CC BY
37
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
уДК621762 5 В. В. АКИМОВ
В. В. ЕВСТИФЕЕВ А. А. АЛЕКСАНДРОВ М. В. АКИМОВ М. В. ПЛАСТИНИНА
Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия
СВОЙСТВА ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ TIC-TINI В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СОСТАВА И ДИСПЕРСНОСТИ ЧАСТИЦ
В работе анализируются методы полумения твердосплавных композиционных материалов (ТСКМ) на основе тугоплавких карбидов титана со связующей цементирующей фазой TiNi. Указано на необходимость консолидации материалов с определенной микроструктурой и минимальной пористостью. Приведены сведения о твердости, прочности, упругих характеристиках и гидростатичности полученных композитов. Ключевые слова: твердые сплавы, упругие модули, процесс спекания, уплотнение.
Порошковые твердые сплавы па основе карбидов вакуумной высокотемпературной печи СШВ —
и карбонитридов ч итана со связующими металлами 1,25/25 М04 при темпера туре 1350 "С и давлении не
Fe — Со — Mo — Ni - Ti могут успешно применяться выше 0,1 Па. Время изотермической выдержки (от 1
как инструментальный материалы взамен стандарт- до 15 мин) назначалось в зависимости от состава
пых твердых сплавов [I, 2|. Поэтому представляет сплава.
интерес определение свойств ТС КМ при изменении По методике |3| определялись упругие характерис-
состава цементирующего сплава и дисперсности ча- тики порошковых твердых сплавов на основе 'ПС -
стиц порошковых материалов (от I до 5 мкм). Части- 'TiNi при различных количествах металла связки. Уста-
цы TiC и TiNi с такими размерами получали измель- повлено, что коэффициенты Пуассона в этом случае
чением порошков с размерами 5-10 мкм и до 10 мкм незначительно различаются (0,248 — 0,320). На харак-
соответствеипо в вибромельницах. гер концентрационных зависимостей модули объемной
Образцы для испы таний ТСКМ изтонкодиспер- упругости (К) максимальное влияние оказывают зна-
сных порошковых смесей с различной объемной до- чения модуля упругости и предел текучести связую-
лей металла связки (от 30 до 70 %) прессовали при щей фазы. Более низкие значения К связаны с Поль-
удельном усилии 100 — 200 МПа. а затем спекали в шим содержанием связующей фазы TiNi. В условиях
Таблица 1
Физнко-механическнс характеристики твердосплавных комиолщиоииых материалов на основе TIC
Состав ТСКМ. об % H // . МПа К. ГПа И Z ( d ) , мкм у ю!, кг/м
70 TiC - 30 TiNi 14000 232 0.248 0,553 7-8 5,48
60 TiC-40 TiNi 16000 221 0,263 0,571 5-6 5,59
50 TiC -50 TiNi 12500 212 0,275 0.586 4-5 5.71
40 TiC - 60 TiNi 11000 205 0,296 0.614 4-5 5,87
30 TiC - 70 TiNi 9800 200 0.320 0,647 8-10 5,93
50 TiC-48 TiNi - 2B 15500 204 0.242 0.540 3-4 5.70
50 TiC-40 TiNi - 10Ti 15000 220 0,280 0,593 2-5 5,68
Рис. (.Зависимостьпрочности при изгибеТСКМ от содержания цементирующей фазы
статического нагружения ТСКМ металлическая связующая фаза деформируется при меньших внешних нагрузках. Тоесгьона и большей степени воспринимается карбидным каркасом (рис. I).
Сравнивая уплотняемоСТь порошков'ПС и 'Г)N1 в сопоставимых условиях, необходимо учитывать их дискретность, температуру плавления, модуль объемной упругости, коэффициент Пуассона, микротвердость. Эти характеристики представлены в табл. 1. Коэффициент гидростатичпости в первом приближении принимался, без учета влияния пористости, рав-1 + //
нмм X - 3(1 . где/' — коэффициент Пуассона.
Особое внимание при создании твердых сплавов па основе карбида титана со связующей фазой из никелида гитана уделялось уплотнению. Характеристики исходных материалов и их соотношение, определяли основные свойства композиционного материала в процессе спекания. Температура спекания назначалась по температуре плавления жидкой связующей фазы для Т)Ы| (1240 - 1310 °С).
Процесс спекания композиции ПС — П№ начинается тогда, когда она еще находится в твердом состоянии. С появлением жидкой фазы при температурах плавления эвтектики (карбид — связка) процесс активизируется.
На рис. 2 видно, ч то при нагреве сплавов до 1130 11 '10 °С' происходит увеличение пористости со значительным разбуханием образцов. При повышениитем-нературы спекания ТСКМ с 50 — 60 об % цементирующей фазы происходит резкое уплотнение ее, приводящее к интенсивной усадке, из-за появления жидкой фазы. Пористость снижается от 35 40%до 1 - 3 %. Отмечено, что лучше спекаются сплавы с содержанием связующей фазы ТМ 40 — 70об%.
