Перевод названия: Design and investigation of hard metals and ceramics composites modified by nano-particles
Тип публикации: статья из журнала
Год издания: 2012
Ключевые слова: наночастицы, эксплуатационная стойкость, nano-particles, Tool life, Hard metal, composites, bimodal ceramics, model of structure, fracture toughness, твердые сплавы, композиты, бимодальные керамики, структурная модель, трещиностойкость
Аннотация: Разработанные применительно к модифицированным твердым сплавам геометрические мето- дики расчета прочности в зависимости от размеров, концентрации и объемных долей всех составляющих WC - Co - нано - Al2O3(ZrO2), были использованы для оценки эффективности внедрения наночастиц в структуру кобальтовой связки и прогнозирования конечныхПоказать полностьюсвойства материала на стадии конструирования. Экспериментальными методами было показано, что наночастицы керамики Al2O3 или ZrO2 в количестве 0,05 - 0,20 масс.%, не только дисперсно упрочняют кобальтовую прослойку, но и улучшают прочностные характеристики твердого сплава в целом, повышают трещиностойкость по Палмквисту до 50%, прочность на изгиб до 25%, стойкость к температурным воздействиям, снижают адгезионное схватывание с обрабаты- ваемым материалом, стабильно снижается абразивный износ (~1,5 раза) и средний размер карбидных зерен основной фазы WC, TiC (~1,2 - 1,25 раз). Представлены новые данные об особенностях уплотнения и формирования структуры бимодальных керамик Al2O3m - Al2O3f, Al2O3m - ZrO2f полученные расчетными и экспериментальными методами (дилатометрии, термо- активационного анализа, электронной микроскопии). Предложены составы и технологические режимы поэтапного (ступенчатого) нагрева бимодальных керамик на основе Al2O3 - ZrO2(Y2O3) (соответствующие смене механизмов массопереноса при спекании), обеспечивающие повышение уровня их физико-механических свойств. A geometric model for hard metals composites strengthening by nanoparticles additives was proposed; principles and equations for the evaluation of characteristic microstructural distance - binder mean free path (depending on nanoparticles concentration and their average size). The measured mechanicals properties was in good accord with calculated from geometrical model. Nanoparticles Al2O3f and ZrO2f (0,05 - 0,2% mass) introduced into a binder average size decrease of the metal interlayer and therefore increase the strength of binder and composite as a whole. The reduction of the carbide grain average size (1,2 - 1,25- fold) was found out as well (owing to nanoparticles blocking influence on recristallization). Besides, the internal thermotension and adhesion wear decrease under the circumstances of high speed cutting (especially for stainless steel) in comparision with base hard metals. The test results display that the modification through nanoparticles enables to improve the main properties: of hard metals tool life - 1,5 - fold; wear resistance - 1,5, fracture toughness - 1,8 - 2 - fold; transverse rupture toughness - at 25 - 50 %. New data about peculiarities of Al2O3m(matrix) - Al2O3f(fine), Al2O3m - ZrO2f bimodal ceramics density and formation of structure using calculated and experimental methods including dilatometry, thermoactivation analysis and electron microscopy are received. The use of nanoparticles increased the initial density of pressings and activities processes of mass transfer when sintering. It enables the effect of sintering regime similar to liquid - phase one. Components and technological modes of producing bimodal ceramics using nano-particles are developed.
Журнал: Перспективные материалы
Выпуск журнала: № 5
Номера страниц: 76-87
ISSN журнала: 1028978X
Место издания: Москва
Издатель: Общество с ограниченной ответственностью "Интерконтакт Наука"