Введение 3
Глава 1 Обзор литературы 4
1.1 Общие сведения о керметах 4
1.2 Жидкофазное спекание 8
1.3 Керметы на основе боридов Mo2NiB2-Ni 16
1.4 Влияние легирования Cr на микроструктуру и механические свойства
керметов на основе Mo2NiB2-Ni 23
Глава 2 Материал и методика исследования 25
2.1 Материал исследования 25
2.2 Методика подготовки образцов к металлографическим исследованиям 26
2.3 Растровая электронная микроскопия 26
2.4 Методика определения твердости 27
2.5 Методика определения трещиностойкости 28
2.6 Методика проведения рентгенофазового анализа 29
2.7 Определение среднего размера боридов по методу случайных секущих 30
Глава 3 Результаты исследования и их обсуждения 31
3.1 Влияние соотношения Mo/B и углерода на микроструктуру и фазовый
состав керметов Mo2NiB2-Ni 31
3.2 Влияние соотношения Mo/B и углерода на твердость и
трещиностойкость 36
3.3 Влияние температуры на микроструктуру и фазовый состав керметов
Mo2NiB2-Ni 37
3.4 Исследование влияния легирования Cr на микроструктуру, фазовый
состав и механические свойства 42
3.5 Экономическая целесообразность 44
Выводы 46
Список использованной литературы 47
В последние десятилетия для производства современных режущих ин¬струментов интенсивно применяют твердые сплавы и керметы. Они состоят из карбидов, боридов, нитридов скрепленных кобальтовой, никелевой или мо¬либденовой связкой. Данные материалы обладают высокой твердостью, изно¬состойкостью и жаропрочностью. Инструменты, оснащенные твердыми спла¬вами и керметами, хорошо сопротивляются истиранию сходящей стружкой и материалом заготовки и не теряют своих режущих свойств при температуре нагрева до 1100°С. Скорость резания инструментами, оснащенными твердыми сплавами и керметами, в 3-4 раза превосходит скорость резания инструмен¬тами из быстрорежущей стали. Твердосплавные инструменты пригодны для обработки закаленных сталей, а также неметаллических материалов, таких как стекло, фарфор. Применение керметов позволяет вести обработку металлов со сверхвысокими скоростями резания, так как они обладают очень высокой твердостью, износоустойчивостью и красностойкостью.
Одними из перспективных материалов являются керметы на основе бо¬рида Mo2NiB2, которые привлекают большое внимание вследствие их отлич¬ной коррозионной стойкости, теплостойкости, вязкости разрушения, высокой прочности и твердости. Эти керметы были успешно применены в условиях из¬носа, например, в качестве материалов для изготовления деталей машин для литья под давлением, материалов для изготовления фильер для экструзии меди [9]. В качестве связки в данном материале выступает никель. Керметы на основе системы Mo2NiB2-Ni показывает превосходные механические свойства и экономические преимущества по сравнению с другими типами керметов.
Несмотря на более чем тридцатилетнюю историю исследований этого типа керметов на основе тройных боридов, в литературе встречаются единич¬ные работы, посвященные изучению механических свойства данного типа ма¬териалов. Настоящая работа посвящена исследованию влияния легирования на механические свойства керметов на основе боридов Mo2NiB2-Ni.
1. Показано, что во всех керметах на основе системы Mo-Ni-B-C, по¬лученных методом жидкофазного реакционного спекания при 1320°С, выде¬ляются: борид Mo2NiB2 в качестве твердой фазы и твердый раствор на основе никеля в качестве фазы-связки. В состоянии с соотношением Mo/B равным 1.3 в качестве вторичной фазы обнаруживается орторомбический карбид Mo2C, рост соотношения Mo/B приводит сначала к снижению объемной доли кар¬бида, а затем к полному его исчезновению. В состояния, характеризующихся более высоким значением соотношения Mo/B, наблюдается выделение фазы обозначенную в данной работе как карбоборид Mo9Ni3(B, С)4.
