Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка метода упрочнения наночастицами кобальтовой связки в твердых сплавах на основе карбида вольфрама

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.740.11.5081
Организация
ИФТТ РАН
Руководитель работ
Коняшин Игорь Юрьевич
Продолжительность работ
2009 - 2010, 13 мес.
Бюджетные средства
3 млн
Внебюджетные средства
0 млн

Информация отсутствует

Участники проекта

Зам. руководителя работ
Страумал Борис Борисович

Этапы проекта

1
23.07.2009 - 30.09.2009
1. Наименование разрабатываемой продукции
Новые твердосплавные композиты с существенно улучшенными физико-механическими и эксплуатационными свойствами, состоящие из микрозерен карбида вольфрама и кобальтовой связки, упрочненной твердыми наночастицами.

2. Характеристика выполненных на этапе работ по созданию продукции
2.1. Результаты работы на первом этапе
В процессе работы проводились: патентный поиск, подготовка образцов и разработка режимов термической обработки. Проведенные патентные исследования показали, что в настоящее время патентов, посвященных упрочнению металлической связки в твердосплавных композитах с помощью нано-частиц, весьма мало. Вместе с тем, опубликованные патенты показывают, что введение нано-частиц в металлическую матрицу – независимо от способа введения – приводит к эффективному улучшению свойств твердых сплавов. В частности, такие композиционные материалы могут обладать повышенной комбинацией твёрдости и трещинностойкости. Твёрдые сплавы, упрочнённые нано-частицами, можут быть использованы для производства горного инструмента, в частности буровых коронок и шарошечных долот.
В результате исследования были предложены режимы термической обработки, при которых трещинностойкость и предел прочности при изгибе сплавов, подвернутых термообработке, не снижаются, тогда как твёрдость значительно возрастает. Определена оптимальная температура и продолжительность отжигов. Эти характеристики соотвествуют требованиям задания.
2.2. Новизна применяемых решений в сравнении с другими работами, родственными по тематике и целевому назначению и определяющими мировой уровень.
Сравнение с аналогами, имеющимися в научной, технологической и патентной литературе, показывает, что предложенный подход по улучшению физико-механических и эксплуатационных свойств твердосплавных W-WCo композитов, состоящих из микрозерен карбида вольфрама и кобальтовой связки, за счет упрочнения твердыми наночастицами, является принципиально новым и превышает мировой уровень.
2.3. Особенности исследования, разработки, метода или методологии проведения работы на отчетном этапе.
Предложенный метод отличается тем, что упрочненяющие твердые наночастицы представляют собой интерметалличсоке соединение и выделяются в процессе термической обработки (старения). Такой подход широко применяется, например, для упрочнения сплавов на основе алюминия. Однако, подобный метод до сих пор не удавалось эффективно прменить для упрочнения кобальтовой матрицы в твердосплавных W-WCo композитах.
2.4. Объекты интеллектуальной собственности, созданные на отчетном этапе.
Разработанная технология термической обработки послужит – после дополнительных исследований – основой для заявки на патент.

3. Области и масштабы использования полученных результатов
3.1. Области применения полученных результатов (области науки и техники; отрасли промышленности и социальной сферы, в которых могут использоваться).
Полученные результаты и созданная на их основе инновационная продукция могут быть использованы при изготовлении твердосплавного инструмента из W-WCo композитов для самых разнообразных применений в машиностроении, строительстве, горнорудной и горнодобывающей промышленности и коммунальном хозяйстве, как например для изготовления твердосплавных дорожных, угольных и проходческих резцов, шарошечных долот, пневмоударников, коронок перфораторного и вращательного бурения.
3.2. Ход практического внедрения полученных результатов.
Полученные результаты будут внедрены на предприятиях РФ и предприятих, входящих в группу “Element six”. Кроме того, полученные результаты будут внедрены в образовательный процесс в НИТУ «Московский институт стали и сплавов», а также на физико-химическом факультете МГУ.
3.3. Оценка или прогноз влияния полученных результатов, товаров и услуг, созданных на основе полученных результатов, на подготовку и закрепление в сфере науки и образования научных и научно-педагогических кадров, достижение или превышение заданных индикаторов и показателей.
Заданные в техзадании индикаторы и показатели будут успешно достигнуты: полученные результаты позволят выполнить две бакалаврских работы, одну магистерскую и одну кандидатскую диссертацию. В работе будут участвовать – кроме трех студентов и одного аспиранта – два молодых кандидата наук. В результате выполнения проекта усилятся существующие связи с представителем российской научной диаспоры – руководителем исследовательского центра фирмы «Element six» в Германии, к.т.н. Игорем Юрьевичем Коняшиным.

