Разработка инструментальной режущей керамики на основе кубического нитрида бора тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.11, кандидат наук Булатов Олег Николаевич

• Булатов Олег Николаевич
• кандидат наук
• 2020

Оглавление диссертации кандидат наук Булатов Олег Николаевич

Введение

Глава 1 Аналитический обзор

1.1 Резание труднообрабатываемых материалов

1.2 Сверхтвердые материалы

1.3 Структура и условия получения кубического нитрида бора

1.4 Особенности механической обработки закаленных сталей с использованием материалов на основе кубического нитрида бора

1.5 Товарные порошки еБК

1.6 Режущие композиционные материалы на основе поликристаллического кубического нитрида бора

1.7 Технология композиционных режущих материалов на основе еБК

1.7.1 Композиционные материалы основе cBN с оксидно-нитридной связкой

1.7.2 Композиционные материалы на основе cBN с

боридно-нитридной связкой

Выводы по аналитическому обзору

Глава 2 Методы исследования и обработка экспериментальных данных

2.1 Определение химического состава

2.2 Качественный рентгенофазовый анализ

2.3 Определение гранулометрического состава порошков

2.4 Растровая электронная микроскопия

2.5 Подготовка поверхности образцов

2.6 Определение кажущейся плотности спеченных материалов

2.6 Исследование микроструктуры образцов

2.7 Определение модуля Юнга

2.8 Определение твердости по Виккерсу

2.9 Определение коэффициента трещиностойкости индентационным методом

2.10 Обработка результатов эксперимента

Глава 3 Характеристика исходных материалов

3.1 Характеристика порошков кубического нитрида бора

3.2 Характеристика компонентов матричного материала

3.2.1 Характеристика исходных компонентов оксидно-нитридной связки

3.2.2 Характеристика исходных компонентов боридно-нитридной связки

3.3 Характеристика вспомогательных материалов

Глава 4 Особенности консолидации СТМ методом НРНТ

5 Разработка технологии СМП на основе сBN на оксидно-нитридной и

боридно-нитридной связках

5.1 Принципиальная схема производства СМП из композитов на основе еБК и описание подготовительных стадий

5.2 Шихтоподготовка порошков на основе сBN на оксидно-нитридной и

боридно-нитридной связках

5.2.1 Измельчение порошков интерметаллидов Т1А1Ш3А и МТ и определение параметров помола

5.2.2 Подготовка пресспорошков

5.2.3 Формование сырых заготовок

5.2.4 Консолидация материалов еБК на оксидно-нитридной связке

методом НРНТ

5.2.5 Консолидация материалов сБК на боридно-нитридной связке

методом НРНТ

5.2.5.1 Консолидация материалов, содержащих интерметаллид Т1Л1/Т13Л1 в качестве прекурсора

5.2.5.2 Консолидация материалов, содержащих интерметаллид МТ1 в качестве прекурсора

5.3 Изготовление СМП из материалов сБК на оксидно-нитридной и боридно-

нитридной связках

Глава 6 Исследование свойств материалов сБК на оксидно-нитридной и боридно-нитридной связках

6.1 Исследование свойств композиционных материалов сБК на оксидно-нитридной связке

6.2 Исследование свойств композиционных материалов сБК на боридно-нитридной связке

6.3 Сравнение физико-механических свойств разработанных и коммерческих

материалов

Глава 7 Исследование режущих свойств СМП из разработанных композиций и процессов их контактного взаимодействия с инструментальной сталью

7.1 Проведение токарных испытаний без удара

7.2 Исследование процессов контактного взаимодействия СМП из разработанных композиций с инструментальной сталью

7.3 Проведение токарных испытаний с ударом

7.4 Определение максимальных допустимых режимов резания

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение А

Приложение Б

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка инструментальной режущей керамики на основе кубического нитрида бора»

Введение

Актуальность темы исследования. Качество поверхности обрабатываемых материалов и эксплуатационные показатели режущего инструмента являются решающими факторами высокоэффективной и экономичной механической обработки. При этом наиболее важным показателем является износостойкость режущего инструмента, которая может быть увеличена за счет применения новых материалов или увеличения физико-механических свойств существующих.

