Исследование лезвийной обрабатываемости интерметаллидов Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 669-1:54-19

Н. С. АРТЕМЕНКО Д. С. РЕЧЕНКО Ю. В. ТИТОВ Е. В. КРИВОНОС А. В. ДЕЙЛОВА

Омский государственный технический университет

ИССЛЕДОВАНИЕ

ЛЕЗВИЙНОЙ ОБРАБАТЫВАЕМОСТИ ИНТЕРМЕТАЛЛИДОВ_

В статье рассмотрены сплавы на основе интерметаллидов, классификация, свойства, области использования. Приведены результаты опытов (шероховатость поверхности, износ пластин). Полученные результаты могут быть использованы при подборе инструмента для обработки сплавов на основе интерметаллидов.

Ключевые слова: интерметаллид, дальтониды, бертоллиды, фазы Курнакова, алюминид титана, алюминид никеля.

Сплавы на основе интерметаллидов — новый класс материалов (на основе химических соединений металлов), которые по своей структуре занимают промежуточное положение между металлами и керамикой. Они имеют сложную кристаллическую структуру с наличием в межатомных связях до 30 % ковалентной составляющей, что и определяет их уникальные физико-механические свойства (высокая жаропрочность, низкая плотность, низкая возгораемость в кислороде, высокая износостойкость).

Интерметаллидными соединениями, или интер-металлидами называют соединения металлов между собой, причем к компонентам интерметаллидов относят также и ковалентные кремний и германий.

Общая классификация интерметаллидов включает в себя дальтониды, бертоллиды и фазы Курнакова.

Свойства интерметаллидов [1]:

— высокая прочность, которая не деградирует с возрастанием температуры;

— аномальная зависимость предела текучести;

— низкая плотность интерметаллидов, что приводит к высокому отношению прочность/плотность;

— высокие упругие модули;

— высокая стойкость к окислению.

Использование интерметаллидов и сплавов на их

основе в качестве конструкционных материалов тормозится по следующим причинам [2]:

— свойственная интерметаллидам хрупкость, особенно при комнатной температуре;

— недостаточное в некоторых случаях сопротивление окислению;

— недостаточная надежность методов проектирования и предсказания продолжительности эксплуатации изделий из интерметаллидов;

— отсутствие поставщиков качественной продукции с интерметаллидами;

— высокая стоимость изделий.

Области использования интерметаллидов и сплавов на их основе чрезвычайно широкие из-за большого разнообразия их свойств.

Жаропрочные алюминиды и сплавы на их основе представляют значительный интерес для авиационной и аэрокосмической техники вследствие высокой стабильности, жаропрочности и жаростойкости.

Сплавы на основе алюминидов никеля могут быть использованы в качестве конструкционных литейных материалов для изготовления деталей машин, работающих длительное время при повышенных температурах в окислительных средах, причем для обеспечения их работоспособности в этих условиях не требуется специальной защиты. Использование этих сплавов в промышленности позволит существенно повысить срок службы и эксплуатационную надежность деталей, уменьшить их вес.

Интерметаллидные соединения и сплавы на их основе являются перспективными конструкционными материалами для работы при высоких температурах.

Сплавы с эффектом памяти формы используются в тех случаях, когда конструкцию или элемент сложно или вовсе невозможно изготовить стандартными способами.

Кроме указанных, существует много различных других областей использования сплавов: биологические имплантанты, новые материалы в стоматологии, пружины различного назначения, тепловые двигатели, манипуляторы и др. Без сомнения, области использования сплавов будут непрерывно расширяться.

Результаты замера твердости N141

Таблица 1

Материал 1-й замер (ЖЦ 2-й замер (ЖЦ 3-й замер (ЖЦ 4-й замер (ЖЦ 5-й замер (ЖЦ Среднее значение (ЖЦ

NiAl 44,1 45,3 43,3 43,8 44,5 44,2

Таблица 2

Шероховатость поверхности после обработки

Твердосплавная пластина CNMG 120408 Пластина с кубическим нитридом бора CNGA 120412 Пластина с алмазом CNGA 120408 Пластина с кубическим нитридом бора ОТ-С^А 120408

3,395 3,469 4,281 6,368 3,244 Ra = 4,151 мкм 2,163 2,482 2,882 3,475 3,276 Ra = 2,856 мкм 4,332 4,569 5,015 5,126 5,410 Ra = 4,890 мкм 4,264 3,363 8,276 5,989 2,710 Ra = 4,920 мкм

Износ h =

0,05...0,08 мм 0.0,02 мм 0,1.0,15 мм Полный (1.1,5 мм)

х10

х20

х50

Рис. 1. Поверхность интерметаллида

Пластина с кубическим нитридом бора ОТ-С^А 120408 Рис. 2. Состояние режущих кромок после обработки, х10

Для разработки жаропрочных конструкционных материалов на основе интерметаллидных соединений наибольший интерес представляют системы на основе никеля и титана. В частности, алюминиды титана и никеля обладают высокой прочностью, твердостью и коррозионной стойкостью при нормальной и повышенной температурах.

Алюминиды титана Т13А1 и Т1А1 привлекают большое внимание благодаря тому, что они за счет своей низкой плотности позволяют добиваться значительного снижения массы деталей.

Интерметаллид №А! более хрупкий, чем №3А1. Хрупкость №А1 — его естественное свойство, самым тщательным очищением не удается перевести его в пластическое состояние.

