Формування структури композиційного матеріалу на основі гранул карбіду бора з (Ti-Ni-Мo) зв’язкою

11

Размещено на http://www.allbest.ru/

Інститут проблем матеріалознавства

ім. І.М. Францевича Нан україни

Олексієнко Наталія Володимирівна

УДК 621.762

Формування структури композиційного наплавочного матеріалу на основі гранул карбіду бору з ( Ti-Ni-Мo) звязкою

Спеціальність 05.16.06 - Порошкова металургія та композиційні матеріали

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидат технічних наук

Київ 1999

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Черкаському інженерно-технологічному інституті Міністерства освіти України та в лабораторії порошкової металургії Макс-Планк-Інституту ( Німеччина)

Науковий керівник: кандидат хімічних наук, професор Дубровська Галина Миколаївна

Черкаський інженерно-технологічний інститут, Міжкафедральний центр структурного аналізу, завідувач

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Панасюк Алла Денисівна, Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М.Францевича НАН України, провідний науковий співробітник

кандидат технічних наук, доцент Морозов Віктор Васильович Національний технічний університет України "КПІ", кафедра високотемпературних матеріалів і порошкової металургії, завідувач

Провідна установа: Інститут надтвердих матеріалів ім.В.М.Бакуля, відділ фізико-хімічних основ одержання надтвердих матеріалів, Національна Академія Наук України м.Київ

Захист відбудеться «11»жовтня 1999р. о1000 годині на засіданні спеціалізованої ради Д26.207.03 в Інституті проблем матеріалознавства ім. І.М.Францевича НАН України за адресою: 252142 м.Київ, вул. Кржижанівського, 3

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту проблем матеріалознавства ім. І.М.Францевича НАН України за адресою: 252142 Київ 142, вул Кржижанівського, 3

Відгук на автореферат у двох примірниках, засвідчений гербовою печаткою установи, просимо надсилати за адресою 252142 Київ 142, вул Кржижанівського, 3, Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М.Францевича НАН України, спецрада Д 26.207.03.

Автореферат розісланий "25 "серпня 1999 року

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Д 26.207.03, доктор технічних наук Р.В.Мінакова

Загальна характеристика роботи

Актуальність роботи. У вітчизняній та закордонній практиці серед твердих сплавів значне місце займають безвольфрамові тверді сплави, властивості яких в значній мірі залежать від технологічних параметрів їх виготовлення. На даний час в Україні розробляється програма по розвитку виробництва твердосплавної продукції та по впровадженню нових прогресивних технологій. Карбід бору з Ti-Ni-Mo звязкою є перспективним матеріалом для створення зносостійких сплавів, оскільки він має практично цінні фізико-механічні властивості, поєднуючи високу твердість, стійкість до зношування та корозії в різних середовищах, жаростійкість, достатню теплопровідність та інші властивості.

Взаємодію карбіду бору з нікелем, титаном, молібденом, а також з сплавами Ni-Mo, Ti-Ni, Ti-Mo досліджено досить докладно. Проте, процеси, які відбуваються при формуванні композиційного матеріалу (КМ) на основі гранул карбіду бору з потрійними металевими звязками (Ti-Ni-Mo) раніше не розглядались. Не досліджувались раніше мікроструктура такого сплаву, стан поверхневих та перехідних шарів, які мають суттєвий вплив на міцність та зносостійкість готових виробів.

Залежність властивостей сплавів від технологічних факторів предявляє підвищені вимоги до вибору матеріалу з найбільш оптимальною структурою та властивостями. Тому задача дослідження формування структури матеріалу на основі гранул карбіду бору з Ti-Ni-Mo звязкою є актуальною. Такі гетерофазні матеріали є новим класом матеріалів, для яких вирішення проблеми підвищення стабільності властивостей в процесі експлуатації та надійності має першочергове значення.

Звязок роботи з науковими програмами, планами, темами. Актуальність теми дисертації підтверджується тим, що вона повязана з виконанням робіт за такими програмами:

міжвузівською науково-технічною програмою № 8 Держкомосвіти " Дифузійне формування структури, фазовий склад та фізичні властивості перспективних металевих матеріалів, покрить та тонких шарів".