В настоящее время наблюдается повышенный интерес к кубическому нитриду бора (сBN), как к одному из сверхтвердых инструментальных материалов, присутствующих на рынке. Известно, что режущие инструменты из композиционных материалов на основе поликристаллического кубического нитрида бора (ПКНБ, PCBN) обладают уникальным сочетанием свойств, таких как высокие показатели твердости, прочности, теплостойкости, износостойкости, коррозионной стойкости, стойкости к кратерному и химическому износу, низкое химическое сродство к металлам группы железа и низкий коэффициент трения. Благодаря этим свойствам они широко используются для механической обработки закаленных сталей, чугуна и других материалов с высокой твердостью в условиях чистовой, получистовой обработки [1-4].

Одной из существующих проблем является сложный и энергоемкий способ получения спеченных материалов на основе сВ^ требующий, как правило, применения давления при спекании выше 5 ГПа и, соответственно, дорогостоящей твердосплавной оснастки, а также крупнотоннажных гидравлических прессов. Поскольку статья затрат на механическую обработку является одной из наиболее существенных в машиностроении, использование для режущих инструментов материалов с более низкой себестоимостью позволит снизить затраты на механическую обработку и, таким образом, себестоимость производства изделий в целом.

Степень разработанности темы исследования. Развитие композиционных материалов на основе кубического нитрида бора для режущих инструментов, как одного из актуальных направлений в области машиностроения, осуществляется за

счет снижения содержания дорогостоящего компонента (оБК), разработки оптимальных составов, оптимизации микроструктур и совершенствования технологии получения материалов в соответствии с современным уровнем требований к качеству для выбранной группы обрабатываемых материалов.

В настоящее время задача разработки и выпуска отечественного режущего инструмента из композитов на основе кубического нитрида бора, конкурентоспособного с мировыми лидерами, и импортозамещения в автомобилестроении, самолетостроении, двигателестроении и других высокотехнологичных областях является весьма актуальной, и ее решение имеет существенное значение для развития металлообрабатывающих производств и российской экономики в целом.

Работа выполнена в ООО «Вириал» и на кафедре химической технологии тугоплавких неметаллических и силикатных материалов федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)».

Цели и задачи. Целью работы является получение наноструктурированной режущей керамики на основе кубического нитрида бора при пониженных параметрах процесса консолидации, предназначенной для механической обработки закаленных инструментальных сталей.

При выполнении диссертационного исследования решены следующие задачи:

- обоснован состав режущей композиции;

- обоснован выбор исходных материалов;

- исследован процесс измельчения интерметаллидных порошков;

- определены технологические параметры процесса консолидации разрабатываемых композиций;

- исследован фазовый состав, микроструктуру и физико-механические свойства консолидированных материалов;

- определены показатели эксплуатационных свойств сменных многогранных пластин, изготовленных из разработанных материалов. Исследованы процессы кон-

тактного взаимодействия разработанных режущих композиций с обрабатываемым материалом.

Научная новизна.

1. Установлено, что при консолидации материла системы cBN-Si3N4-Al2O3 методом HPHT с одновременной паро-жидкостной пропиткой алюминием происходит образование «in situ» наноразмерного AlN, упрочняющего границы между частицами компонентов связки - нитрида кремния и оксида алюминия.

2. Обосновано и экспериментально реализовано применение интерме-таллида TiAl/Ti3Al в качестве прекурсора для получения наноструктурированной боридно-нитридной связки в области неравновесных условий существования cBN.

3. На основе полученных данных о взаимодействии компонентов в системах cBN-Si3N4-Al2O3 и cBN-TiAl/Ti3Al-TiCN и оценки физико-механических свойств консолидированных материалов на их основе, показана целесообразность применения таких материалов для изготовления СМП, предназначенных для высокоскоростной механической обработки инструментальных сталей.

Теоретическая и практическая значимость.

1. Теоретически обоснованы параметры технологии и экспериментально реализованы методы получения наноструктурированных композиционных материалов на основе cBN методом HPHT при пониженных параметрах консолидации.

2. Разработанные в диссертационном исследовании материалы в системах cBN-Si3N4-Al2O3-AlN и cBN-TiCN-TiB2-TiN-AlN обладают комплексом физико-механических свойств, который позволяет рекомендовать их для изготовления сменных многогранных пластин для высокоскоростной механической обработки инструментальных сталей.

