Анотація до роботи:

Долгих В.Ю. Формування дифузійних покриттів на основі титану, ванадію, хрому на безвольфрамових твердих сплавах ТН20 та КХН15. Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.16.01 - металознавство та термічна обробка. Національний технічний Університет України „Київський політехнічний інститут”, м. Київ, 2004.

Робота складається зі вступу, шістьох розділів, загальних висновків, додатків та переліку використаних джерел.

Метою роботи є отримання дифузійних шарів на БВТС з підвищеними експлуатаційними характеристиками, вивчення закономірностей процесу нанесення покриттів на основі титану, ванадію, хрому на БВТС ТН20 та КХН15, встановлення властивостей покриттів та експлуатаційних характеристик БВТС з покриттями. В роботі досліджено фізико-хімічні умови насичення сплавів ТН20, КХН15 титаном, ванадієм, хромом в закритому реакційному просторі за умов зниженого тиску в середовищі хлору. Вивчено фазовий та хімічний склади, мікроструктуру, кінетику росту багатошарових покриттів на безвольфрамових твердих сплавах на основі титану, ванадію, хрому. Вибір технологічних параметрів процесу насичення БВТС титаном, ванадієм, хромом. Досліджено мікротвердість покриттів та вплив дифузійної металізації на межу міцності при згині, трибологічні характеристики, жаростійкість. Встановлено вплив дифузійних покриттів на основі титану, ванадію, хрому, на експлуатаційні властивості БВТС. Апробація розроблених покриттів на безвольфрамових твердих сплавах проведена в умовах виробництва.

1 Встановлені фізико-хімічні умови отримання дифузійних покриттів, в закритому реакційному просторі при зниженому тиску, в залежності від температурно-часових умов та вихідних реагентів, в якості яких використовували титан, ванадій, хром, вуглець, CCl₄.

2.1 Встановлено, що в залежності від температурно-часових умов насичення на поверхні сплаву ТН20 утворюються багатошарові покриття типу:

карбід насичуючого металу – інтерметаліди за участю нікелю;

інтерметаліди нікелю;

на поверхні сплаву КХН15:

карбід насичуючого металу, карбід Cr₇C₃, інтерметаліди за участю нікелю;

інтерметаліди за участю нікелю;

інтерметаліди за участю нікелю, твердий розчин насичуючого металу (при хромуванні)

1. Товщина покриттів на БВТС складає 5-30мкм для прийнятих умов насичення. Залежність товщини покриттів від температрно-часових умов обробки має складний характер. Показано, що при певних температурно-часових умовах насичення, відбувається розчинення карбідних шарів, які утворювались на перших етапах процесу дифузійного насичення, в шарах інтерметалідів та в основі;

2. Встановлено проникнення металу, якими насичують в БВТС, а елементів основи, в першу чергу нікелю, в покритті;

3. Встановлено, що покриття виявляється у вигляді світлих, щільних багатошарових зон, які міцно зв’язані з основою. Розмір зерен складає 1,5 – 3,0 мкм. В деяких випадках форма зерен стовбчата. Показано наявність для певних температурно-часових умов насичення зони підвищеної пористості в матеріалі основи;

4. Встановлені раціональні режими насичення: температура процесу 1273 К, час 2 – 4 години;

5. Запропоновано схему формування дифузійних покриттів на основі титану, ванадію, хрому за прийнятих умов насичення;

3 Встановлені властивості та експлуатаційні характеристики покриттів на безвольфрамових твердих сплавах.

