CC BY
28
УДК 621. 762: 661.65: 669.26
В. В. АКИМОВ
Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия
ЗАВИСИМОСТЬ
ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ И ИЗНОСА ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ КАРБИДА ТИТАНА ОТ СОСТАВА СВЯЗУЮЩЕЙ ФАЗЫ
Экспериментально измерены теплопроводность и износ твердых сплавов системы ИС-Т|Н1. Сопоставлены изменения теплопроводности и износа твердых сплавов в зависимости от его состава.
Применение безвольфрамовых твердосплавных композиционных материалов (ТСКМ) в качестве инструментального материала приводит к необходимости получения достоверных данных о теплопроводности и износе этих сплавов. Значение теплопроводности исследуемых твердосплавных композиционных материалов, определяли при помощи прибора ИТ- X -1М. Износ композиционных материалов определяли при резании мерзлого грунта на экспериментальной установке.
Установка для резания мерзлого грунта создана на базе продольно-строгального станка. Резцом служит обойма испытуемых образцов из ТСКМ, а в качестве детали использовали замороженный блок глино-песчаной смеси. О стойкости испытуемых материалов судили по ширине площадки, образовавшейся на кромке. Износ испытуемых образцов сравнивали с износом образцов из сплавов типа ВК. Условия испытаний материалов соответствовали условиям трения без смазки при повышенных температурах согласно ГОСТ 23219-84.
Теоретическое обоснование определения теплопроводности твердых сплавов приведено в работах [1,2]. Исследуемые образцы, полученные методом порошковой металлургии с различной объемной долей связующей фазы (30,40,50,60,70 %), изготовлялись в виде цилиндров диаметром 15 мм и высотой 10 мм холодным односторонним прессованием при давлении (100-200) МПа. Размеры спрессованных образцов соответствовали ячейке тепломера. В качестве эталонных использовали образцы тех же размеров из чистой меди (99,95 %) марки МО. Данные об изменении теплопроводности (X) сплавов Т1С-Т1№ в зависимости от объемной доли связующей фазы Т1ЬЦ представлены на рис.1.
Характер изменения теплопроводности композиционного материала от состава связующей фазы хорошо коррелирует с характером измерения теплоемкости сплава Т1С-Т1№ при температуре 298 К [3].
Установлено, что с повышением концентрации Т1ЬП теплопроводность увеличивается более чем в 2,5 раза. Анализ данных показал, что концентрационная зависимость теплопроводности композиционных материалов хорошо коррелирует и с концентрационной зависимостью износа твердых сплавов при трении о мерзлый грунт при 298 К (рис. 2). Это связано с тем, I что генерируемая в зоне трения теплота при повыше-
А,Вг/(мК)
ю 8 6 4 2
30
40
50
60
ИС.обЛо
Рис. 1. Зависимость теплопроводности сплава TIC-TINi от объемной доли карбидной фазы TIC при 298 К.
TSNi,o6.%
Рис. 2. Концентрационные зависимости износа и теплопроводности твердых сплавов Т1С-Т1Г^1 при температуре 298 К.
нии коэффициента теплопроводности отводится из зоны трения и мерзлый грунт сохраняет свои свойства, вызывая значительный износ инструмента.
Исследование триботехнических свойств композиционных материалов при трении о мерзлый грунт показало, что скорость изнашивания сплавов Т1С-Т1№ меньше, чем сплавов ВК-8, ТН-20, КНТ-16. Методом растровой электронной микроскопии выявлено, что связующая Со фаза в сплаве ВК-8 имеет глубокие вырывы, в то время как в сплаве Т1 С-Т1№ связующая фаза ТМ находится на уровне карбидных частиц [4]. Еще значительнее вырывается связующая фаза N4-Мо в сплавах ТН-20.
Установлено, что при умеренных скоростях резания и действии гидроабразивной струи стойкость деталей из твердого сплава на основе "ПС со связующей фазой "ПМ1 определяется не только скоростью износа карбидной фазы, но и износом связующей фазы Т1№. Причем зависимость теплопроводности твердых сплавов Т1С-Т1Ы1 в зависимости от концентрации состава хорошо совпадает с концентрационной зависимостью износа твердых сплавов при трении о мерзлый грунт при 298 К.