4. Выводы
Объектом исследования являлись твердые сплавы на основе WC-Co.
Целью работы было получение новых твердосплавных композитов с существенно улучшенными физико-механическими и эксплуатационными свойствами, состоящих из микрозерен карбида вольфрама и кобальтовой связки, упрочненной твердыми наночастицами.
В процессе работы проводились: патентный поиск, подготовка образцов и разработка режимов термической обработки.
В результате исследования были предложены режимы термической обработки, при которых трещинностойкость и предел прочности при изгибе сплавов, подвернутых термообработке, не снижаются, тогда как твёрдость значительно возрастает.
Определены оптимальная температура и продолжительность старения сплава.
Основные конструктивные и технико-эксплуатационные показатели: повышенная твердость сплавов при сохранении высоких значений трещинностойкости и предела прочности.
Степень внедрения: готовятся образцы для изготовления твердосплавного инструмента для сравнительных испытаний.
Эффективность разработанной термообработки определяется ее совместимостью с имеющимися технологиями изготовления твердосплавного инструмента, относительной дешевизной и простотой. Технология сможет применяться для изготовления широкого спектра твердосплавных инструментов.
Развернуть
2
01.10.2009 - 15.12.2009
1. Наименование разрабатываемой продукции
  - Технология создания новых твердосплавных композитов с существенно улучшенными физико-механическими и эксплуатационными свойствами, состоящими из микрозерен карбида вольфрама и кобальтовой связки, упрочненной твердыми наночастицами.
  - Экспериментальный/лабораторный образец твердосплавного композита с существенно улучшенными физико-механическими и эксплуатационными свойствами, состоящего из микрозерен карбида вольфрама и кобальтовой связки, упрочненной твердыми наночастицами.
  - Отчет о НИР, содержащий обоснование развиваемого направления исследований, изложение методик проведения исследований, а также описание полученных результатов.

2. Характеристика выполненных на этапе работ по созданию продукции
2.1. Результаты работы на первом этапе
В процессе работы проводились: исследования кристаллографической природы, морфологии и химического состава упрочняющих наночастиц в кобальтовой связке твердых сплавов на основе карбида вольфрама с помощью просвечивающей электронной микроскопии. Установлен механизм образования наночастиц при старении твёрдого сплава. В процессе старения твёрдого раствора вольфрама и углерода в кобальте, пересыщенного по отношению к растворённому вольфраму, вначале происходит локальное обогащение отдельных областей вольфрамом. При продолжении старения, происходит дальнейшее обогащение данных областей вольфрамом, приводящее и образованию зон Гинье-Престона. При дальнейшем продолжении процесса старения зоны Гинье-Престона расширяются и сливаются, что в результате ведёт в образованию наночастиц θ-фазы. В дальнейшем, наночастицы укрупняются и сливаются, образуя агломераты.
Был проведен научный семинар по теме “Современные твердые сплавы на основе карбида вольфрама».
В дополнение к запланированным исследованиям были изготовлены модельные сплавы кобальт-медь, на которых исследовано смачивание границ зерен в ферромагнитной кобальтовой матрице второй неферромагнитной фазой.
В результате исследования были изучены образцы после термической обработки, при которых трещинностойкость и предел прочности при изгибе сплавов, подвернутых термообработке, не снижаются, тогда как твёрдость значительно возрастает.
2.2. Новизна применяемых решений в сравнении с другими работами, родственными по тематике и целевому назначению и определяющими мировой уровень.
Сравнение с аналогами, имеющимися в научной, технологической и патентной литературе, показывает, что предложенный подход по улучшению физико-механических и эксплуатационных свойств твердосплавных W-WCo композитов, состоящих из микрозерен карбида вольфрама и кобальтовой связки, за счет упрочнения твердыми наночастицами, является принципиально новым и превышает мировой уровень.
2.3. Особенности исследования, разработки, метода или методологии проведения работы на отчетном этапе.
Предложенный метод отличается тем, что упрочненяющие твердые наночастицы представляют собой интерметалличсоке соединение и выделяются в процессе термической обработки (старения). Такой подход широко применяется, например, для упрочнения сплавов на основе алюминия. Однако, подобный метод до сих пор не удавалось эффективно прменить для упрочнения кобальтовой матрицы в твердосплавных W-WCo композитах.
2.4. Объекты интеллектуальной собственности, созданные на отчетном этапе.
Разработанная технология термической обработки послужит – после дополнительных исследований – основой для заявки на патент.