Таким образом, при спекании сплавов по оптимальному режиму (нагрев до температуры 1350°С с выдержкой в течение 60...900 сек., быстрое охлаждение) позволяет достичь существенного измельчения
я)
К- «б
Рис. 2. Зависимость пористости и коэффициента усадки сплавов TiC-TiNi от температуры (выдержка 00 мин.): Л - (30 ПС - 70 TiNi) об. %; • - (40 TIC! - 60TIN!) об. %; С) - (50 Tic: - 50T1NI) об. %; х - (60TIC - 40TiNI) об. %; I I - 170 ПС - 30 TiNi) об. %
структуры при одновременном снижении пористости и увеличении плотности.
Представленные результаты дифференцированного подхода к роли химического состава идисперс-
ности используемых материалов указываю'!'па перспективность рассмотренной проблемы в плане создания новых твердосплавных композиционных материалов.
Библиографический список
I Вилык, И.И. Перспективы использования карбонитридов н качестве твердой составляющей металлоке-рамических твердых сплавов / И.И Вилык // Порошковая металлургия. - 1992. - Nu (i. - С. 49-51.
2. Андриевский, 1\А. Нанпкомпозиты на основе тугоплавких соединений : состояние разработок и перспективы / Р.А. Андриевский // Материаловедение. -2006. - № 4. - С. 20-2К.
3. Акимов. В.И. Применение ультразвукового резонансного метода для определения упругих и пластических характеристик сплавов TiC - TiNi / В.В. Акимов, П А Иванов // Прикладная механика и техническая физика. - 2002. - № 2. - С. 203-207.
4. Корнилов, И.И. Пикелид титана и другие сплавы
с эффектом памяти / И.И.Корнилов, О.К. Белоусов, С.В. Качур. • М.: Наука, 1977 - 179 с.
АКИМОВ Валерий Викторович, доктор технических наук, профессор кафедры конструкционных материалов и специальных технологий. ЕВСТИФЕЕВ Владислав Викторович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой конструкционных материмон и специальных технологий. АЛЕКСАНДРОВ Александр Александрович, кандидат технических паук, доцент кафедры конструкционных материалов и специальных технологий. АКИМОВ Марк Валерьевич, инженер но эксплуатации автомобильного транспорта ООО «Мостовик». Г1ЛЛСТИ11ИНЛ Марина Васильевна, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры физики.
AiiTd поступления статьи в редакцию: O'.l.10.2008 г. © Акимов В.В., Евстифссн В.В., Александров Л.А., Акимов М.В., Пластинина М.В.
УДК 621.815 и. Л РЯЗАНЦЕВА
Омский государственный технический университет
РАСЧЕТ ВЫСОТЫ ДЕФОРМАЦИОННОЙ ВОЛНЫ В СОЕДИНЕНИИ С НАТЯГОМ И МОДИФИЦИРОВАННОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ СОПРЯЖЕНИЯ
Описана расчетная модель, позволяющая аналитически определить высоту упругой деформационной волны в соединении с натягом и поверхностью сопряжения, модифицированной канавками малой глубины, соразмерной натягу. Определена область применения этой модели. Установлены факторы, влияющие на высоту упругой деформационной волны.
Ключевые слова: соединение с натягом, модификация, деформационная волна, канавка, прочность.
Одним из конструктивных способов увеличения несущей способности соединений с натягом являе тся модификация поверхности сопряжении посредством изготовления на посадочной поверхности одной из сопрягаемых деталей канавок малой глубины |l — 3]. После сборки такого соединения материал охватывающей детали в местах преднамеренного разрыва контакта деформируется в меньшей степени, чем па участках контакта с валом, образуя деформационную волну, частично пли полностью заполняющую канавку и препятствующую относительному смещению деталей. Для обеспечения требуемой несущей способности такого соединения и определения рациональных параметров модификации важно знать, как макрогеометрия сопрягаемых поверхностей влияет на геометрию деформационной волны, и иметь расчетную модель, позволяющую, хотя бы в первом приближении, оценить высоту последней. В данной статье приведены результаты исследований,
позволяющие реши ть э ти задачи.
Рассмотрим соединение с одной кольцевой канавкой на посадочной поверхности охватывающей детали. Общий его вид и основные! размеры приведены на рис. 1а. 11редсгавим это соединение как совокупность двух гладких цилиндрических соединений с натягом, имеющих длину номинальной поверхности сопряжения /, посадочный дна метр <7 и связанных между собой телом охватывающей детали 2. Материал детали 2 в пределах канавки находится как бы в свободном состоянии, поскольку контактное давление на этом участке сопряжения отсутствует. В действи тельност и его напряженно-деформированное состояние зависит от состояния материала па соседних, нагруженных контактным давлением, участках. Для определения высоты ДЦ деформационной волны (рис. 16) будем рассматривать охватывающую деталь как цилиндр, нагруженный внутренним с/ и внешним с/., давлением в соответствии со схемой, приведенной на рис.2. Давле-