3. Получен патент Российской Федерации № 2576745 на композиционный наноструктурированный материал на основе cBN (со связкой Si3N4-Al2O3-AlN) и способ его получения.

4. В условиях производства ООО «Вириал» изготовлены опытные партии СМП из композиционного наноструктурированного материала cBN-TiCN-TÍB2-TÍN-AIN с содержанием кубического нитрида бора около 75%.

Методология и методы исследования.

Обработку результатов экспериментов осуществляли в соответствии с ГОСТ Р 8.736-2011. Определение дисперсности порошков проводили с применением лазерного дифракционного анализа на установке «La-950V2». Определение химического состава выполняли методом рентгенфлуоресцентной спектроскопии на кристалл-дифракционном сканирующем спектрометре «Спектроскан Макс-CV». Подготовку шлифов для определения комплекса физико-механических свойств осуществляли в соответствии с ГОСТ 9391-80. Определение плотности проводили в соответствии с ГОСТ 20018-74. Модуль упругости образцов определяли динамическим методом на приборе «Звук-130». Твердость по Виккерсу определяли в соответствии с ISO 14705. Трещиностойкость рассчитывали исходя из размера радиальных трещин, возникающих в материалах при индентировании их алмазной пирамидой в процессе измерения твердости. Морфологию исходных порошков и структуру консолидированных материалов изучали путем автоматического анализа изображений микроструктур (оптический микроскоп «LeicaDM 2500 М» + «ВидеоТест - Структура 5.2»), снимков со сканирующих (растровых) электронных микроскопов «TESCANMIRF 3» (с микроанализатором VEGA 3 SBH) и JE0L7001F. Рентгеновский анализ проводили на рентгеновском дифрактометре «Дрон-4».

Положения, выносимые на защиту.

1. Технологические приемы получения наноструктурированных композиционных материалов в системах cBN-Si3N4-Al203-AlN и cBN-TiCN-TiB2-TiN-AlN, обладающих новизной и технической реализуемостью.

2. Установленные закономерности влияния содержания Si3N4 в связке на физико-механические и эксплуатационные свойства композиционного материала системы cBN-Si3N4-Al2O3-AlN.

3. Результаты испытаний СМП из разработанных материалов на основе cBN с наноструктурированными керамическими связками при точении закаленных инструментальных сталей.

Степень достоверности и апробация работы. Достоверность экспериментальных результатов и сделанных на их основе выводов подтверждается согласующимися между собой данными, полученными различными и независимыми современными физико-химическими методами анализа. Сформулированные в работе выводы научно обоснованы и соответствуют современным научным представлениям.

Результаты диссертационной работы представлены в виде устных докладов на международной конференции «Proceedingsofthe 11th International Conferenceon High Speed Machining, (Prague, 2014), V и IX конференциях «Неделя науки» (Санкт-Петербург, 2015, 2019), на XVI международной конференции молодых ученых и специалистов «Новые материалы и технологии» (Санкт-Петербург, 2015), конференциях Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого с международным участием «Неделя науки» (Санкт-Петербург, 2015, 2017).

По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ: в том числе 2 статьи в рецензируемых журналах по списку ВАК РФ, а также 7 тезисов докладов на международных и российских конференциях, получен 1 патент на изобретение.

Глава 1 Аналитический обзор

1.1 Резание труднообрабатываемых материалов

Большинство явлений, сопровождающих процесс резания, тесно связаны друг с другом, и правильное понимание природы этих явлений невозможно без учета их взаимных связей. Процесс резания является одним из сложных физических процессов, при котором имеют место упругие и пластические деформации, этот процесс сопровождается большим трением, тепловыделением, наростообра-зованием, завиванием и усадкой стружки, упрочнением и износом режущего инструмента. Вскрыть физическую сущность процесса резания и установить причины и закономерности явлений, которыми он сопровождается, — основная задача науки о резании металлов. Правильное и полное решение этой задачи дает возможность рационально управлять процессом резания и делать его более производительным, качественным и экономичным [5].

Характер деформирования срезаемого слоя зависит от физико-механических свойств материала обрабатываемой заготовки, геометрии инструмента, режима резания, условий обработки. [6-8].