3. Области и масштабы использования полученных результатов
3.1. Области применения полученных результатов (области науки и техники; отрасли промышленности и социальной сферы, в которых могут использоваться).
Полученные результаты и созданная на их основе инновационная продукция могут быть использованы при изготовлении твердосплавного инструмента из W-WCo композитов для самых разнообразных применений в машиностроении, строительстве, горнорудной и горнодобывающей промышленности и коммунальном хозяйстве, как например для изготовления твердосплавных дорожных, угольных и проходческих резцов, шарошечных долот, пневмоударников, коронок перфораторного и вращательного бурения.
3.2. Ход практического внедрения полученных результатов.
Полученные результаты будут внедрены на предприятиях РФ и предприятих, входящих в группу “Element six”. Кроме того, полученные результаты будут внедрены в образовательный процесс в НИТУ «Московский институт стали и сплавов», а также на физико-химическом факультете МГУ.
3.3. Оценка или прогноз влияния полученных результатов, товаров и услуг, созданных на основе полученных результатов, на подготовку и закрепление в сфере науки и образования научных и научно-педагогических кадров, достижение или превышение заданных индикаторов и показателей.
Заданные в техзадании индикаторы и показатели будут успешно достигнуты: полученные результаты позволят выполнить две бакалаврских работы, одну магистерскую и одну кандидатскую диссертацию. В работе будут участвовать – кроме трех студентов и одного аспиранта – два молодых кандидата наук. В результате выполнения проекта усилятся существующие связи с представителем российской научной диаспоры – руководителем исследовательского центра фирмы «Element six» в Германии, к.т.н. Игорем Юрьевичем Коняшиным.

4. Выводы
Объектом исследования являлись твердые сплавы на основе WC-Co.
Целью работы было получение новых твердосплавных композитов с существенно улучшенными физико-механическими и эксплуатационными свойствами, состоящих из микрозерен карбида вольфрама и кобальтовой связки, упрочненной твердыми наночастицами.
В процессе работы проводились: исследования кристаллографической природы, морфологии и химического состава упрочняющих наночастиц в кобальтовой связке твердых сплавов на основе карбида вольфрама с помощью просвечивающей электронной микроскопии.
Установлен механизм образования наночастиц при старении твёрдого сплава. В процессе старения твёрдого раствора вольфрама и углерода в кобальте, пересыщенного по отношению к растворённому вольфраму, вначале происходит локальное обогащение отдельных областей вольфрамом. При продолжении старения, происходит дальнейшее обогащение данных областей вольфрамом, приводящее и образованию зон Гинье-Престона. При дальнейшем продолжении процесса старения зоны Гинье-Престона расширяются и сливаются, что в результате ведёт в образованию наночастиц θ-фазы. В дальнейшем, наночастицы укрупняются и сливаются, образуя агломераты.
Основные конструктивные и технико-эксплуатационные показатели: повышенная твердость сплавов при сохранении высоких значений трещинностойкости и предела прочности.
Степень внедрения: готовятся образцы для изготовления твердосплавного инструмента для сравнительных испытаний.
Эффективность разработанной термообработки определяется ее совместимостью с имеющимися технологиями изготовления твердосплавного инструмента, относительной дешевизной и простотой. Технология сможет применяться для изготовления широкого спектра твердосплавных инструментов.
Развернуть
3
01.01.2010 - 30.04.2010
1. Наименование разрабатываемой продукции
  - Технология создания новых твердосплавных композитов с существенно улучшенными физико-механическими и эксплуатационными свойствами, состоящими из микрозерен карбида вольфрама и кобальтовой связки, упрочненной твердыми наночастицами.
  - Экспериментальный/лабораторный образец твердосплавного композита с существенно улучшенными физико-механическими и эксплуатационными свойствами, состоящего из микрозерен карбида вольфрама и кобальтовой связки, упрочненной твердыми наночастицами.
  - Отчет о НИР, содержащий обоснование развиваемого направления исследований, изложение методик проведения исследований, а также описание полученных результатов.

