Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Москва, Россия:

П. А. Логинов, научный сотрудник НУЦ СВС МИСиС-ИСМАН, эл. почта: pavel.loginov.misis@list.ru
Д. А. Сидоренко, научный сотрудник НУЦ СВС МИСиС-ИСМАН
М. Я. Бычкова, научный сотрудник НУЦ СВС МИСиС-ИСМАН
Е. А. Левашов, директор НУЦ СВС МИСиС-ИСМАН, эл. почта: levashov@shs.misis.ru

Разработаны новые составы связок для алмазного режущего инструмента в системе Fe – Ni – Mo, модифицированные наночастицами карбида вольфрама, гексагонального нитрида бора и углеродными нанотрубками. Показано влияние добавок модификаторов на структуру, механические свойства и износостойкость связки. Установлено, что указанные наночастицы не являются взаимозаменяемыми, эффект от их введения суммируется. По прочности наномодифицированные связки превосходят исходные на 15 %, при этом максимальными характеристиками обладают образцы, содержащие все три вида наночастиц. Повышение механических свойств при добавлении в связку наночастиц связано с блокированием рекристаллизации при горячем прессовании и, следовательно, формированием высоко-дисперсной структуры (упрочнение по механизму Холла – Петча). Установлено, что средний размер зерен матрицы в наномодифицированных образцах составил 0,4 мкм, что на 50 % меньше, чем в образцах исходной связки. Проведены трибологические испытания разработанных составов, по результатам которых выявлено превосходство наномодифицированных связок по износостойкости в 2–3,5 раза. Высокое сопротивление износу позволяет рассчитывать на успешное применение связок Fe – Ni – Mo с гибридным наномодифицированием в алмазном инструменте, предназначенном для обработки абразивных материалов (бетона, камня).

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ и Правительства Москвы в рамках научного проекта № 15-38-70019 «мол_а_мос».

1. Yilmazkaya E., Ozcelik Y. The Effects of Operational Parameters on a Mono-wire Cutting System: Efficiency in Marble Processing // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2016. Vol. 49. Iss. 2. P. 523–539.
2. Wang L., Guo S., Gao J., Yang L., Hu T., Peng J., Hou M., Jiang C. Microwave sintering behavior of FeCuCo based metallic powder for diamond alloy tool bit // Journal of Alloys and Compounds. 2017. Vol. 727. P. 94–99.
3. Gruneis H., Gruneis T. Metal Powder Report. 1998. Vol. 53. p. 30.
4. Graham W., Nee A. Y. C. The grinding of tool steels-a comparison between diamond and cubic boron nitride // Production Engineer. 1974. Vol. 53. Iss. 6. P. 186–191.
5. Konstanty J. Powder Metallurgy Diamond Tools. Elsevier, Oxford. 2005. — 192 p.
6. Konstanty J. S., Tyrala D. Wear mechanism of iron-base diamond-impregnated tool composites // Wear. 2013. Vol. 303. Iss. 1–2. P. 533–540.
7. Gao C., Yuan J. Efficient drilling of holes in Al₂O₃ armor ceramic using impregnated diamond bits // Journal of Materials Processing Technology. 2011. Vol. 211. Iss. 11. P. 1719–1728.
8. Liu J., Li J., Xu C. Interaction of the cutting tools and the ceramic-reinforced metal matrix composites during micromachining: A review // CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology. 2014. Vol. 7. Iss. 2. P. 55–70.
9. Cheng M., Liu H., Zhao B., Huang C., Yao P., Wang B. Mechanical properties of two types of Al₂O₃/TiC ceramic cutting tool material at room and elevated temperatures // Ceramics International. 2017. Vol. 43. Iss. 16. P. 13869–13874.
10. Zaitsev A. A., Kurbatkina V. V., Levashov E. A. Features of the influence of nanodispersed additions on the process of and properties of the Fe – Co – Cu – Sn sintered alloy // Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2008. Vol. 49, No. 5. P. 414–419.
11. Sun Y., Wu H., Li M., Meng Q., Gao K., Lü X., Liu B. The effect of ZrO₂ nanoparticles on the microstructure and properties of sintered WC-bronze-based diamond composites // Materials. 2016. Vol. 9. Iss. 5. Article number 343.
12. Alecrim L. R. R., Ferreira J. A., Gutiérrez-González C. F., Salva dor M. D., Borrell A., Pallone E. M. J. A. Effect of reinforcement NbC phase on the mechanical properties of Al₂O₃ – NbC nanocomposites obtained by spark plasma sintering // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 2017. Vol. 64. P. 255–260.

13. Firestein K. L., Steinman A. E., Golovin I. S., Cifre J., Obraztsova E. A., Matveev A. T., Kovalskii A. M., Lebedev O. I., Shtansky D. V., Golberg D. Fabrication, characterization, and mechanical properties of spark plasma sintered Al – BN nanoparticle composites // Materials Science and Engineering: A. 2015. Vol. 642. P. 104–112.
14. Wang J., Li L. Q., Tao W. Crack initiation and propagation behavior of WC particles reinforced Fe-based metal matrix composite produced by laser melting deposition // Optics & Laser Technology. 2016. Vol. 82. P. 170–182.
15. Loginov P. A., Levashov E. A., Kurbatkina V. V., Zaitsev A. A., Sidorenko D. A. Evolution of the microstructure of Cu – Fe – Co – Ni powder mixtures upon mechanical alloying // Powder Technology. 2015. Vol. 276. P. 166–174.
16. Sidorenko D., Mishnaevsky L. Jr., Levashov E., Loginov P., Petrzhik M. Carbon nanotube reinforced metal binder for diamond cutting tools // Materials & Design. 2015. Vol. 83. P. 536–544.
17. de Oliveira H. C. P., Coelho A., Amaral P. M., Fernandes J. C., Rosa L. G. Comparison between Cobalt and Niobium as a Matrix Component for Diamond Impregnated Tools Used for Stone Cutting // Key Engineering Materials. 2013. Vol. 548. P. 98–105.
18. Konstanty J. Sintered diamond tools: trends, challenges and prospects // Powder Metallurgy. 2013. Vol. 56. Iss. 3. P. 184–188.
19. Oliver W. C., Pharr G. M. Improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments // Journal of Materials Research. 1992. Vol. 7. Iss. 6. P. 1564–1580.
20. Meyers M. A., Mishra A., Benson D. J. Mechanical properties of nanocrystalline materials // Progress in Materials Science. 2006. Vol. 51. Iss. 4. P. 427–556.