Точение закаленных сталей представляет важную задачу для современной промышленности. Закаленные стали широко используются в автомобилестроении, производстве подшипников, инструмента, штампов для обрабатывающей промышленности и др. отраслей. Традиционно закаленные стали подвергались механической обработке с использованием трудоемких и дорогостоящих операций шлифования и полирования. Применение операций шлифования ограничивается геометрией конечного изделия. Возможность получения изделий сложной формы в одной установке - главное преимущество точения твердых материалов, по сравнению со шлифованием. Другие преимущества включают снижение стоимости оборудования, меньше времени, затрачиваемое на установку детали, меньшее количество стадий процесса и возможность исключения использования сма-

зочно-охлаждающей жидкости (СОЖ), что благоприятно влияет на состояние окружающей среды [9-13].

Тяжелое точение отличается от обычного более высоким уровнем твердости обрабатываемых материалов (материалы из группы Н) и механизмом стружкооб-разования. Согласно прогнозам, при применении тяжелого точения к материалам группы Н при изготовлении деталей сложной формы вместо шлифования, производственные затраты могут сократиться на 30%. Расширение использования тяжелого точения является одной из ведущих тенденций современного развития металлообработки, наряду с высокоскоростным резанием и «сухой» обработкой (без СОЖ) [14-17].

Особенность процесса твердого точения заключается в том, что благодаря специально подобранной геометрии инструмента и режиму обработки в зоне контакта с режущей кромкой материал нагревается практически до состояния расплава (температура в точке контакта доходит до 1500 °С), что приводит к отпуску материала до твердости около 25 НЖС. После отделения стружки происходит быстрое охлаждение материала. В результате твердость детали уменьшается не более, чем на 2 единицы, а полученная стружка имеет твердость около 45 единиц. Деталь же в своей массе практически не нагревается.

Исходя из вышеизложенного, режущий материал должен обладать: высокой теплопроводностью, которая нивелирует локальные перепады температур, приводящие к возникновению термических напряжений, высокой жёсткостью и ударной вязкостью, препятствующей износу инструмента в процессе резания.

Перспективным для резания закаленных сталей и специальных сплавов является использование сверхтвердых материалов, к которым относятся искусственный алмаз и кубический нитрид бора. Указывается, что при обработке высокотвердых железоуглеродистых сплавов особенно эффективен лезвийный инструмент на основе cBN [18-20].

1.2 Сверхтвердые материалы

Сверхтвердые материалы, определяемые как материалы с твердостью по Виккерсу выше 40 ГПа, имеют большое значение для промышленного использования, в частности, в составе режущих инструментов [1]. На рисунке 1.1 приведены значения твердости известных тугоплавких соединений в виде «пирамиды», демонстрирующей уровень твердости кубического нитрида бора по отношению к другим твердым и сверхтвердым материалам [2].

Рисунок 1.1 - Пирамида твердости неметаллических тугоплавких

соединений

В таблице 1.1 дано сравнение свойств карбида кремния, твердого сплава, синтетического алмаза и кубического нитрида бора [2,3]. Из таблицы следует, что сверхтвердые материалы по своим физико-техническим свойствам значительно превосходят карбид кремния и твердые сплавы.

Подобно углероду, нитрид бора существует в виде нескольких модификаций: гексагональной (ГНБ или §БК), плотной гексагональной типа минерала вюрцита (ВНБ или wBN) и кубической (КНБ или еБК) [3,4] .

Таблица 1.1 - Свойства твердых и сверхтвердых материалов

Свойство Материал

SiC ВК-6 cBN Синтетический алмаз

Плотность, г/см3 3,21 14,00 3,51 3,48

Твердость по Виккерсу, ГПа 20 18 60 >100

Модуль упругости, ГПа 360±20 450±70 800±35 900±50

Трещиностойкость, МПам3/2 3,2±0,2 10,8±0,7 10,5±0,8 7,5±0,5

Следует отметить, что для кубического нитрида бора могут равноценно применяться разные обозначения: P-BN (как кристаллографической модификации) сBN (международное обозначение) и КНБ (русскоязычное обозначение). В литературном обзоре используются обозначения, применяемые авторами. В дальнейшем в диссертационной работе будут использоваться только международные обозначения.

