Анотація до роботи:

Верезуб О.М. «Підвищення працездатності різального інструменту із вуглецевих та низьколегованих сталей шляхом лазерної твердотільної імплантації». – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.01 – процеси механічної обробки, верстати та інструменти. – Національний технічний університет „Харківський політехнічний інститут”, Харків, 2006.

Розроблено наукові принципи створення модифікованого поверхневого шару композиційного матеріалу за допомогою технології лазерної твердотільної імплантації порошку металевого титану й карбіду вольфраму в матрицю вуглецевої та низьколегованої сталей, розплавлених лазерним променем. Поверхневий композиційний шар має товщину близько 1 мм у вихідній матриці інструментального матеріалу. Різальний інструмент із модифікованого інструментального матеріалу за своїми експлуатаційними властивостями займає проміжне положення між інструментом з низьколегованої й швидкорізальної сталей.

На основі фізико-хімічної теорії металів, вивчення термодинамічних явищ і проведення комплексу експериментальних досліджень науково обґрунтовано технологію лазерного легування, що дає підстави одержати новий композиційний інструментальний сплав, що являє собою сталеву матрицю із розчиненим вольфрамом, дрібними частинками карбіду титану і фази Fe₃W₃C, тобто Fe–W–Tі–C/TіС+Fe₃W₃C.

Вивчення рельєфу ріжучої поверхні й працездатності ельборових кругів свідчить, що здатність до шліфування легованих ЛТІ матеріалів дещо гірша, ніж вуглецевих і низьколегованих сталей.

Мікрофотографії й електроно-дифракційні спектри дозволяють установити вплив частинок карбіду титану на зношуваність зерен круга, тому що титан вступає в хімічну взаємодію із зернами ельбору BN.

Проведено комплексні дослідження процесу точіння сталі 45 інструментами з модифікованим ЛТІ поверхневим шаром. Експериментальні дослідження працездатності різців, легованих 6 ваг. % (WC+Tі), виявили збільшення працездатності в середньому в 1,5-2,0 рази у порівнянні із базовими інструментами з У8А і ХВГ.

Дисертаційна робота присвячена рішенню науково-практичної задачі по створенню модифікованого поверхневого шару з композиційного матеріалу за допомогою технології лазерної твердотільної імплантації порошку металевого титану й карбіду вольфраму в матрицю вуглецевої та низьколегованої сталей, розплавлених лазерним променем. Поверхневий шар композиційного матеріалу має товщину близько 1 мм у початковій матриці. Аналіз мікроструктури й фізичних властивостей отриманого матеріалу свідчить про його придатність до використання у якості інструментального. Різальний інструмент із модифікованого інструментального матеріалу за своїми експлуатаційними властивостями займає проміжне положення між інструментом з низьколегованої й швидкорізальної сталей.

У процесі виконання отримані наступні висновки:

1. На основі фізико-хімічної теорії металів, вивчення термодинамічних явищ і проведення комплексу експериментальних досліджень автором науково обґрунтовано технологію лазерного легування, яка дає можливість одержати новий композиційний інструментальний сплав, що являє собою сталеву матрицю із розчиненим вольфрамом, дрібними частинками карбіду титану і фази Fe₃W₃C, тобто Fe–W–Tі–C/TіС+Fe₃W₃C. Раціональний вибір легуючих елементів здійснено за допомогою запропонованих коефіцієнтів якості й механізму проникнення частинок у розплавлений лазером поверхневий шар інструментальної матриці, розмір карбідної фази в якому становить 2-4 мкм. Мікротвердість легованого ЛТІ шару – 800-1100 HV.

2. Встановлено механізм контактної взаємодії оброблюваного матеріалу й модифікованого ЛТІ різального інструменту, який підтверджує, що кращий рівень таких характеристик поверхневого шару, як твердість і теплопровідність, забезпечує стабільне збільшення зносостійкості різального інструменту (в 1,5-2,0 рази), незважаючи на невелике збільшення коефіцієнта тертя у порівнянні з вихідною матрицею інструментального матеріалу.

3. Вивчення рельєфу ріжучої поверхні й працездатності ельборових кругів свідчить, що здатність до шліфування модифікованих ЛТІ матеріалів дещо гірша, ніж вуглецевих і низьколегованих сталей. Це пояснюється наявністю карбідів вольфраму й титану, а також високою мікротвердістю модифікованого шару. При цьому спостерігається розкид щільності розподілу висоти зерен на 30 % і збільшується витрата ельборового круга в 2 рази. Мікрофотографії й електроно-дифракційні спектри дозволили виявити вплив частинок карбіду титану на зношуваність зерен круга на підставі того, що титан вступає в хімічну взаємодію із зернами ельбору-BN.