програмою наукових досліджень Міністерства освіти України "Розробка фізико-хімічних основ стабілізації структури композиційних матеріалів активуванням поверхні".

З урахуванням вищевказаного були сформульовані мета роботи та основні задачі досліджень.

Мета роботи: вивчення процесу фазоутворення при консолідації композиційного матеріалу на основі гранул карбіду бору з ( Tі-Ni-Mo) звязкою та виявлення умов і можливості управління процесом формування стабільної структури та властивостей матеріалу.

Основні задачі дослідження:

1. Розрахунок можливих фізико-хімічних процесів при консолідації композиції гранули карбіду бору (150-250 мкм) - (Ti-Ni-Mo) звязка на основі даних огляду літератури.

2. Проведення порівняльного аналізу структури КМ, одержаного методами саморозповсюджувального високотемпературного синтезу (СВС), рідкофазного спікання (РС) та гарячого ізостатичного пресування (ГІП), з метою оптимізації структурних складових на межі розділу фаз.

Проведення компютерного моделювання дифузійної взаємодії карбідна гранула - металева звязка для управління процесом консолідації в системі гранули карбіду В4С- (Ti-Ni-Mo) звязка.

Зміцнення звязки матеріалу дрібнодисперсними рідкоземельними елементами ( р.з.е.) на прикладі La2O3 з розміром частинок ~0,05 мкм для підвищення пластичних характеристик композиції. Аналіз закономірностей структуроутворення.

Проведення випробувань характеристик міцності (мікротвердість, зносостійкість, стійкість до крихкого руйнування) розробленого матеріалу. Вивчення зміни розміру зерна та фазового складу в процесі експлуатації сплаву.

Наукова новизна дисертаційної роботи. Вперше одержані дані про фазовий склад перехідної зони гранули карбіду бору - металева звязка в композиційному матеріалі В4С-(Ti-Ni-Mo). Перехідна зона являє собою карбід титану та ряд твердих розчинів Мо в карбіді титану.

Побудована модель утворення двофазної перехідної зони карбід бору -металева (Ti-Ni-Mo) звязка.

Шляхом введення в склад вихідної шихти дрібнодисперсного щавлевокислого лантану стабілізовано структуру звязки композиції та отримано модельні зразки композиції з поліпшеними механічними властивостями. Одержано Держпатент України на склад шихти для зносостійкого матеріалу.

Автором самостійно одержані такі результати, які виносяться на захист:

Перехідна зона карбідна гранула - метал для композиційного матеріалу В4С-(Ti-Ni-Mo)- звязка є двофазною областю зі складом: ТіС та (ТіМо)С.

Компютерне моделювання утворення перехідної зони "гранула карбіду - метал" для системи В4С-Ti-Mo.

Дрібнодисперсне зміцнення структури металевої звязки композиції щавлевокислим лантаном.

Практична цінність. Показано перспективність використання сплаву гранули В4С-(Ti-Ni-Mo). Одержаний КМ гранули В4С-(Ti-Ni-Mo) звязка з поліпшеними механічними характеристиками рекомендовано як зносостійкий матеріал для використання в буровому інструменті нафтогазової промисловості.

Апробація роботи:

Основні положення та результати дисертаційної роботи доповідались на:

ХІІІ науковому семінарі "Карбіди та матеріали на їх основі", Київ, ІПМ НАН України (1995р.); ІХ, Х Російських симпозиумах по растровій електронній мікроскопії та аналітичних методах дослідження твердих тіл, Чорноголовка (1995, 1997рр.); Інтернаціональному симпозиумі "Phase diagramms in Materials science", Кацивелі (1996р.); ІІІ Черкаському семінарі країн співдружності " Актуальні питання дифузії, фазових та структурних перетворень у сплавах", Сокирне (1995р.); Інтернаціональному симпозіумі "Diftrans-98", Сокирне (1998р.); науково-експертній раді за фаховим напрямком " Фізичне матеріалознавство" Відділення з питань науки методичної ради Міносвіти України ; V міжнародній науково-технічній конференції " Машиностроение и техносфера на рубеже ХХІ века", Севастополь, 1998р.; Міжнародна конференція "Наука і освіта", Черкаси, 1999р.

Публікації : По матеріалах дисертаційної роботи опубліковано 9 робіт, із яких 2 статті, 1 патент та 6 тези доповідей на конференціях.