Кубический нитрид бора, имеющий международное обозначение сBN, относится, наряду с алмазом, к классу сверхтвердых материалов (СТМ). cBN не имеет природного аналога. Его свойства близки к свойствам алмаза, а химический состав обуславливает его особенную ценность при обработке стали, поскольку, в отличие от алмаза, cBN практически не взаимодействует с железом при температурах резания.

Несколько уступая алмазу в твердости, cBN превосходит его по температу-роустойчивости. В отличие от алмаза, он сохраняет стабильность структуры вплоть до 2000 °С и не меняет своих характеристик на воздухе вплоть до 1300оС. Алмаз начинает интенсивно окисляться уже при температурах 650 - 700оС, в то время как работоспособность КНБ сохраняется до 1100 -1300оС. Кроме того, у алмаза падение твердости ускоряется после нагревания выше 500°С, а его твердость уступает твердости cBN при температурах выше 800 °С. Также установлено, что cBN остается инертным при контакте со сталью, чугуном и суперсплавами, даже в тех условиях, когда алмаз начинает реагировать с этими материалами и

теряет обрабатывающую способность. Кубический нитрид бора отличается также высокой стойкостью к циклическому воздействию высоких температур [1-4].

Уникальная комбинация свойств сБ№ высокая твердость и износостойкость, химическая инертность и высокая термостойкость в сочетании с низкой плотностью, позволяет использовать его в качестве режущего инструмента при обработке различных сталей, отбеленных чугунов, твердых сплавов и других труднообрабатываемых материалов и применять в условиях интенсивных истирающих воздействий [3].

Приведенные выше данные свидетельствуют о том, что кубический нитрид бора занимает прочное место на рынке режущих инструментов для обработки закаленных сталей и чугунов. Кроме того, благодаря высокой твердости, теплостойкости и химической стойкости cBN сохраняет значительный потенциал для расширения доли рынка в будущем. Исследования, проводимые активно во всем мире в последние 20 лет, позволили повысить эффективность синтеза и дали основу для развития композитной продукции на основе сВМ

1.3 Структура и условия получения кубического нитрида бора

Кристаллографическая аналогия родственных модификаций нитрида бора и углерода обусловлена подобием их электронного строения. Для атома бора схема электронных оболочек 2в22в22р, а для азота 2в22в22р3, что обеспечивает

" 3

возможность осуществления связей между этими атомами путем Бр3-гибридицации, т,е. формирования 4-х ковалентных связей, ориентированных к вершинам правильного тетраэдра, это аналогично связям между атомами углерода в структуре алмаза.

Впервые соединение BN было синтезировано в XIX веке в форме гексагональной графитоподобной модификации ^Б^Ы), стабильной при нормальных условиях. Под действием высоких давлений и температур в камерах высокого давления gBN превращается в алмазоподобные модификации [4].

Кубический нитрид бора впервые получен в 1957 году в США вслед за первыми успешными экспериментами по синтезу алмазов. При температуре выше 1350°С и давлении более 6,2 ГПа получена модификация нитрида бора с алмазо-подобной структурой. [4,21,22].

Установлено [3,4,21,22], что возможен как каталитический, так и прямой трансформационный переход графитоподобного нитрида бора в алмазоподобный, но без добавок катализаторов требуются более высокие давления и температуры. Условия прямого перехода BN близки к параметрам синтеза алмаза, что объясняется близостью структур алмаза и кубического нитрида бора, а также близостью их термодинамических свойств. В присутствии катализаторов, в частности, содержащих щелочные и щелочноземельные металлы, например, в форме нитридов, параметры перехода (давление и температура) gBN в cBN снижаются до 5,1 ГПа и 1200°С [3,23,24].

В 1963 г. Банди и Венторф [4,9] сообщили о прямых фазовых превращениях в нитриде бора, протекающих при высоких статических давлениях с получением кубической фазы и другой плотной модификации со структурой вюрцита (ВНБ). Вюрцитная модификация образуется преимущественно в области более низких температур при статическом сжатии и при динамическом, ударном сжатии, кубическая - при более высоких температурах и давлениях статического сжатия как с участием катализаторов-растворителей, так и без них, а также при высокотемпературном и многократном динамическом сжатии. В работах [4,25] обнаружено также, что при давлениях ударного сжатия, по крайней мере, около 50 ГПа, образуется только вюрцитная фаза.

