ОСОБЛИВОСТІ ОТРИМАННЯ РІЖУЧОГО ІНСТРУМЕНТАЛЬНОГО МАТЕРІАЛУ НА ОСНОВІ НАНОДИСПЕРСНИХ ПОРОШКІВ ЗА РАХУНОК ЕЛЕКТРОСПІКАННЯ
DOI:
https://doi.org/10.18664/1994-7852.205.2023.288803Ключові слова:
гаряче пресування, електроспікання, інструментальна кераміка, ріжучий матеріалАнотація
Статтю присвячено отриманню інструментальної кераміки з нанодисперсних порошків Al2O3–WC методом гарячого вакуумного пресування та дослідженню їхніх властивостей. Ріжучий матеріал отримується за рахунок гарячого пресування прямим пропусканням електричного струму. Розроблений ріжучий матеріал характеризується високими фізико-механічними властивостями, відсутністю легкоплавких компонентів, що могли б знизити високотемпературну міцність, а також в’язкістю руйнування. Крім того, він показує високу ефективність при обробці високотвердих сталей, кераміки, має високу твердість, міцність міжфазних і міжзеренних меж, високу дисперсність і рівномірний розподіл структурних компонентів, мінімальний розмір дефектів, які можуть бути джерелами руйнування. Порівняльні дослідження різних ріжучих керамічних матеріалів показують, що основними причинами високої зносостійкості оксидно-карбідної кераміки, зокрема одержаного нанокомпозита, при обробці сталей є їнях дрібнозерниста структура, а також субструктурний і дисперсний механізм зміцнення. У білій кераміці Al2O3 зерна містять дислокації, тобто зерна, не здатні до запасання енергії деформації, внаслідок чого відбувається мікроруйнування зерен Al2O3 у поверхневих шарах інструменту. З цього випливає, що підвищення опірності крихкому руйнуванню оксидно-карбідної кераміки і стабільність її ріжучих властивостей можна досягти за рахунок зменшення розмірів зерен матриці, що спостерігається при використанні добавок у вигляді карбідів (TiC, WC, SiC).
Посилання
Wang D., Xue C., Cao Y., Zhao J. (2016). Fabrication and cutting performance of an Al2O3/TiC/TiN ceramic cutting tool in turning of an ultra-high-strength steel. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2016. Vol. 91(5–8). P. 1967–1976. DOI: 10.1007/s00170-016-9927-z.
Shalaby M. A., Veldhuis S. C. (2018). Wear and tribological performance of different ceramic tools in dry high speed machining of Ni-Co-Cr precipitation hardenable aerospace superalloy. Tribology Transactions. 2018. Vol. 62. P. 62–77. DOI: 10.1080/10402004.2018.1486494.
Нові керамічні композиційні матеріали інструментального призначення: монографія / Р. В. Вовк, Е. С. Геворкян, В. П. Нерубацький та ін. Харків: ХНУ імені В. Н. Каразіна, 2018. 200 с.
Геворкян Е. С., Нерубацький В. П. Моделювання процесу гарячого пресування AL2O3 при прямому пропусканні змінного електричного струму з частотою 50 Гц. Збірник наукових праць Української державної академії залізничного транспорту. Харків: УкрДАЗТ, 2009. Вип. 110. С. 45–52.
Геворкян Е. С., Нерубацький В. П. До питання отримання тонкодисперсних структур з нанопорошків оксиду алюмінію. Збірник наукових праць Української державної академії залізничного транспорту. Харків: УкрДАЗТ, 2009. Вип. 111. С. 151–167.
Лісачук Г. В., Кривобок Р. В., Волощук В. В. Інтенсифікація процесу спікання керамічних матеріалів на основі системи BaO–Al2O3–SiO2. Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Інноваційні дослідження у наукових роботах студентів. 2022. № 1. С. 3–8. DOI: 10.20998/2220-4784.2022.01.01.
Denry I., Kelly J. R. Emerging ceramic-based materials for dentistry. Journal of Dental Research. 2014. Vol. 93(12). P. 1235–1242. DOI: 10.1177/0022034514553627.
Давидчук Н. К., Гадзира М. П., Тимошенко Я. Г., Гнилиця І. Д. Вплив продуктів взаємодії високодисперсних карбідів з оксидами металів на структуру та міцність зерен спеченої алюмооксидної кераміки. Вісник УМТ. 2017. № 1(10). С. 81–87.
Mohapatra S. A review on titanium carbide synthesising methods. Materials Science: An Indian Journal. 2021. Vol. 19, Is. 6. P. 1–10.
Szutkowska M. Fracture toughness of advanced alumina ceramics and alumina matrix composites used for cutting tool edges. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering. 2012. Vol. 54/2. P. 202–210.
Dobrzański L. A., Kremzer M., Nagel A., Huchler B. Fabrication of ceramic preforms based on Al2O3 CL 2500 powder. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering. 2006. Vol. 18. No. 1–2. P. 71–74.