2. Характеристика выполненных на этапе работ по созданию продукции
2.1. Результаты работы на третьем этапе
В процессе работы проводились: исследования кристаллографической природы, морфологии и химического состава упрочняющих наночастиц в кобальтовой связке твердых сплавов на основе карбида вольфрама с помощью просвечивающей электронной микроскопии. Установлен механизм образования наночастиц при старении твёрдого сплава. В процессе старения твёрдого раствора вольфрама и углерода в кобальте, пересыщенного по отношению к растворённому вольфраму, вначале происходит локальное обогащение отдельных областей вольфрамом. При продолжении старения, происходит дальнейшее обогащение данных областей вольфрамом, приводящее и образованию зон типа Гинье-Престона. Такие зоны типа Гинье-Престона были впервые обнаружены в кобальтовой матрице экспериментально, при исследовании образцов методом просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения. Обнаружено также, что упрочняющие наночастицы в разных фазах кобальтовой связке (с кубической и гексагональной структурой) имеют различную природу. При дальнейшем продолжении процесса старения зоны Гинье-Престона расширяются и сливаются, что в результате ведёт в образованию наночастиц θ-фазы. В дальнейшем, наночастицы укрупняются и сливаются, образуя агломераты.
Исследовано статистическое распределение по размерам и распределение по ориентациям (текстура) упрочняющих наночастиц в кобальтовой связке твердых сплавов на основе карбида вольфрама с помощью дифракции рентгеновских лучей, просвечивающей электронной микроскопии и дифракции обратнорассеянных электронов.
Был проведен второй научный семинар по теме “Современные твердые сплавы на основе карбида вольфрама».
В результате исследования были изучены образцы после термической обработки, при которых трещинностойкость и предел прочности при изгибе сплавов, подвернутых термообработке, не снижаются, тогда как твёрдость значительно возрастает.
2.2. Новизна применяемых решений в сравнении с другими работами, родственными по тематике и целевому назначению и определяющими мировой уровень.
Сравнение с аналогами, имеющимися в научной, технологической и патентной литературе, показывает, что предложенный подход по улучшению физико-механических и эксплуатационных свойств твердосплавных W-WCo композитов, состоящих из микрозерен карбида вольфрама и кобальтовой связки, за счет упрочнения твердыми наночастицами, является принципиально новым и превышает мировой уровень.
2.3. Особенности исследования, разработки, метода или методологии проведения работы на отчетном этапе.
Предложенный метод отличается тем, что упрочненяющие твердые наночастицы представляют собой интерметалличсоке соединение и выделяются в процессе термической обработки (старения). Такой подход широко применяется, например, для упрочнения сплавов на основе алюминия. Однако, подобный метод до сих пор не удавалось эффективно прменить для упрочнения кобальтовой матрицы в твердосплавных W-WCo композитах.
2.4. Объекты интеллектуальной собственности, созданные на отчетном этапе.
Разработанная технология термической обработки послужит – после дополнительных исследований – основой для заявки на патент.

3. Области и масштабы использования полученных результатов
3.1. Области применения полученных результатов (области науки и техники; отрасли промышленности и социальной сферы, в которых могут использоваться).
Полученные результаты и созданная на их основе инновационная продукция могут быть использованы при изготовлении твердосплавного инструмента из W-WCo композитов для самых разнообразных применений в машиностроении, строительстве, горнорудной и горнодобывающей промышленности и коммунальном хозяйстве, как например для изготовления твердосплавных дорожных, угольных и проходческих резцов, шарошечных долот, пневмоударников, коронок перфораторного и вращательного бурения.
3.2. Ход практического внедрения полученных результатов.
Полученные результаты будут внедрены на предприятиях РФ и предприятих, входящих в группу “Element six”. Кроме того, полученные результаты будут внедрены в образовательный процесс в НИТУ «Московский институт стали и сплавов», а также на физико-химическом факультете МГУ.
3.3. Оценка или прогноз влияния полученных результатов, товаров и услуг, созданных на основе полученных результатов, на подготовку и закрепление в сфере науки и образования научных и научно-педагогических кадров, достижение или превышение заданных индикаторов и показателей.
Заданные в техзадании индикаторы и показатели будут успешно достигнуты: полученные результаты позволят выполнить две бакалаврских работы, одну магистерскую и одну кандидатскую диссертацию. В работе будут участвовать – кроме трех студентов и одного аспиранта – два молодых кандидата наук. В результате выполнения проекта усилятся существующие связи с представителем российской научной диаспоры – руководителем исследовательского центра фирмы «Element six» в Германии, к.т.н. Игорем Юрьевичем Коняшиным.

