеилност! зносу р!зв;!в !з сплаву !"«{~£0 при точпш! стал! ШХ-15 (Рис.5) 1 1х м!кротверлоот!(Ряо.6)

1 в!д умов отрицания. 3 рис.5,6 видно, до макси-мальний еТект лосягаеться сп!каяяям сплаву ТН-20 п!л високим тиокол при температур! 1500°С, а обробку гарячелоесованого сплаву варто проволити при температур! 160С°С. Незважаючи на те, що

Й00 ^00 1^00 1600 1<Ьб^рсп'ка'ння 'обообка п1я БИ-

I, ,.п , Т> со кил тиском лозволяюгь

о»-*)1Иа оо —спекания ЧхА

I» -?тта . ■ -фойка 10и. п 'ЛВЙЩ!,ТЙ эксплуатация!

властивост! сплаву ТН-20,

_ т_» лет _

Рис.5. Залежност! швилкост! эносу р!зц!в !з сплаву ТН-ЙО при точ!нн! стал! ШХ-15 в стан! поставки

Рис.6. Залеж.чост! м!кротверлост! зразк!в сплаву ТН-20 в!л температуря олержаняя

вони не лозволяють отриму-вати вироби великих роз-м)р!в. Тому гарячим пре-суваяням були отримая! зразки сплаву ТН-20,карбонов основою яки у бут пол!крястаяи Т!С,спечен! п(л високим тиском. Як в^омо, проб! шш не впли-Еае на внутр!шяю структуру кристал!т!в,забезпе-чуючу б!льш висок! ф!зи-ко-х!и(чн! властивост! пол(кристал!в, руйнуван-ня ж в!лбузаеться по гре-ницям зерен. Зразки такого сплаву характеризу-{700 «IV ються значно меншою тов' шиною прошарк!в твердого розчину ( Т|, Мо, N1 )Сх, пор(внточи з гарячепре-сованим сплавом. Кр!м

того, 1м властив! б!льш високий р!вень макронапруг стискання, стул1нь наклепу, ментий розм!р ОКР, приблизно у 2 рази СНльша от1?к!сгь при точ1ян! стал! ШХ-15, а тачс* високе значения

14

м!кротверлост! (Рис.6). При цьому розм1р таких вироб!в обмежен Т1яьки розм!ро.м ¡нлуктора, який використовуеться на гарячому пресК

Додатки м!стять актвилробуЕань зразк!в твердого сплаву 1Н-20, а також результата участ( автора в м!жнаропному конкурс! роб!г по високкм тискам ЕНР(?& в 1991 роц

ЗАГАЛБН1 ВУСНОВКИ

1. Ексиеримеитально лосл!лнен! залетаост! уеалки ! росту зерен в1л РД - параметр!в ! часу сп!кання. Встановлено, шо в лосл!лженому л1апазон! Р, I, X для Сг, Сг г^ктороп, який най-б!льш сильно впливае на зростання зерна, е тиск, а для Т!СГ f УС -температура баротер.м!чного сп!кання.

2. Встановлено, шо висок! тиски знгкують енеЭг!» активац!!

о

диФузИ металу у вшпов!дному карб!д! для молельно? системи ме-тал-карб!л, пор!впюючи з звича9ним гарячиы чресуванням.Механ!эм цього процесу для СгХь- щ!яинний, а для Т!С 1 УС - эм1шаний (пИлинний з часткою вакансШкого). Енерг!я активацП дифузИ атом!в металу в ком(рках в!дпов!дного карб!ду складае для СГ,СЬ 36 кЛж/моль, а для С ! Т 1С - 101 кДж/.чоль. Цё св!дчить про м!ж-кристал1тний, заяежний в!л ш!льност! ляслокэц!й характер лиФузН в процес! сп!кання.

3. В слечених п!д високим тискои пол!кристалах Сг,Сг спосте-р!гаеться стискання ромбМно! ком!рки ун напрямку, перпендикулярному плотинам з яайсИяыаою ц!лья!стю упаковки атомСв ( Лао )при одночасному ¡х розширенн! взловж ос! О ; для Т}С ! УС спостер!-гаеться зме-нтення параметра ком!рки.

4. Показано, що баротермГчно спечен! пол!кристали карб!д!в мають високий р!вень макронапруг стискання 1 дс(/с( )р який зменшуеться при зсНльшенн! температуря сп!кання (при температур! 0,6 Тал. для УС, 0.76 Тал. для Т!С г 0,96 "Тпл. ля:; СгА напругв стискання перехолять в розтягаюч! напруги).

