Введение к работе
Актуальность темы. Твердые сплавы на основе карбида вольфрама принадлежат к классу металлических композитов и являются гетерофазной системой карбидных частиц в металлической матрице. Применение режущего инструмента, изготовленного методом спекания смеси порошков карбидов и кобальта, имеет достаточно длительную историю, и данный класс материалов является базовым при создании и использовании режущих инструментов дх;1 всех видов обработки жаропрочных, тугоплавких и иных трудно обрабатывав мых материалов. В этой связи повышение износостойкости инструментальных твердых сплавов (ИТС) в условиях высоких термомеханических нагрузок при обработке названных конструкционных материалов является одной из наиболее актуальных научно-технических задач современного материаловедения. Ранее проведенные исследования показали возможность повышения износостойкости ИТС путем изменения структурно-фазового состояния твердого сплава и, как следствие, эксплуатационных характеристик твердосплавного инструмента различными способами (алмазная заточка, дополнительная термообработка и т.д.). Развитие современных методов модификации свойств твердых сплавов, в том числе с использованием сильноточных электронных и мощных ионных пучков (СЭП и МИЛ), открывает для этого новые технологические возможности.
Анализ работ за период 1986-1996 гг. показал, что в ряде крупных центров (Япония, Германия, Россия и др.) разрабатывается проблема создания способов модификации материалов на основе взаимодействия потоков зар -женных частиц с веществом и их внедрения в производственные циклы. Значительные результаты в этой области получены Д.И. Проскуровским, Г.Е. Ремневым, В.П. Ротштейном и др. учеными. Однако уровня промышленного использования ионно-лучевых технологий в производстве твердосплавных инструментов достигли лишь несколько разработок.
Модификация физико-механических свойств твердосплавного инструмента при воздействии сильноточных пучков достигается за счет формирования в приповерхностных слоях материала сильнонеравновесных структурно-фазовых состояний. СЭП и МИЛ также обладают широким спектром воздействия на структуру материала - от микро уровня (дефекты решетки, дислокации и т.д.) до макро уровня (переплавление тонкого поверхностного слоя, образование зеренных конгломератов, кратеров). Однако изучение физических процессов, происходящих в материале и разработка на этой основе эффективных процессов модификации твердых сплавов, осложнено особенностями структуры и свойств гетерофазных материалов, а также высокими значениями удельной энергии фрикционного взаимодействия инструмента с обрабатываемым материалом при резании.
Таким образом, исследование и анализ структурно-фазовых превращений в приповерхностных слоях материала режущего инструмента в результате облучения СЭП и МИЛ, как физической основы современных технологий модификации является актуальной задачей материаловедения и триботехноло-гии, от успешного решения которой во многом зависит реальное повышение производительности и качества металлообработки.
Цель работы. Изучение закономерностей структурно-фазовых превращений и изменения износостойкости инструментальных твердых сплавов при модификации высокоинтенсивными импульсными пучками заряженных частиц, особенностей процесса структурной приспосабливаемости модифицированных ИТС в условиях резания и разработка на основе полученных представлений нового способа и высокоэнергетической технологии поверхностного модифицирования ИТС.
Научная новизна определяется: 1. Установленными закономерностями изменения структурно-фазового состояния в приповерхностных слоях твердосплавного инструмента от плотности энергии и мощности пучков заряженных частиц.
-
Разработанной физической моделью процесса структурной приспосабливаемое модифицированных ИТС в условиях фрикционного взаимодействия инструмента с обрабатываемым материалом.
-
Установленным образованием структуры с аномально высокой скалярной плотностью дислокаций в области межфазных границ, оказывающей определяющее влияние на диссипацию энергии и износостойкость твердосплавного инструмента.
-
Полученными зависимостями интенсивности изнашивания твердосплавного режущего инструмента, модифицированного сильноточными электронными и мощными ионными пучками от скорости резания легированных сталей и жаропрочных сплавов для различных режимов облучения.
Практическая значимость и реализация исследований, представленных в работе заключается в том, что:
предложенная модель и полученные зависимости структурно-фазовых превращений и износостойкости ИТС от режимов облучения могут быть использованы при разработке эффективных технологических процессов модификации твердосплавного инструмента;
на основе полученных результатов разработаны новые способы упрочнения твердосплавного режущего инструмента, обеспечивающие повышение его износостойкости в 1,5-3 раза (решение о выдаче патента РФ №. 971006057/02(006274) и патент РФ № 2119551) при реализации технологических рекомендаций и технологии в соответствии с названными способами для труднообрабатываемых сталей и сплавов.
Защищаемые положения.
-
Установленные процессы и явления структурной модификации приповерхностных слоев твердого сплава системы WC-Co nWC-TiC-Co.
-
Обнаруженные изменения структурно-фазового состояния модифицированного твердосплавного режущего инструмента в процессе фрикционного взаимодействия с обрабатываемым материалом: возникновение микро-
двойников, формирование слоя с аномально высокой скалярной плотностью дислокаций, синтез вторичных фаз.
3. Физическая модель, отражающая последовательность и взаимосвязь процессов преобразования энергии, структурно-фазовых превращений в модифицированном материале - его структурную приспосабливаемость в условиях фрикционного взаимодействия режущего инструмента с обрабатываемым материалом.
4. Новые способы упрочнения твердосплавного режущего инструмента.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на 4-й международной конференции «КАДАМТ-95» в г. Томске, на 2-м Международном Симпозиуме «Конверсия науки - международному сотрудничеству» (Томск, 1997), 2-й Международной научно-технической конференции «Динамика систем, механизмов и машин» (Омск, 1997), на VIII межнациональном совещании "Радиационная физика твердого тела" (Севастополь, 1998).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 работ, получен патент РФ и положительное решения о выдаче патента РФ. Список основных работ приведен в конце автореферата.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 120 страницах основного текста, содержит 44 рисунка, 2 таблицы. Список литературы содержит 87 наименований. В приложение вынесены акты производственных испытаний и копии положительных решений о выдаче патентов РФ.