4. Выводы
Объектом исследования являлись твердые сплавы на основе WC-Co.
Целью работы было получение новых твердосплавных композитов с существенно улучшенными физико-механическими и эксплуатационными свойствами, состоящих из микрозерен карбида вольфрама и кобальтовой связки, упрочненной твердыми наночастицами.
В процессе работы проводились: исследования кристаллографической природы, морфологии и химического состава упрочняющих наночастиц в кобальтовой связке твердых сплавов на основе карбида вольфрама с помощью просвечивающей электронной микроскопии; исследования статистического распределения по размерам и распределения по ориентациям (текстура) упрочняющих наночастиц в кобальтовой связке твердых сплавов на основе карбида вольфрама с помощью дифракции рентгеновских лучей, просвечивающей электронной микроскопии и дифракции обратнорассеянных электронов.
Установлен механизм образования наночастиц при старении твёрдого сплава. В процессе старения твёрдого раствора вольфрама и углерода в кобальте, пересыщенного по отношению к растворённому вольфраму, вначале происходит локальное обогащение отдельных областей вольфрамом. При продолжении старения, происходит дальнейшее обогащение данных областей вольфрамом, приводящее и образованию зон Гинье-Престона. При дальнейшем продолжении процесса старения зоны Гинье-Престона расширяются и сливаются, что в результате ведёт в образованию наночастиц θ-фазы. В дальнейшем, наночастицы укрупняются и сливаются, образуя агломераты.
Основные конструктивные и технико-эксплуатационные показатели: повышенная твердость сплавов при сохранении высоких значений трещинностойкости и предела прочности.
Степень внедрения: готовятся образцы для изготовления твердосплавного инструмента для сравнительных испытаний.
Эффективность разработанной термообработки определяется ее совместимостью с имеющимися технологиями изготовления твердосплавного инструмента, относительной дешевизной и простотой. Технология сможет применяться для изготовления широкого спектра твердосплавных инструментов.
Развернуть
4
01.05.2010 - 01.08.2010
1. Наименование разрабатываемой продукции
  - Технология создания новых твердосплавных композитов с существенно улучшенными физико-механическими и эксплуатационными свойствами, состоящими из микрозерен карбида вольфрама и кобальтовой связки, упрочненной твердыми наночастицами.
  - Экспериментальный/лабораторный образец твердосплавного композита с существенно улучшенными физико-механическими и эксплуатационными свойствами, состоящего из микрозерен карбида вольфрама и кобальтовой связки, упрочненной твердыми наночастицами.
  - Отчет о НИР, содержащий обоснование развиваемого направления исследований, изложение методик проведения исследований, а также описание полученных результатов.