2. Показано, что выделение карбоборида Mo9Nis(B, С)4 происходит в процессе жидкофазного реакционного синтеза, а орторомбического карбида Mo2C - из жидкости при охлаждении.
3. ОБнаружено, что наибольшее значение твердости соответствует материалу с соотношением Mo/B = 1.5, спеченному при температуре 1280°C. Данному составу соответствует наибольшее суммарное содержание боридов и карбидов и низкая пористость.
4. Наибольшее значении трещиностойкости соответствует образцу с соотношением Mo/B = 1.7, спеченному при температуре 1320°C. Данному со¬стоянию соответствует наибольшее содержание фазы связки и низкая пори¬стость.
5. Легирование хромом приводит к тому, что помимо борида Mo2NiB2 происходит выделение борида с кристаллической решеткой типа Mo2CrB2 и твердого раствора на основе ОЦК решетки в качестве фазы связки. Так же обнаруживается выделение карбида Mo2C, но гексагональной кристал¬лической решеткой.
1 T. Ide., T. Ando., T. Kohan. Reaction Sintering of an Fe-6 Wt Pct B-48 Wt Pct Mo Alloy in the Presence of Liquid Phases Int. Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA 02139. Manuscript submitted August 4, 1987.
2 Либенсон Г. А. Лопатин В.Ю. Комарницкий Г.В. Процессы порош¬ковой металлургии, Т II Формование и спекание, - М.: МИСИС. - 2002. - 320 с.
3 Савицкий А.П. Жидкофазное спекание систем с взаимодействую-щими компонентами. Под редакцией Козлова Э.В., Новосибирск: Наука. Си¬бирское отделение, 1991. - 184 с.
4 Б.А. Калин, Н.В. Волков, В.И. Польский. Растровая электронная микроскопия. Лабораторная работа. М.: МИФИ. - 2008. - 56 с.
5 Электронный ресурс. Режим доступа: libraryno.ru/5-3-spekanie- proekt_and_proizv_zagot/
6 Электронный ресурс. Режим доступа: https://studope-
dia.ru/15_132041_zhidkofaznoe-spekanie.html
7 Электронный ресурс. Лекция - Н. А. Лалазарова. -Электронные данные. - Харьков: ХНАДУ.
8 Ebner C., Saam W.F. New Phase-Transition Phenomena in Thin Argon Films. Phys. rev. mater, No. 25, P. 1486-1489 (1977).
9 Электронный ресурс. Страумал, А. Б. Полное, неполное и псевдо- неполное смачивание границ зерен твердой и жидкой фазой. Диссертация. - /А.Б. Страумал. -Электронные данные. -Москва: МИСиС, 2017. - Режим до¬ступа: http://Straumal_dis.pdf.ru
10 Moon J., Garoff S., Wynblatt P., Suter R. Pseudopartial wetting and precursor film growth in immiscible metal systems // Langmuir, 2004, Vol. 2, P. 402-408.
11 Dalgleish B.J., Saiz E., Tomsia A.P., Cannon R.M., Ritchie R.O. Inter¬face formation and strength in ceramic-metal systems // Scripta Metallurgica et Ma- terialia, 1994, Vol. 8, P. 1109-1114.
12 B. Yuan., Chao M-j., Tiu Х.. Reactive synthesis and mechanical prop¬erties of MoiNiBi based hard alloy // International Journal of Refractory Metals & Hard Materials, 2010, Vol. 28, P. 291-296.
13 Takagi K., M. Komai., S. Matsuo. High tough boride base cermets pro¬duced by reaction sintering // Materials Chemistry and Physics, 2001, Vol. 67, P. 214-219
14 Zhang L.,Huang Zh, Liu Ya. et.al. Effects of Mechanical Ball Milling Time on the Microstructure and Mechanical Properties of Mo2NiB2-Ni Cermets // Materials, 2019, Vol. 12, 1926.
15 Takagi K.-I., Yamasaki Y. Komai M. High-strength boride base hard materials // Journal of solid state chemistry, 1997, Vol. 133, P. 243-248... 22