4. Проведено комплексні дослідження процесу точіння сталі 45 інструментами з модифікованим ЛТІ поверхневим шаром. Експериментальні дослідження працездатності різців, легованих 6 ваг. % (WC+Tі), виявили її збільшення в середньому в 1,5-2,0 рази у порівнянні із базовими інструментами з У8А і ХВГ. Крім того, обробка проводилася з більш високими швидкостями різання, які не є досяжними при роботі базовими інструментами. Вивчення характеру стружкоутворення виявило формування зливної стружки й загальмованого шару на передній поверхні інструмента. Коефіцієнт усадки стружки є трохи нижчим при різанні легованими ЛТІ інструментами, ніж при обробці базовими інструментальними сталями. Розходження між складовими сили різання несуттєве. Основною причиною зношування легованих ЛТІ різців У8А і ХВГ є абразивний фактор.

Публікації автора:

1. Верезуб О.Н., Грабченко А.И., Борош П., Веро Б., Каптаи Д. Улучшение поверхностного слоя низколегированных инструментальных материалов с помощью лазерной твердотельной имплантации. // Вісник Національного технічного університета «Харківський політехнічний інститут», Харків: НТУ «ХПІ». – 2003. – №8, т.1. – С. 7-17.

Здобувачеві належить виявлення та опис оптимальних умов лазерної імплантації інструментів з низьколегованих інструментальних матеріалів і проведені дослідження якості поверхневого шару.

2. Верезуб О.Н. Изучение механизма проникновения твердой частицы в жидкость с целью оптимизации технологии лазерной твердотельной имплантации // Высокие технологии в машиностроении. – Харьков: НТУ «ХПИ». – 2003. – Вып.. 2. – С. 11-17.

3. Верезуб О.Н. Технологические особенности создания композиционного легированного слоя на режущей поверхности низколегированных стальных инструментов методом лазерной твердотельной имплантации // Резание и инструмент в технологических системах.– Харьков: НТУ «ХПИ». – 2004. – Вып.66. – С. 25-33.

4. Верезуб О.Н. Особенности процесса шлифования режущих инструментов, легированных методом лазерной твердотельной имплантации // Надійність інструменту та оптимізація технологічних систем.–Краматорськ, Київ. – 2006. – Вип. 20. – С. 270-275.

5. Верезуб О.Н. Работоспособность режущего инструмента из углеродистых и низколегированных сталей после лазерной твердотельной имплантации // Резание и инструмент в технологических системах:– Харьков: НТУ «ХПИ», 2006. – Вып. 71. – С. 14-19.

6. O. Verezub, Z. Kalazi, G. Buza, P. Boross, G. Kaptay. Surface Metal Matrix Composite Fe-Ti-C/TiC Layers Produced by Laser Melt Injection Technology // Int. J. Advanced Metalic Materials. – Slovak Academy of Sciences. – 2003, pp. 297-300.

Здобувачем проведено дослідження якості поверхні різальних інструментів, отриманих шляхом лазерної імплантації.

7. O. Verezub, P. Boross, A, Grabchenko, G. Kaptay. Possibilities to Obtain W–alloyed, TiC–reinforced Composite Surface Layers on Carbon Steels by Laser Melt Injection. A theoretical Analysis. // Proc. of MicroCAD 2003 Conference. Section M. – University of Miskolc, 2003, pp. 59-64.

Здобувачем проведено аналіз умов одержання легованого шару на інструментальних матеріалах за допомогою технології лазерної імплантації.

8. Верезуб О.Н., Грабченко А.И., Матсушита Т. Экспериментально-теоретическое моделирование динамики проникновения легирующих частиц в матрицу инструментального материала // Наука і освіта. – НТУ «ХПІ», Харків: НТУ «ХПІ». – 2004. –С. 59-66.

Здобувачем проведена експериментальна обробка отриманих результатів дослідження.

9. O. Verezub, G. Kaptay, T. Matsushita, K. Mukai. Penetration of Solid Particles into Liquid Metals as a First Step of Production Metal Matrix Composites by LMI technology // Iht. Cohf. Higt Temperature Capillarity HTC-2004. – San-Remo, Italy, 2004, pp. 75-76.

Здобувачем проведені дослідження якості поверхневого шару різальних інструментів після лазерної імплантації та їх роботоспроможності.

10. O. Verezub, G. Kaptay, T. Matsushita, K. Mukai. Penetration dynamics of solid particles into liquids Higt-speed experimental results and modeling // Int. J. Materials Science Forum. – Switzerland. Trans. Tech. Publications. – 2005, vol. 473-474, pp. 429-434.

Здобувачем сформульована задача досліджень, виконані аналіз і узагальнення результатів.