2. Характеристика выполненных на этапе работ по созданию продукции
2.1. Результаты работы на четвертом этапе
Были проведены дполнительные исследования кристаллографической природы, морфологии и химического состава упрочняющих наночастиц в кобальтовой связке твердых сплавов на основе карбида вольфрама с помощью просвечивающей электронной микроскопии. Уточнен механизм образования наночастиц при старении твёрдого сплава. В процессе старения твёрдого раствора вольфрама и углерода в кобальте, пересыщенного по отношению к растворённому вольфраму, вначале происходит локальное обогащение отдельных областей вольфрамом. При продолжении старения, происходит дальнейшее обогащение данных областей вольфрамом, приводящее и образованию зон типа Гинье-Престона. Такие зоны типа Гинье-Престона были впервые обнаружены в кобальтовой матрице экспериментально, при исследовании образцов методом просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения. Обнаружено также, что упрочняющие наночастицы в разных фазах кобальтовой связке (с кубической и гексагональной структурой) имеют различную природу. При дальнейшем продолжении процесса старения зоны Гинье-Престона расширяются и сливаются, что в результате ведёт в образованию наночастиц θ-фазы. В дальнейшем, наночастицы укрупняются и сливаются, образуя агломераты.
Исследованы механические свойства твердых сплавов на основе карбида вольфрама с упрочняющими наночастицами в кобальтовой связке. В результате наноструктурирования связки удалось одновременно повысить как твёрдость, так и прочностные харатеристики сплавов, чего невозможно достигнуть за счёт обычных приёмов вариирования составом и параметрами микроструктуры твёрдых сплавов.
Проведено сравнение режущих свойств твердосплавных резцов, изготовленных из обычных твердых сплавов и и твердых сплавов на основе карбида вольфрама с упрочняющими наночастицами в кобальтовой связке в лабораторных и производстьвенных условиях. Показано, что износостойкость новых сплавов повышается в 2-3 раза, а число поломок (отказов) оборудования снижается в полтора раза.
Разработана программа внедрения результатов НИР в образовательный процесс. Результаты НИР будут включены в курсы лекций и программы лабраторных работ НИТУ МИСиС, физико-химического, химического и физического факультетов МГУ, Московского физико-технического института (МФТИ).
Был проведен научный семинар по теме «Изменение фазового состава сплавов на основе кобальта при интенсивной пластической деформации» (это был третий семинар в рамках проекта – два других проведены на втором и третьем этапах).
В результате исследования создана методика производства микро-нано-структурированных твердых сплавов. Проведены эксплутационные испытания резцов, оснащённых новыми марками сплавов, при проходке туннеля (резание песчаника).
2.2. Новизна применяемых решений в сравнении с другими работами, родственными по тематике и целевому назначению и определяющими мировой уровень.
Сравнение с аналогами, имеющимися в научной, технологической и патентной литературе, показывает, что предложенный подход по улучшению физико-механических и эксплуатационных свойств твердосплавных W-WCo композитов, состоящих из микрозерен карбида вольфрама и кобальтовой связки, за счет упрочнения твердыми наночастицами, является принципиально новым и превышает мировой уровень.
2.3. Особенности исследования, разработки, метода или методологии проведения работы на отчетном этапе.
Предложенный метод отличается тем, что упрочняющие твердые наночастицы представляют собой интерметалличсоке соединение и выделяются в процессе термической обработки (старения). Такой подход широко применяется, например, для упрочнения сплавов на основе алюминия. Однако, подобный метод до сих пор не удавалось эффективно прменить для упрочнения кобальтовой матрицы в твердосплавных W-WCo композитах.
2.4. Объекты интеллектуальной собственности, созданные на отчетном этапе.
Разработанная технология термической обработки послужит основой для заявки на патент.

3. Области и масштабы использования полученных результатов
3.1. Области применения полученных результатов (области науки и техники; отрасли промышленности и социальной сферы, в которых могут использоваться).
Полученные результаты и созданная на их основе инновационная продукция могут быть использованы при изготовлении твердосплавного инструмента из W-WCo композитов для самых разнообразных применений в машиностроении, строительстве, горнорудной и горнодобывающей промышленности и коммунальном хозяйстве, как например для изготовления твердосплавных дорожных, угольных и проходческих резцов, шарошечных долот, пневмоударников, коронок перфораторного и вращательного бурения.
3.2. Ход практического внедрения полученных результатов.
Полученные результаты будут внедрены на предприятиях РФ и предприятих, входящих в группу “Element six”. Кроме того, полученные результаты будут внедрены в образовательный процесс в НИТУ «Московский институт стали и сплавов», в Московском физико-техническом институте (МФТИ)а также на физико-химическом, химическом и физическом факультетах МГУ.
3.3. Оценка или прогноз влияния полученных результатов, товаров и услуг, созданных на основе полученных результатов, на подготовку и закрепление в сфере науки и образования научных и научно-педагогических кадров, достижение или превышение заданных индикаторов и показателей.
Заданные в техзадании индикаторы и показатели успешно достигнуты: полученные результаты позволят выполнить две бакалаврских работы, одну магистерскую и одну кандидатскую диссертацию. В работе участвовали – кроме трех студентов и одного аспиранта – два молодых кандидата наук. В результате выполнения проекта усилятся существующие связи с представителем российской научной диаспоры – руководителем исследовательского центра фирмы «Element six» в Германии, к.т.н. Игорем Юрьевичем Коняшиным.