3.1 Мікротвердість окремих складових покриттів на сплавах ТН20 та КХН15 складає: карбідів TiC, VC, Cr₇C₃ , відповідно 18,5 – 24,0ГПа, 14,0 – 19,0ГПа, 10,5 – 17,5ГПа; інтерметалідів нікелю за участю: титану Ni₃Ti, NiTi, відповідно 5,5 – 11,5ГПа, 8,5 – 12,5ГПа; ванадію NiV, NiV₃, Ni₃V відповідно 4,0 – 6,5 ГПа, 7,0 – 10,5 ГПа, 5,0 – 8,0 ГПа; хрому Cr₃Ni₂, Ni₂Cr , відповідно 8,0 – 13,0 ГПа, 10,0 – 11,0 ГПа; твердого розчину нікелю в хромі 8,0 – 10,0 ГПа;

3.2 Коефіцієнт варіації міцності на згин БВТС з покриттями в порівнянні з вихідними зменшується при деякому зниженні значень цієї характеристики. Межа міцності на згин становить 0,8ГПа, для сплаву ТН20 з покриттям на основі титану;

3.3 Жаростійкість безвольфрамових твердих сплавів з покриттями на основі титану, ванадію, хрому, в порівнянні з вихідними сплавами без покриттів підвищилась і становить, для сплаву ТН20 без покриття 663 К, з покриттям на основі титану 1073 К; з покриттям на основі ванадію 873 К; з покриттям на основі хрому 1123 К. Жаростійкість сплаву КХН15 без покриття склала 713 К; з покриттям на основі титану 1093 К; з покриттям на основі ванадію 903 К; з покриттям на основі хрому 1173 К.

3.4 Зносостійкість в умовах тертя ковзання без змащування твердого сплаву ТН20 з покриттям на основі титану в три рази вища за стійкість сплаву ТН20 без покриття та в вісім разів вища ніж стійкість сплаву Т15К6.

4 Встановлено, що використання ріжучого інструменту з покриттями дозволяє підвищити режими різання, при збільшенні працездатності БВТС. При обробці сталі 45ХГМА стійкість безвольфрамового твердого сплаву ТН20 з покриттям на основі титану більше ніж стійкість сплаву Т15К6 в 2,5 – 4,0 разів. При обробці титанового сплаву ВТ1 стійкість безвольфрамового твердого сплаву ТН20 з покриттям на основі хрому підвищилась в 2,0 рази.

Публікації автора:

1. Хижняк В.Г., Долгих В.Ю., Король В.І, Бойко П.А. Структура та деякі властивості дифузійних покриттів на основі титану, ванадію, хрому та бору на твердих сплавах // Наукові вісті НТУУ «КПІ» 2002. - №1 – С. 74-80

Досліджено склад та структуру дифузійних покриттів на твердих сплавах. Визначено оптимальні технологічні параметри насичення. Визначено товщини та мікротвердість покриттів на основі титану, ванадію, хрому та бору на твердих сплавах.

2. Хижняк В.Г., Долгих В.Ю., Король В.І. Склад, структура та властивості карбідних покриттів на сталях та твердих сплавах //Наукові вісті СумДУ.- 2002.-№ 3.-С.161-169

На основі термодинамічного аналізу реакційного середовища встановлено характерні хімічні реакції які протікають в закритому реакційному просторі за умов зниженого тиску. Визначено оптимальні співвідношення вихідних реагентів при нанесенні дифузійних покриттів на основі титану, ванадію та хрому на тверді сплави.

3. Хижняк В.Г., Долгих В.Ю., Король В.І, Нанесение карбидных покрытий на безвольфрамовые твердые сплавы // Известия ВУЗов. Черная металлургия.- 2002.- № 1.- С. 75-76

Досліджено особливості та закономірності нанесення дифузійних покриттів на основі титану, ванадію та хрому на безвольфрамові тверді сплави. Визначено механічні характеристики безвольфрамових твердих сплавів з покриттями.

4. Долгих В.Ю., Криворучко Д.В. Исследование влияния покрытия на основе титана на износостойкость твердого сплава ТН20 // Наукові вісті СумДУ 2003, №2, - С. 44-49

Досліджено вплив дифузійних покриттів на основі титану на зносостійкість безвольфрамового твердого сплаву ТН20. Проведені триботехнічні випробування на зносостійкість. Визначено показники стійкості безвольфрамових твердих сплавів з покриттями на основі титану. Встановлені залежності значення зношування від контактного навантаження.