Обєм роботи: Дисертаційна робота складається із вступу, 5 розділів, висновків, списку літератури, додатку викладених на 141 стор., рисунків 39.

Основний зміст роботи

У вступі висвітлені актуальність теми, мета роботи, положення, які виносяться на захист, особистий вклад автора, наукова новизна та практична цінність.

Розділ 1. Структуроутворення в композиційних матеріалах на основі твердих сплавів. Зроблено огляд робіт вітчизняних та закордонних авторів, присвячених консолідації та структуроутворенню матеріалів на основі карбіду бору.

Аналіз фазових перетворень окремих випадків складної системи В-С-Ti-Ni-Mo показав різний характер взаємодії карбіду бору з чистими металами та сплавами на їх основі. Для систем В4С- Ті , В4С-Ni та В4С-(Ті+Nі) встановлено активну взаємодію карбіду бору з титаном та нікелем у зоні взаємодії В4С з металевим розплавом. Добавки молібдену в нікелеві сплави призводять до зменшення кута змочування. При дифузійній взаємодії карбіду бору з молібденом виявлено існування боридів молібдену Мо2В і МоВ та борокарбіду молібдену Мо2ВС, який оточує карбід бору.

Завдяки великій спорідненості цих металів з бором та вуглецем (утворення карбідних та боридних фаз) забезпечується підвищення адгезійного звязку між карбідом та рідким металевим підшаром.

Відмічається відсутність в літературі відомостей про характер взаємодії складної металевої звязки (Ti-Ni-Mo) з гранулами карбіду бору розміром від 150 мкм до 300 мкм. Не досліджувались раніше також мікроструктура такого сплаву, стан поверхневих та перехідних шарів, які мають суттєвий вплив як на міцність так і на зносостійкість готових виробів.

Розділ 2. Умови одержання композиційного матеріалу В4С-(Ti-Ni-Mo). Методики дослідження. На основі літературних даних по оцінці якості КМ В4С-(Ti-Ni-Mo), одержаного методом СВС в Івано-Франківському інституті нафти та газу, вибрано процентний вміст вихідних компонентів та оптимальний розмір гранул карбіду бору (табл.1). Описані технології виготовлення твердого сплаву на основі карбіду бору методом порошкової металургії.

Таблиця 1

Склад вихідної шихти для композиційного матеріалу В4С-(Ti-Ni-Mo)

Вихідні компоненти	Процент-ний вміст, мас%	Розмір частинок , мкм	Примітки
B4C Фірма "Leco"	27-28 ( 28)	150-300	Зносостійкість КМ зростає пропорційно процентному вмісту карбіду бору в зразку і досягає максимуму при його вмісті 27-29 мас.%.
Ті Ti006020 GmbH	40-50 (45)	150	При меншому вмісті зменшується змочування, збільшується пористість. При більшому - знижується зносостійкість.
Ni Ni006040 GmbH	12-25 (20)	2	При меншому вмісті погіршуються фізико-механічні властивості КМ, при більшому - погане змочування.
Мо Mo006020 GmbH	6-8 (6)	2	Введено з метою зниження зернистості структури.
С (графітовий порошок ) фірма "Leco" та В B006011 GmbH	0,5-3 (0,5)	<5 150	Введено як активні добавки для підвищення змочування карбіду бору та запобігання взаємодії з карбідними гранулами.

Для одержання модельних зразків композиції вибрано методи рідкофазного спікання (РС) та ГІП (табл.2). Спікання проводилось в високотемпературних печах «TG 2000N/5» (фірма «Gero») та пресі «GIP 1500» ( фірма «Gero») в середовищі аргону .

Таблиця 2.

Технологічні параметри спікання композиції В4C-(Ti-Ni-Mo)

Метод спікання	Температура, К	Швидкість нагрівання, К/хв.	Тиск, Бар	Час витримки, хв
РС	1323	10	-	5
ГІП	1323	10	1000	5
СВС	2723-3273	-	-	0,2

Структуроутворення в сплаві досліджувалось за методиками, які дозволяють виявити тонку структуру матеріалу. Використовувались методи металографічного (мікроскоп MF-2 ), рентгено-структурного (порошковий дифрактометр D5000 та ДРОН-3М з - випроміненням), електронно-мікроскопічного (РЕМ-100У та «Stereoskan 200») та диференціально-термічного аналізів (STA 4219, дериватограф “ Q-1500”).