Vaiani L., Boccaccio A., Uva A. E., Palumbo G., Piccininni A., Guglielmi P., Cantore S., Santacroce L., Charitos I. A., Ballini A. 2023. Ceramic materials for biomedical applications: an overview on properties and fabrication processes. Journal of Functional Biomaterials. 2023. Vol. 14, No. 3. 146. DOI: 10.3390/jfb14030146.
Zehnder, A.T. (2013). Griffith theory of fracture. In: Wang, Q.J., Chung, YW. (eds) Encyclopedia of Tribology. Springer, Boston, MA. DOI: 10.1007/978-0-387-92897-5_259.
Нові матеріали та технології їх отримання: підручник / Е. С. Геворкян, Г. Д. Семченко, Л. А. Тимофеєва, В. П. Нерубацький. Харків: «Діса плюс», 2015. 344 с.
Iqbal A., Moskal G. Recent development in advance ceramic materials and understanding the mechanisms of thermal barrier coatings degradation. Archives of Computational Methods in Engineering. 2023. DOI: 10.1007/s11831-023-09960-7.
F. T. da Silva, M. A. N. Zacché, H. S. de Amorim Influence of different surface treatments on the fracture toughness of a commercial ZTA dental ceramic. Materials Research. 2007. Vol. 10, No. 1. P. 63–68. DOI: 10.1590/S1516-14392007000100014.
Gevorkyan E., Rucki M., Krzysiak Z., Chishkala V., Zurowski W., Kucharczyk W., Barsamyan V., Nerubatskyi V., Mazur T., Morozow D., Siemiątkowski Z., Caban J. Analysis of the electroconsolidation process of fine-dispersed structures out of hot pressed Al2O3–WC nanopowders. Materials. 2021. Vol. 14, Is. 21. 6503. DOI: 10.3390/ma14216503.
Hu C., Li F., Qu D., Wang Q., Xie R., Zhang H., Peng S., Bao Y., Zhou Y. Developments in hot pressing (HP) and hot isostatic pressing (HIP) of ceramic matrix composites. Advances in Ceramic Matrix Composites. 2014. P. 177–202. DOI: 10.1016/b978-0-08-102166-8.00008-6.
Gevorkyan E. S., Rucki M., Kagramanyan A. A., Nerubatskiy V. P. Composite material for instrumental applications based on micro powder Al2O3 with additives nano-powder SiC. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 2019. Vol. 82. P. 336–339. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2019.05.010.
Tang S., Liu P., Su Z., Lei Y., Liu Q., Liu D. Preparation and cutting performance of nano-scaled Al2O3-coated micro-textured cutting tool prepared by atomic layer deposition. High Temperature Materials and Processes. 2021. Vol. 40(1). P. 77–86. DOI: 10.1515/htmp-2021-0021.
Mamalis A., Mechnik V., Morozow D., Ratov B., Kolodnitskyi V., Samociuk W., Bondarenko N. Properties of cutting tool composite material diamond–(Fe–Ni–Cu–Sn) reinforced with nano-VN. Machines. 2022. Vol. 10, No. 6. 410. DOI: 10.3390/machines10060410.
Gevorkyan E., Rucki M., Sałaciński T., Siemiątkowski Z., Nerubatskyi V., Kucharczyk W., Chrzanowski Ja., Gutsalenko Yu., Nejman M. Feasibility of cobalt-free nanostructured WC cutting inserts for machining of a TiC/Fe composite. Materials. 2021. Vol. 14, Is. 12. 3432. DOI: 10.3390/ma14123432.
Wang J., Chen J., Jin T., Guo B., Yuan J., Zhao Q. Preparation of nanotwinned cBN cutting edge by combining mechanical lapping and ion beam polishing. Diamond and Related Materials. 2020. 107801. DOI: 10.1016/j.diamond.2020.107801.
Grigoriev S. N., Fedorov S. V., Hamdy K. Materials, properties, manufacturing methods and cutting performance of innovative ceramic cutting tools – a review. Manufacturing Rev. 2019. Vol. 6, No. 19. DOI: 10.1051/mfreview/2019016.
Vereschaka A. A., Vereshchaka A. S., Anikeev A. I. Carbide tools with nano-dispersed coating for high-performance cutting of hard-to-cut materials. Advanced Materials Research. 2013. Vol. 871. P. 164–170. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.871.164.
Menčík J. Principles of fracture mechanics. In: Mechanics of Components with Treated or Coated Surfaces. Solid Mechanics and Its Applications. 1996. Vol. 42. Springer, Dordrecht. DOI: 10.1007/978-94-015-8690-0_4.
Remanufacturing and Advanced Machining Processes for New Materials and Components / E. S. Gevorkyan, M. Rucki, V. P. Nerubatskyi, W. Żurowski, Z. Siemiątkowski, D. Morozow, A. G. Kharatyan. Taylor & Francis, 2022. 204 p.
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