5. Хижняк В.Г., Долгих В.Ю., Карпець М.В. Структура и свойства покрытий на безвольфрамових твердых сплавах // Порошковая металлургия., 2003, № 9/10. С.- 118 – 123

Досліджено фазовий склад покриттів, що утворюються на основі титану, ванадію, хрому на безвольфрамових твердих сплавах. Визначено значення мікротвердості та товщини дифузійних покриттів. Проведено механічні випробування безвольфрамових твердих сплавів з покриттями. Визначено показники стійкості твердих сплавів в умовах різання. Показано підвищення стійкості безвольфрамових твердих сплавів з покриттями в порівнянні з вихідними сплавами.

6. Хижняк В.Г., Долгих В.Ю., Король В.І. Структура та властивості карбідних покриттів на сталях та твердих сплавах // Материалы международного XXXVII семинара «Актуальные проблемы прочности», ІПМ НАНУ Пуща Водиця, м. Київ, Україна, 2001 р., с.136

Проведено класифікацію методів хіміко-термічної обробки сталей та твердих сплавів. Досліджено вплив хіміко-термічної обробки на структуру, властивості твердих сплавів. Визначено мікротвердість, товщина покриттів на основі титану, ванадію, хрому на твердих сплавах.

7. Hizhnjak V.G., Dolgykh, Carpets M. V. Structure and properties of diffusion coatings on wolframless firm alloys // Second international conference “Materials and coatings for extreme performance: investigations, applications, ecologically safe technologies for their production and utilization”/ - Katsiveli-town, crimea, Ukraine, 2002, p. 446 – 447

Досліджено фазовий та хімічний склад покриттів на безвольфрамових твердих сплавах. Встановлені залежності зміни властивостей твердих сплавів з покриттями від структури та складу покриттів. Визначено раціональні умови отримання покриттів на безвольфрамових твердих сплавах на основі титану, ванадію, хрому.

8. Хижняк В.Г., Долгих В.Ю., Король В.І. Технология нанесения и свойства карбидных покрытий на основе металлов переходных групп // Материалы симпозиума ОТТОМ-2: «Оборудование технологии термической обработки металлов и сплавов в машиностроении», м. Харьків, Україна, 2001 р., с.99-103

Визначено оптимальні умови насичення титаном, ванадієм, хромом сталей та твердих сплавів методами хіміко-термічної обробки. Досліджено структуру отриманих покриттів, товщини, мікротвердість, та зносостійкості покриттів твердих сплавів з покриттями отриманими за раціональними режимами насичення.

9. Долгих В.Ю. Нанесення захисних покриттів на тверді сплави // Матеріали міжнародної науково-технічна конференції "Спеціальна металургія: вчора, сьогодні, завтра", НТУУ "КПІ", Київ, Україна, 2002 р., с.123-126

Досліджено мікротвердість, товщина покриттів на основі титану, ванадію, хрому на безвольфрамових твердих сплавах. Встановлено оптимальне співвідношення компонентів реакційного середовища. Запропоновано раціональні умови насичення безвольфрамових твердих сплавів титаном, ванадієм та хромом.

10. Долгих В.Ю., Криворучко Д.В., Теницкий О.М. Дослідження впливу покриття на основі титану на зносостійкість твердого сплаву ТН20 // Тези доповідей. Друга всеукраїнська молодіжна науково-практична конференція «Машинобудування України очима молодих: прогресивні ідеї – наука – виробництво», м. Суми, Україна 2002р, с. 30-32

Проведено триботехнічні випробування безвольфрамових твердих сплавів з покриттям на основі титану. Встановлені показники стійкості твердих сплавів з покриттями в умовах тертя ковзання без змащування. Визначено коєффіціент підвищення стійкості безвольфрамових твердих сплавів з покриттями в порівнянні з традиційними твердими сплавами. Запропоновані оптимальні режими різання для сплавів що досліджували.