Зміна величини пластичної деформації поверхневих шарів вивчалась шляхом визначення залишкових напружень 2-го роду та величини блоків мозаїки. Мікроспотворення кристалічної гратки та блочної структури визначались в - випромінюванні з реєстрацією рентгенівських інтерференційних ліній.

Як метод фізико-хімічного аналізу для оцінки механічних властивостей сплаву використовували вимірювання мікротвердості матеріалу.

Розділ 3. Термодинаміка процесів при спіканні полідисперсних кристалічних матеріалів. Залежність вільної енергії реакцій від температури з урахуванням відсутності даних про температурну залежність теплоємності вихідних та кінцевих продуктів реакції розраховували в інтервалі температур 700-1300оС з допомогою програми «АСТРА» на ЕОМ JBM-286. Термодинамічні розрахунки показали, що в процесі одержання композиції В4С -(Ti-Ni-Mo) можливе утворення Mo2C, TiC, TiB, TiB2, TiNi, Ti2Ni, Ti, Ni, Mo.

Модель дифузійної перехідної зони карбід бору -звязка для КМ В4С-(Ti-Ni-Mo) побудована на основі моделі взаємодіючих зерен - та -фази для системи елементів Ti-Mo-B4C ( рис.1), які приймають участь в утворенні даної зони.

Рис.1. Ізотермічний переріз модельної діаграми стану системи дифузійної взаємодії

При побудові моделі зроблено два припущення: 1)гранули карбіду бору розглядались як джерело постачання вуглецю; 2) присутність нікелю в звязці не впливає на еволюцію зони. Фазові межі в цій моделі будувались на основі розрахунків, для чого вводились парні потенціали взаємодії між атомами для кожної із фаз.

Опис дифузії в трикомпонентній системі проводився за допомогою рівняння:

де - концентрація компонента i; ji - результуючий потік компонента i через межі зерна (n,m), який визначаємо за формулою

Формули для розрахунку хімічних потенціалів компонентів ( для твердих розчинів):

де g - потенціал Гіббса в розрахунку на один атом системи ( розчину);

; ; .

- потенціали парної взаємодії атомів сорту i і - j; - енергія змішання для атомів сорту i і - j; Z- число найближчих сусідів у атома в системі.

Рівняння для потоків компонентів записували, використовуючи коефіцієнти Онзагера.

В результаті побудови моделі утворення перехідної зони карбідна гранула - металева звязка для композиційного матеріалу В4С- (Ti-Ni-Mo) виявлено, що перехідна зона повинна представляти собою двофазну область з таким можливим складом: карбід титану та ряд твердих розчинів молібдену в карбіді титану ( рис. 2).

Описана схема дозволяє проведення компютерного експерименту з можливістю варіювання початковим концентраційним складом дифузійної пари, параметрами системи компонентів ( парними потенціалами взаємодії) та формою межі контакту в дифузійній парі .



а)

б)

в)

Рис. 2. Модельна діаграма стану з наведеним дифузійним шляхом та модель перехідної зони карбідна гранула -металева звязка для системи (В4С)-Ti-Mo на різних стадіях формування композиційного матеріалу: а) початкова стадія; б) через 2 хвилини від початку дифузійного процесу; в) кінцева стадія.

Розділ 4. Комплексне дослідження структури нового КМ на основі В4С. Порівняльну характеристику фазового складу та структури композиційного матеріалу на основі карбіду бору з (Ti-Ni-Mo) звязкою проводили на зразках, одержаних методами СВС, РС,ГІП.

Дослідження мікроструктури сплаву показало, що у випадку спікання методами ГІП та СВС гранули карбіду бору добре змочені матеріалом звязки, а пористість такого сплаву складає: ГІП- до 0,6%, СВС-5-10% . У РС-зразках виявлено значну пористість (>30%) . У всіх випадках виявлено ріст перехідної зони навколо твердої фази (В4С), що свідчить про дифузійну взаємодію між карбідом бору та матеріалом звязки (рис.3).