5. Опти.мальн! температури сп!кання лля СГ,С,- 1300°С, лля УС - 1500°С ! для Т!С - 1600°С при тиску Р = 5 ГПа характеризуются початком швилкого зрозтаяня розм!ру ОКР, зникепням щ!ль -ноет! дислокец!й, високимп значениями коеф!ц!ент!в диЗуз!! ато-мтв \!е в МеС т максимальною м!кротверл!стю.

6. Виоокотемпературне окисления па пов!тр! СГ5С» ! УС зл!йс~ нюсться чепез ряд посл!довних стадтй, як! пов"лзан! з утьорен-Н(г,1 на погерхн! розгияу "нинлра-карб!и" нижэдх *арб!л!в. На

окисления TiC )стотно впливае Фазовий перех!Л,ачатаз - рутил. Температура початку окисления при умовио нульов1й игоилкост) HarpiBaHiw для CWCt склапае 590°С, лля VC - 2Э0°С I лля ТтС -2Ю°С. Кшетика окислення баротерм)чно спечених пол)кристал1-в CraCi описуеться р!виянням параболтчного типу, TIC - л)н)йного. Беротерм!чно спечен) карбши мають в 1,5 рази вишу ст)йк)сть до високотемаературного окислення на nosirpi, пор?ЕНюючя э га-рячепрессваними матер ¡алами, шо пов"язано з утворенням над-Яр)бнозернисго1, яка щ)льно прилягае до основи, цинлри.

7. Встановлено, то спечен) л)л високя.м тиском пол)криста-лй, лор)внпочи з гарячепоесованми, ?лаготь п!лвяцен) в 1,5-2 рази механ)чн) характеристики ( Hju,HV, 6iT.>6ir., К1с ), щсс пояснюеть-ся особпивостями Ix ущ)льнення, характеров (Тормуе.чих структур } типом руйнуваннл. Баротер\«)чно спечен) карб)ли руйнуються транс-кристал)гао (з сл)лами м)кропластично! лейормацН), тол) як га-рячепресован) - м)кзеоенно,

8. Баротерм)чне сп)кання твердого сплаву ТН-20 приводить к зменшенню прошарок к)льцево! зони твердого розчияу (Т(,Мо,Л//)С, формуванню в карсЯдному каркас) комгрково! структура,п)двищеяню м)кротвердост) у 2 рази, зменшенню (нтепсивяост! эносу р)эшв при точ)нн) стал) ШХ-15 ~ в 9 раз)в.

Основн) результата лисертац)Г вякпадэн) в таких лубл!кац)ях:

1. Использование, методов термического анализа для изучения высокотемпературного окисления тугоплавких материалов/Ö.А.Пугач, Г.Г.Поотолова, Я.В.Иваськевич, С.Ф.Корабл8в,//Тез.докл.1Х Все-согазн.совещ. 'по термическому; анализу. - Ужгорол,1985. - с.165,

2. Кораблей С.Ф., Наумов A.B. Влияние высоких давлений на структуру е окалинос той кость образцов карбида хрома Q-jCt//По луче :-шэ а пршенение"сверхтвердых матёриалов:Сб.науч,тр. /АН УССР, Кн-т оверхтверлых материалов. - Киев,1986. - с.42-46.

3. Кораблев С.Ф., Наумов A.B. Структура и микротверлость об' разцов Сг^Сь , полученных баротермпческим спеканием. //Высокие

давления в науке и технике: Сб.науч.тр. /АН УССР, Ин-т сверхтвердых материалов. - Киев, 1987. - с.63-66.

4. Пугач Э.А., Кораблев С.Ф., Йвсенко A.B. и лр.Окавпностой-кость образцов карбида хрома,полученных в условиях высоких дав-вений //Физика и техника высоких давлений. - 1987. - ВыП>£6. -

С.69-74.

5. Кораблев С.Ф., Лисенко A.B., Филипченио С.И. Химические и кинетические особенности окисления порошкообразного карбида хрома. //Порошковая металлургия. - 1938. - > 7. - с.88-92.

6. Применение комплексного термического анализа пля изучения высокотемпературного окисления каобила хрома, /С.Ф.Копаблев //Тез.докл. Белорус, ресаубл. науч.-техн. совещ. "Применение термического анализа пля интенсификации тэхнологических. процессов и создание прогрессивных материалоз". - Минск, 19Я8. - с.115.

7. Кораблел С.Ф. Керамика из карбида хрома - материал опор нагревательных печей с окислительной средой .//{изяческое материаловедение Ii Физико-химические основы сознания новых материалов: Сб.научи.тр. /АН УССР, Ин-т пооблем материаловедения. -Киев, 1989. - с.117-120.