4. Выводы
Объектом исследования являлись твердые сплавы на основе WC-Co.
Целью работы было получение новых твердосплавных композитов с существенно улучшенными физико-механическими и эксплуатационными свойствами, состоящих из микрозерен карбида вольфрама и кобальтовой связки, упрочненной твердыми наночастицами.
В процессе работы проводились: исследования кристаллографической природы, морфологии и химического состава упрочняющих наночастиц в кобальтовой связке твердых сплавов на основе карбида вольфрама с помощью просвечивающей электронной микроскопии; исследования статистического распределения по размерам и распределения по ориентациям (текстура) упрочняющих наночастиц в кобальтовой связке твердых сплавов на основе карбида вольфрама с помощью дифракции рентгеновских лучей, просвечивающей электронной микроскопии и дифракции обратнорассеянных электронов.
Установлен механизм образования наночастиц при старении твёрдого сплава. В процессе старения твёрдого раствора вольфрама и углерода в кобальте, пересыщенного по отношению к растворённому вольфраму, вначале происходит локальное обогащение отдельных областей вольфрамом. При продолжении старения, происходит дальнейшее обогащение данных областей вольфрамом, приводящее и образованию зон Гинье-Престона. При дальнейшем продолжении процесса старения зоны Гинье-Престона расширяются и сливаются, что в результате ведёт в образованию наночастиц θ-фазы. В дальнейшем, наночастицы укрупняются и сливаются, образуя агломераты.
Исследованы механические свойства твердых сплавов на основе карбида вольфрама с упрочняющими наночастицами в кобальтовой связке. В результате наноструктурирования связки удалось одновременно повысить как твёрдость, так и прочностные харатеристики сплавов, чего невозможно достигнуть за счёт обычных приёмов вариирования составом и параметрами микроструктуры твёрдых сплавов.
Проведено сравнение режущих свойств твердосплавных резцов, изготовленных из обычных твердых сплавов и и твердых сплавов на основе карбида вольфрама с упрочняющими наночастицами в кобальтовой связке в лабораторных и производственных условиях. Показано, что износостойкость новых сплавов повышается в 2-3 раза, а число поломок (отказов) оборудования снижается в полтора раза.

Основные конструктивные и технико-эксплуатационные показатели: повышенная твердость сплавов при сохранении высоких значений трещинностойкости и предела прочности.
Степень внедрения: Создана методика производства микро-нано-структурированных твердых сплавов. Проведены сравнительные эксплутационные испытания резцов, оснащённых новыми марками сплавов, при проходке туннеля (резание песчаника).
Эффективность разработанной термообработки определяется ее совместимостью с имеющимися технологиями изготовления твердосплавного инструмента, относительной дешевизной и простотой. Технология сможет применяться для изготовления широкого спектра твердосплавных инструментов.
Развернуть

Программа

Программа "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009 - 2013 годы

Программное мероприятие

1.5 Проведение научных исследований коллективами под руководством приглашенных исследователей
Тема
Разработка наноструктурных твердых сплавов на основе карбида вольфрама, обеспечивающих эффективную работу инструмента при новых технологиях обработки материалов резанием.
Продолжительность работ
2008 - 2010, 23 мес.
Бюджетные средства
180 млн
Количество заявок
2
Тема
Разработка технологий получения новых функциональных градиентных материалов, в том числе алмазосодержащих и дисперсно-упрочненных наночастицами, и освоение их производства
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
80 млн
Количество заявок
2
Тема
Совершенствование технологии сварки трением с перемешиванием с ультразвуковым воздействием для формирования неразъемных соединений дисперсно-упрочненных алюминиевых сплавов транспортного и авиакосмического назначения
Продолжительность работ
2014 - 2016, 27 мес.
Бюджетные средства
45 млн
Количество заявок
2
Тема
Разработка методов создания алмазного инструмента нового поколения с наномодифицированной металлической связкой
Продолжительность работ
2013, 8 мес.
Бюджетные средства
30 млн
Количество заявок
9
Тема
Разработка наноструктурированных твердых сплавов с твердостью свыше 2100 кг/мм2 высокоэнергетическими методами синтеза и компактирования
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
3 млн
Количество заявок
3