Провівши співставлення результатів рентгенофазового та мікрорентгеноспектрального аналізів встановлено, що перехідна зона карбід бору- звязка являє собою двофазну область, яка складається з карбіду титану та твердого розчину Мо в ТіС ( рис.3). Відсутність боридних фаз в перехідній зоні для композиції В4С-(Ti-Ni-Mo) пояснюється перш за все наявністю в карбіді бору вільного вуглецю та досить малим часом взаємодії гранул карбіду з евтектичним розплавом Ti-Ni-Mo звязки ( 5 хв). Проте, можливість утворення боридних фаз в малих кількостях не виключається. Зміна параметрів кристалічної гратки карбіду бору ( до спікання - а=0,5612 нм, с=1,2109нм, після спікання - а=0,5598 нм, с=0,2083 нм) може свідчити про незначну втрату одного із складових, скоріше всього бору.

Дослідження структури композиційного матеріалу ( СВС) до та після експлуатації виявили відмінність структури звязки, що вказує на нестабільність структури звязки композиту та може бути причиною появи макронапружень, мікрокрихкості та зниження технологічних властивостей в процесі експлуатації.

Комплексне дослідження структури показало можливість стабілізації звязки з точки зору підвищення стабільності властивостей матеріалу шляхом використання дисперсного зміцнення добавками дрібнодисперсних фаз (La2O3) із розчину шавлевокислого лантану.

На основі математичного моделювання та планування експерименту по мікролегуванню звязки для стабілізації її структури встановлені такі оптимальні параметри одержання КМ зі стабілізуючою добавкою La2O3: 1)температура шихти в обємі зразка - 1000-1100оС; 2) час змішування шихти розчину щавлевокислого лантану; 3) кількість зміцнюючої добавки - 0,4- 0,8 мас.% ( в перерахунку на La2O3).

Розділ 5. Вивчення властивостей В4С-(Ti-Ni-Mo) зі стабілізуючою добавкою. Дослідження структури композиції з добавками щавлевокислого лантану проводили в порівнянні з композицією без добавок зміцнюючої фази.

Якісний склад звязки КМ, після введення в вихідну шихту дисперсно-зміцнюючого матеріалу, не змінився. Добавка дисперсної La2O3 фази забезпечує створення природного дифузійного барєру у вигляді проміжної фази, яка гальмує взаємодію карбіду бору зі звязкою в процесі експлуатації в умовах підвищених температур та навантажень.

Експериментальні дослідження дефектів структури методом ТЕМ та РСА підтверджують, що введення дрібнодисперсної фази чинить перепони утворенню мікротріщин, які в матеріалі до стабілізації мають протяжність від карбіду до звязки ~ 10-12 мкм .

Збільшення величини мікродеформацій з одночасним дробінням блоків мозаїки підтверджують покращання механічних властивостей сплаву (табл.4).

Таблиця 4

Мікродеформації та розміри блоків мозаїки КМ В4С -(Ti-Ni-Mo)

	Матеріал без La2O3	Матеріал с La2O3
Фаза		D, м		D,м
В4С	6,7 10-4,	4,02 10-5	1,22 10-3	3,11 10-5
Ті	19,3 10-5	8,32 10-5	23,1 10-4	7,99 10-6
Ni	23,5 10-5	2,3 10-6	16,1 10 -4	1,386 10-6
Mo	1,56 10-5	4,52 10-5	1,76 10 -4	3,63 10-5

Мікродюрометричні дослідження показали, що мікротвердість композиції змінюється в залежності від складу матеріалу (рис.4).

Випробування зразків композиції на міцність-опір до крихкого руйнування також підтвердив підвищення пластичності звязки. Руйнівне навантаження для матеріалу з добавками щавлевокислого лантану складає 1,8 ГПА ( рис.5).

Стійкість до окислення КМ з добавками та без La2O3 на повітрі в інтервалі температур 22-1000оС різна. Диференціально-термічним аналізом виявлено наявність ендотермічних ефектів, які обумовлені окисленням титану киснем повітря, що було підтверджено рентгенофазовим аналізом.



Рис.4. Зміна мікротвердості звязки ( Ti-Ni-Mo) при віддаленні від поверхні карбідної гранули В4С: 1- без добавки La2O3; 2- з добавкою La2O3

Введення стабілізуючої добавки підвищило температуру початку процесу окислення матеріалу на 60 градусів, що при використанні матеріалу в буровому інструменті в умовах абразивного зношування досить важливо .