8. Применение термического анализа для изучения высокотемпературного окисления порошка Т1С /Э.А.Пугач, С.Ф.Кораблев, A.B.Лысенко //Тез.докл. X Всесоюзн.совет, по термическому анализу. - Ленинград, 1989. - с.88.

9. Кораблев С.Ф. Структура и микротвердость образцов СпС* , полученных в условиях высоких давлений и температур //Получение, свойства сверхтвердых материалов и перспективные технологии их применения : Cd,науч.тр. /АН УССР, Ин-т сверхтвердых материалов. - 1990. - с.41-44.

10. Использование спекания под высоким давлением для получения новых материалов из Q-sCt /Э.А.Пугач, О.Ф.Корабрев, A.B.Лысенко и др. //Тез.докл. П ко нф. Балтийских республик "Износостойкие порошковые материалы и покрытия". - Таллин, 1991. - с.20-21.

11. Кораблев С.Ф. Окалиностойкостъ карбида титана,спеченного пол высоким давлением //Сверхтвердые а композиционные материалы и покрытия, их применение: Сб.науч.тр. ,/АЯ УССР,Ин-т сверхтвердых материалов. - Киев, 1091. - с.99-102.

12. Влияние параметров баротермического спекания на структуру и свойства карбида хрома Cr,Ct /3.А.Пугач, С.Ф.Кораблов, А.В.Лысенко я др. /Дез.докл. науч.-техн.консЬ. /Пути повышения качества и надекнооти деталей из порошковых материалов. - Рубцовск, 1991. - с.53-54.

13. A.c. 1815017. СССР. Шихта керамического горячэлрессо-вашшго материала. Кок-зльчук В.В., Тимченко Р. Г., Кораблев С.Ф. и до. Опубл. И.10.92.

Ii, Кораблев С.^. Структура а микротверио-.ть карбида титана, спеченного пол внсотел давлением //Создание свойогвл и примане-

17

ние сверхтвердых и композиционных материалов г. покрытий: СО. науч.тр. /АН УССР, Ин-т сверхтвердых материалов. - Киев, Т993.-о. 12-15.

АННОТАЦИЯ

ф Корабяев С.Ф. Влияние высоких давлений и температур на структуру и свойства карбидов хрома., титана и ванадия.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.01 - ":Латеряаловелепие в машиностроения". Институт сверхтвердых материалов ДАН Укоаинн, Киев, 199 5.

Защищается 14 научных рас*от, которые устанавливает связь между ладаштрами баротерамчоезсо.го /спех&иая ~ зтрухтуооН -свойствами поликристаллов карбидов чром-а, титана и ванадия.При определенных 'fjt,X - условиях в «дарблцзх Формиоуется пазоррен-тированная сверхмелкозераистая ячеисгая структура, высокий уоо-вень макрошшряйений сжатия и степени наклепа, обесл;!Чиг.С1":;'Ч1х повышение в 2 раза комплекса Физико-химических и ^излко-'юуани-ческих свойств. Показано, ,чт.о установленные закоиомеоности сохраняются и для метаяйокарачмческях композитов. Достигнуто су -ществен.чое повышение стойкости резцов из сплава ТП-20 при точении стали ШХ-15 в состоянии поставки. Полученные результаты могут быть использованы еря создании новых композиционннх сверхтвердых материалов с за#аяи«ми евойсгш/Ш.

Abstrac*

Sergey F. Korablev. Influence of high (xetsw» mi temperature» on «trueture and properties of chromium, titanium «id vanadium carbides. Abstract of Ihe thesis of caiid. «с. eng. in the speciality 05.02.01- Material sciencc in machine-building. Institute for Supeitwrd Materials of the NAS of Ukraine, Kiev. 199SDefended are 14 scientific worts which ascertain the connections between the parameters of barotermic sintering, viz., structure and properties, of chromium, titanium and vanadium carbides polycrystals. It was established that at the certain conditions ((>,< and t values) in these carbides the nonoricntcd and very fine-grained cell-similar structure formed. Herein Ihe high level of both compression macrostraiiu and cold working toe* plaoe. These altogether ensure the increase of physico-chemical and ptiysico-mcchanical properties of carbides approximately by 2 times. It was shown that established regularities were observed for corresponding metal <eramic composites as well. Ihe significant increase of wear-tesistanse of "TH-20" hard alloy cutting parts was attained (he latter« being used for treating of "ШХ-15" steel. The results obtained can be used for the development of new composite tuperhatd materials with demanded properties.

Кгючов! слова: б1ротерм!чне сп1кашш,гаряЧе поесуваннр.лиЯ'У^я, Piln-HtcTb дислокяц!Р,ком!рков( структури.оккслення.ст^к'оть