Сплавы на основе алюминидов титана и никеля приводят к существенному повышению уровня рабочих температур до 900 и 1000 ° С соответственно, при этом сохраняя высокие показатели прочности и жесткости, а также сопротивление окислению [3, 4].

В настоящей работе для исследования процесса обработки интерметаллида на основе Ы1А1, использовались режущие следующие пластины:

1) твердосплавная пластина СЫМС 120408 (твердый микрозернистый сплав, Т1 — А1 — 81 — Н покрытие — наноламинат);

2) пластина с кубическим нитридом бора СЫСА 120412;

3) пластина с алмазом СЫСА 120408;

4) пластина с кубическим нитридом бора ЫР-СЫСА 120408.

Были проведены измерения твердости интер-металлида. Измерения проводились с помощью портативного твердомера ТЭМП-4 Технотест-М (предназначен для экспрессного измерения твердости различных изделий (из стали, чугуна, цветных металлов, резины и др. материалов)) в производственных и лабораторных условиях по шкалам Бринелля (НВ), Роквелла (ИЯС), Виккерса (НУ), Шора «Б» (ШБ) (табл. 1).

В результате проведенных испытаний были получены следующие значения шероховатости обрабатываемой поверхности (табл. 2).

Шероховатость поверхности измерялась мобильным профилометром Магёий: РБ1 (прибор для прецизионного и нормированного измерения шероховатости и регистрации результатов контактным методом, со встроенным калибровочным эталоном).

В результате опытов получили поверхность интерметаллида (рис. 1) износ кромки на пластинах (рис. 2).

В настоящее время проводятся работы по освоению разработанных интерметаллидных титановых сплавов на базе промышленных предприятий и их внедрению в перспективные изделия. Одновременно с этим продолжаются работы по дальнейшему совершенствованию композиций сплавов и технологий их металлургического производства в соответствии со

Книжная полка

стратегическими направлениями развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года [5 — 7]. Требования, предъявляемые конструкторами к материалам для модернизируемых и новых изделий авиационной техники, ставят перед разработчиками материалов все новые задачи.

Библиографический список

1. Интерметаллические соединения : сб. ст. / Под ред. И. И. Корнилова ; пер. с англ. В. А. Брыксина [и др.]. — М. : Металлургия, 1970. — 440 с.

2. Материаловедение : учеб. для высш. техн. учеб. заведений / Б. Н. Арзамасов [и др.] ; под общ. ред. Б. Н. Арзамасова. — 2-е изд., испр. и доп. — М. : Машиностроение, 1986. — 384 с.

3. Иноземцев, А. А. Титановые сплавы в изделиях разработки ОАО «Авиадвигатель» / А. А. Иноземцев, И. Г. Башкатов, А. С. Коряковцев // Современные титановые сплавы и проблемы их развития : сб. — М., 2010. — С. 43 — 46.

4. Ильин, А. А. Титановые сплавы. Состав, структура, свойства : справ. / А. А. Ильин, Б. А. Колачев, И. С. Полькин. — М. : ВИЛС-МАТИ, 2009. - 520 с.

5. Каблов, Е. Н. Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года / Е. Н. Каблов // Авиационные материалы и технологии : юбилейн. науч.-техн. сб. — М., 2012. — С. 1-7. — (Прил. кжурн. «Авиационные материалы и технологии»).

6. Каблов, Е. Н. ВИАМ. Направление главного удара / Е. Н. Каблов // Наука и жизнь. — 2012. — № 6. — С. 14—18.

7. Антипов, В. В. Стратегия развития титановых, магниевых, бериллиевых и алюминиевых сплавов / В. В. Антипов // Авиационные материалы и технологии : юбилейн. науч.-техн. сб. — М., 2012. — С. 157 — 166. — (Прил. к журн. «Авиационные материалы и технологии»).

АРТЕМЕНКО Никита Сергеевич, аспирант, инженер кафедры «Металлорежущие станки и инструменты». Адрес для переписки: [email protected] РЕЧЕНКО Денис Сергеевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Металлорежущие станки и инструменты».

Адрес для переписки: [email protected] ТИТОВ Юрий Владимирович, аспирант, ассистент кафедры «Металлорежущие станки и инструменты». Адрес для переписки: [email protected] КРИВОНОС Евгений Викторович, аспирант, ассистент кафедры «Металлорежущие станки и инструменты».

Адрес для переписки: [email protected] ДЕЙЛОВА Александра Витальевна, магистрант гр. КТОм-152 факультета элитного образования и магистратуры, ассистент кафедры «Технология машиностроения».

Адрес для переписки: [email protected]

Статья поступила в редакцию 17.03.2016 г. © Н. С. Артеменко, Д. С. Реченко, Ю. В. Титов, Е. В. Кривонос, А. В. Дейлова

Коршак, А. А. Нефтеперекачивающие станции : учеб. пособие для студентов образоват. организаций высш. образования по направлению подготовки бакалавриата «Нефтегазовое дело»/ А. А. Коршак. - Ростов н/Д. : Феникс, 2015. - 269 с.

Изложены основные сведения об оборудовании нефтеперекачивающих станций. Книга рассчитана на широкий круг читателей: студентов высших и средних специальных учебных заведений, работников нефтяной и газовой промышленности, а также всех, кто интересуется нефтегазовым делом.