Рис.5. Міцність КМ В4С-(Ti-Ni-Mo) до крихкого руйнування.

Основні Висновки

Дисертаційна робота є закінченим експериментальним дослідженням і присвячена актуальному завданню, яке має науково-практичне значення, створення нових інструментальних композиційних матеріалів на безвольфрамовій основі для використання в бурових установках нафто-газової промисловості шляхом вивчення процесів фазоутворення при консолідації матеріалу методами порошкової металургії.

При виконання роботи були отримані такі результати:

На основі аналізу літературних даних по взаємодії в системі елементів В4С-Ti, В4С -Ni, В4С- Mo, В4С-Ti-Ni, В4С-Ni-Mo та змочуванні карбіду бору розплавами металів та сплавів встановлено, що при формуванні сплавів В4С-метал карбід бору активно взаємодіє з металами з утворенням перехідної зони зі складом як на основі металу так і на основі карбіду бору. У літературі для системи В4С - метал містяться відомості лише про взаємодію з подвійними металевими сплавами, тому науковий інтерес являють собою дослідження структуроутворення в пятикомпонентній системі В-С-Ti-Ni-Mo та його залежності від технології одержання композиційного матеріалу на основі даної системи.

На модельних зразках композиційного матеріалу гранули карбіду бору - (Ti-Ni-Mo) звязка комплексно досліджено тонку структуру перехідної зони гранула карбіду-металева звязка, формування якої відбувається на початковій стадії під час спікання композиції внаслідок дифузійних процесів. Встановлено, що дана зона (розміром 10-12 мкм) є двофазною областю і складається із ТіС та твердого розчину (ТіМо)С. Відсутність боридних фаз в перехідній зоні пояснюється наявністю в карбіді бору вільного вуглецю та досить малим часом ( 5хв) взаємодії гранул карбіду з евтектичним розплавом Ti-Ni-Mo звязки.

Для аналізу розвитку дифузійної зони побудовано модель взаємодіючих зерен - та - фази для системи елементів В4С-Ti-Mo, які беруть участь у взаємодії при її формуванні. Схема моделі дозволила провести компютерний експеримент, при якому варіювались початковий ( концентраційний) склад дифузійної пари, параметри самої системи компонентів ( парні потенціали взаємодії), форма межі контакту в дифузійній парі. В результаті моделювання встановлено, що перехідна зона карбід-метала звязка для матеріалу В4С-(Ti-Ni-Mo) має склад : ТіС та (ТіМо)С.

З метою дослідження можливості стабілізації структури КМ проведено планування експерименту та математичне моделювання процесу мікролегування шляхом активування сумарного впливу технологічних параметрів на властивості та можливість управління процесом формування структури. Одержано Держпатент України 25476 А В 23 К 35/36. Склад шихти для отримання зносостійкого наплавочного матеріалу/ Г.М.Дубровська, Н.В.Олексієнко - №95125391; Заявлено 20.12.95; Опубліковано 30.10.98.

5. Отримано модельні зразки зі стабілізуючою добавкою (щавлевокислий лантан). Порівняльний аналіз фізико-механічних властивостей композиційного матеріалу до та після стабілізації звязки показала, що присутність дрібнодисперсної фази La2O3 в КМ чинить перепони утворенню мікротріщин та підвищує пластичні властивості звязки матеріалу вцілому, забезпечує створення природного дифузійного барєру, який гальмує взаємодію карбіду бору зі звязкою в процесі експлуатації в умовах підвищених температур та навантажень, підвищує опір до крихкого руйнування (руйнівне навантаження зростає до 1,8 ГПА) та температуру початку процесу окислення матеріалу на 60оС. На основі одержаних наукових результатів запропоновано метод стабілізації структури композиційного матеріалу гранули В4С-( Ti-Ni-Mo) в процесі експлуатації та підтверджено перспективність використання сплаву В4С-(Ti-Ni-Mo) в буровому інструменті нафтогазової промисловості.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ВИКЛАДЕНО В ТАКИХ РОБОТАХ

1. Олексієнко Н.В. Структура композиційного матеріалу на основі карбіду бору з титан-нікель-молібденовою звязкою в залежності від методу його отримання // Зб. наукових праць ЧІТІ.-Черкаси: -1998, - с. 34 .