Библиографический список
1. Платунов Е.С. Теплофизические измерения в монотонном режиме. М.: Энергия, 1979. С. 170.
2. Попов М.М. Термометрия и калориметрия. М.: Изд-во Мое к. ун-та, 1954. С. 560.
3. Акимов В.В. Исследование теплофизическихсвойств твердых сплавов TiC-TiNi в зависимости от температуры и состава связующей фазы // Теплофизика и аэромеханика. 2003, TIO. Na 1. С. 113-116.
4. Акимов В В. Характер износа поверхности композиционных материаловкарбид-никелидтитана с добавлением бораитита-на при резании мерзлого грунта // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2003. №4. С. 51 -53.
АКИМОВ Валерий Викторович, кандидат технических наук, доцент кафедры конструкционных материалов и специальных технологий.
УДК 621.762:536.2 В.В.АКИМОВ
М. С. КОРЫТОВ
Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия
ВЛИЯНИЕ СОСТАВА ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ ТГС - Т'|ЬП НА ИХ ТВЕРДОСТЬ ПРИ ПОВЫШЕННЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ
Проведены исследования по влиянию состава сплавов НС —ТМ на изменение твердости при комнатной температуре и динамике изменения твердости композиционных материалов при нагревании до 1073 К.
Под твердостью твердосплавных композиционных материалов (ТСКМ) можно понимать сопротивление материала при определенной нагрузке внедрению в него более твердого тела. Твердость по Рок-веллу для ТСКМ определялась по шкале А твердомера путем вдавливания в поверхность испытуемого образца алмазного конуса с силой 490 Н. Единицей твердости по Роквеллу (безразмерной) считается величина, соответствующая перемещению индентора на 0,002 мм. Отсчет производился по шкале твердомера, Обычно ТСКМ обладают высокой твердостью, которая сохраняется при нагревании до высоких температур. Поэтому исследования по изменению твердости HRA твердосплавных композиционных материалов на основе карбида титана (TiC) со связующей интерметаллидной фазой из никелида титана (TiNi) проводились как при комнатной температуре, так и при нагревании ТСКМ от 373 до 1073 К. Исследуемые образцы готовили из смеси спрессованных порошков карбида титана (ТУ - 48 - 19 - 73) и никелида титана (ТУ - 14 - 127 - 104 - 48) с добавлением 6 % раствора каучука в чистом бензине. Размер исходных частиц карбида титана составлял от 1 до 10 мкм, никелида титана — от 10 до 50 мкм. Полуфабрикаты получали холодным односторонним прессованием при давлении 150 МПа и спекали в вакуумной печи при давлении не выше 7-Ю"2 Па и температуре 1623 К с выдержкой от 3 до 15 мин. для разных концентрационных составов по методике (1, 2|. Объемное содер-
жание связующей фазы Т1№ изменяли в пределах от 30 до 70 % об. Спеченные образцы диаметром 20 мм и высотой 20 мм имели пористость от 1 до 8 %, с шероховатостью поверхности Яа 1,25 — 0, 63.
Результаты измерений твердости сплавов разных составов при комнатной температуре (табл. 1) показывают, что с увеличением концентрации связующей фазы Т1№ твердость ТСКМ уменьшается. Это связано с тем, что твердость связующей фазы значительно меньше, чем твердость карбида титана.
В табл. 2 представлены результаты измерения твердости четырех составов при нагревании их от 373 до 1073°С. Твердость средняя — по пятиточкам. Нагрев образцов ТСКМ проводили в печи СНО- 2,55.1,7/12. Измерение температуры проводили контактным методом термопарой «хромель — алюмель» на столике прибора определения твердости по Роквеллу. Потом в образец внедряли алмазный конус при нагрузке весом в 60 кг, продолжительностью 10 с, с последующим снятием нагрузки и определением твердости НЯА твердого сплава. Видно, что с увеличением температуры происходит монотонное снижение твердости НЯА примерно на 20 — 25 единиц.
Известно, что в твердых сплавах данных композиций присутствуют три фазы: Т1С, Т1№ и небольшое количество хрупкой фазыТ1№3 [3,4]. Спеченные твердые сплавы практически не содержат кислорода (О.,), поэтому можно предполагать, что в процессе нагрева до 1073 К происходит упорядочение в связующей