2. Патент 25476 А В 23 К 35/36. Склад шихти для отримання зносостійкого наплавочного матеріалу/ Г.М.Дубровська, Н.В.Олексієнко - №95125391; Заявлено 20.12.95; Опубліковано 30.10.98.

3. Dubrovskaya G.N., Olexyenko N.V., Bozko N.I. Investigation of Structure and Properties of Boron Carbide Base Alloy With Ti-Ni-Mo Binder//Сб.научных трудов " Прогресивные технологии и системы машиностроения".- Донецк: -1998,- выпуск 6, - с.328-330.

4.Белоусов В.Я., Дубровская Г.Н., Олексеенко Н.В. Структурообразование в сплавах на основе карбида бора с (Ti-Ni-Mo) связкой, полученных методом СВС. // Материалы на основе карбидов. Препринт НАН Украины ИПМ, №3, 1995, с.66.

5.Дубровская Г.Н., Короткина М.Н., Олексеенко Н.В. Методика электрохимического изолирования карбидных фаз из цементированных порошковых материалов // Научно-технический реферативный сборник «Химическая промышленность», серия «Актуальные вопросы химии и химической технологии», вып.1, НИИТЭХИМ, Черкассы,1996, с.13-15.

6. Дубровская Г.Н., Олексеенко Н.В., Зайферт Ханс Ю. Исследование возможности образования Мо2ВС при взаимодействии карбида бора со связкой ( Ti-Ni-Mo) // Тез. докл. Международная конф. по фазовым диаграммам. Кацивели, Украина: - 1996, с. 38-39.

7.Дубровская Г.Н., Олексеенко Н.В., Божко Н.И. Изучение стабилизации структры и свойств сплава карбид бора - титан-никель молибденовая связка.//Сб.тезисов Х Российского симпозиума по растровой электронной микроскопии и аналитическим методам исследования твердых тел, Черноголовка, июнь, 1997, с.60.

8. Dubronskaya G.N., Кrayushkin S.B., Коtlyar A.V., Olexseenko N.V. Exploring the structure buildings in transitory layers of Carbide bunch // Abstract SEM-95, IX Symposium.- Москва: - 1995,- с. 130.

9. Дубровская Г.Н., Олексеенко Н.В. Физико-химическое взаимодействие в композите B4C - (Ti-Ni-Mo). // Сб.тезисов Научного семинара «Diftrans98», Сокирне, 1998, с. 55 .

Співавторами надавалась консультативна допомога в проведенні експериментальних досліджень та обговоренні їх результатів. Виражаємо особливо велику вдячність професору Білоусову В.Я., який любязно надав для досліджень СВС- зразки та приймав участь в обговоренні отриманих результатів експериментальних досліджень.

Анотація

щавлевокислий полідисперсний сплав твердий

Олексієнко Н.В. Формування структури композиційного матеріалу на основі гранул карбіду бора з ( Ti-Ni-Мo) звязкою.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.16.06 - порошкова металургія та композиційні матеріали - Інститут проблем матеріалознавства ім.І.М.Францевича Національної Академії наук України, 1999.

Дисертацію присвячено вивченню фазоутворення при формуванні композиційного матеріалу на основі гранул карбіду бору розміром від 150 мкм до 300 мкм з титан-нікель-молібденовою звязкою. Вивчено фазовий склад звязки композиції та встановлено, що утворення перехідної зони гранули карбіду - металева звязка носить дифузійний характер. На основі моделі взаємодіючих мезоскопічних зерен - та -фази для багатокомпонентних систем проведено компютерне моделювання процесу утворення дифузійної перехідної зони карбід бору- металева звязка для КМ В4С-(Ti-Ni-Mo). На основі виявлених закономірностей та особливостей впливу дисперсної зміцнюючої добавки щавлевокислого лантану на структуру досліджуваного матеріалу видані рекомендації по способу покращання механічних властивостей композиції на основі карбіду бору з титан-нікель-молібденовою звязкою.

Ключові слова: композиційний матеріал, гранули карбіду бору, металева звязка, дифузійна перехідна зона, дисперсне зміцнення, щавлевокислий лантан.

Аннотация

Олексеенко Н.В. Формирование структуры композиционного материала на основе гранул карбида бора с ( Ti-Ni-Мo) связкой.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.16.06 - порошковая металлургия и композиционные материалы - Институт проблем материаловедения им. И.Н.Францевича Национальной академии наук Украины, 1999.

Диссертация посвящена изучению фазообразования при формировании композиционного наплавочного материала на основе гранул карбида бора размером от 150 до 300 мкм с титан-никель-молибденовой связкой. Данная композиция является перспективной для создания износостойких сплавов, так как она обладает практическими ценными физико-механическими свойствами, сочетая высокую твердость, стойкость к изнашиванию и коррозии в разных средах, жаростойкость, теплопроводность и другие свойства.

На основании проведенных термодинамических расчетов и экспериментальных исследований модельных образцов композиционного материала, полученного методами СВС (самораспространяющегося высокотемпературного синтеза), ГИП (горячего изостатического прессования), ЖС (жидкофазного спекания), установлен фазовый состав связки композиции: Ti2Ni, (TiNi)Мо, TiC, (Ті,Мо)С, B4С. Выявлено образование переходной зоны гранулы карбида- металлическая связка, которое происходит на начальных стадиях формирования композиционного материала за счет диффузионных процессов. Установлено, что в образовании данной зоны бор и никель участия не принимают. Проведено компьютерное моделирование процесса образования диффузионной переходной зоны карбид бора-металлическая связка КМ В4С-(Ti-Ni-Mo). Получены модельные диаграммы состояния для системы диффузионного взаимодействия В4С-Ті-Мо и установлено, что данная зона представляет собой двухфазную область с таким фазовым составом: карбид титана и твердый раствор молибдена в карбиде титана.

Для улучшения физико-механических характеристик материала и возможности сохранения стабильности структуры композиции в процессе эксплуатации проведено мелкодисперсное упрочнение связки композиции В4С-(Ti-Ni-Mo) щавелевокислым лантаном. Проведенное планирование эксперимента по стабилизации композиции дало возможность определить некоторые оптимальные режимы получения модельных образцов с добавками La2O3, полученного из щавелевокислого лантана. Экспериментальные исследования показали положительное влияние дисперсно-упрочняющей добавки (ДУД) на физико-механические свойства композиции. Выявлено увеличение микротвердости, трещиностойкости и прочности к хрупкому разрушению материала. Изучено влияние (ДУД) на микроструктуру композиции, выявлено увеличение микронапряжений с одновременным дроблением блоков мозаики.

На основании выявленных закономерностей и особенностей влияния дисперсной упрочняющей добавки щавелевокислого лантана на структуру исследуемого материала выданы рекомендации по способу улучшения механических свойств материала и перспективности его использования в буровом инструменте нефтегазовой промышленности..

Ключевые слова: композиционный материал, гранулы карбида бора, металлическая связка, диффузионная переходная зона, дисперсное упрочнение, щавелевокислый лантан.

ANNOTATION

Olekseyenko N.V. Formation of structure of composite-material on the basis of granule of carbide boron with ( Ti-Ni-Mo) binder.

The thesis on gaining the scientific degree of the candidate of technical sciences on specialty 05.10.06 - the powder metallurgy & composite materials - Institute of Materials Science National Academy of Ukraine, 1999.

The thesis is dedicated to the learning of the phase-formation on forming the composite material on the basis of granules of carbide boron in size up to 150 with titanium-nickel-molybdenum binder. The phase formation of the binder of the composition is studied, the diffusion character of the formation of the transition zone of granule of carbide-metallic binder is set up. The computer modeling of the process of the formation of diffusion transition zone of carbide-boron-metallic binder in CM B4C-(Ti-Ni-Mo) is accomplished. On the basis of found laws & peculiarities of the influence of dispersed strengthened addition of lanthanum sorrel acid salt on the structure of the investigated material the recommendation on the way of improvement of the mechanical properties of the material are given.

He Key words: composite material, granules of carbide-boron, metallic binder, diffusion transition zone, dispersed strengthening, Lanthanum salt of sorrel.

Размещено на Allbest.ur

...