Алмазоподобные модификации нитрида бора по типу структуры аналогичны соответствующим модификациям природного минерала ZnS, называемым, соответственно, сфалеритом и вюрцитом, которые имеют одинаковое координационное число 4 и отличаются друг от друга количеством атомов в элементарной ячейке:4 и 8, соответственно. В связи с этим кубическую модификацию нитрида бора называют сфалеритной и по международной номенклатуре обозначают р^^ плотную гексагональную- вюрцитной и

обозначают у-БК Гексагональная графитоподобная модификация нитрида бора обозначается а-БК [4].

Рентгеновская плотность у-БК примерно на 1% меньше плотности Р-БК, что обусловлено большим межслоевым расстоянием для у-БМ Изображения элементарных ячеек кристаллических решеток сфалеритной и вюрцитной модификаций БК предсталены на рисунке 1.2 [4].

а - модификация Р-БК (сфалеритная); б - модификация у-БК (вюрцитная),

отношение с/а =1,659 Рисунок 1.2 - Элементарные ячейки кристаллических решеток алмазоподобных

модификаций БК

Подобие электронного строения модификаций углерода и нитрида бора обуславливают подобие их диаграмм состояния, которые приведены на рисунке 3.

При давлениях ниже линий 1 (рисунок 3) стабильны, соответственно, графит и графитоподобный нитрид бора а-БК (§БК). При давлениях выше этих линий стабильны, соответственно, алмаз и алмазоподобные модификации нитрида бора Р-БК (сБК) и у-БК (ВНБ). Линии плавления модификаций нитрида бора подобны линиям плавления соответствующих модификаций углерода, но смещены в область более низких температур. Координаты тройной точки системы БК Р=9,5 ГПа; Т=3450оС [3,4,26].

О 1000 2000 3000 то Т,К

1 - линия равновесия модификаций y-BN, P-BN и гексагональной модификации а-BN; 2 - область прямого перехода в P-BN; 3 - линии плавления; 4 - обасть

каталитического перехода в P-BN Рисунок 1.3 - Диаграммы состояния нитрида бора (пунктирные линии) и углерода

(сплошные линии)

Линия термодинамического равновесия а-BN - P-BN в широком интервале температур с достаточно высокой точностью описывается эмпирическим уравнением прямой:

P = a +bT, (1.1)

где Р - давление, ГПа;

Т - температура, К;

а и b -коэффициенты.

Расчетные значения коэффициетов а и b, согласно [27], равны, соответственно, 0,1 и 0,0026 при указанных единицах измерения давления и температуры. Значения коэффициентов уравнения (1), определенные экспериментально, приведены в таблице 1.2 [4].

Крупнокристаллический cBN получают в условиях каталитического синтеза; мелкокристаллический, представленный всеми фазами высокого давления, - в условиях прямых переходов.

Температура, К Значения коэффициентов Катализаторы-растворители

а, ГПа Ь, Гпа^

1800-2600 0,18 0,0023 Mg, MgзN2, LiзN

1600 - 2400 0,90 0,0021 Mg, Li

1500 - 2300 0,15 0,0023 Mg, MgзN2

1600 - 2400 0,13 0,0023 LiзN

1300 - 2800 - 0,5 0,0032 Li, LiзN

1300 - 2800 - 0,8 0,0033 LiH, LiNH2

2000 - 3000 - 1,0 0,0023 Без катализатора-растворителя

Для каталитического синтеза характерны диффузионные процессы, поскольку они осуществляются в присутствии жидкой фазы (катализатора) вблизи линии равновесия при высоких температурах. Мелкокристаллические порошки получают путем прямых превращений а-BN^P-BN, которые могут протекать как по диффузионному механизму (при высоких температурах статического сжатия), так и по мартенситному (при низких температурах статического сжатия, а также при ударном сжатии) [3,4, 28].

1.4 Особенности механической обработки закаленных сталей с использованием материалов на основе кубического нитрида бора

Режущего инструмента с повышенной износостойкостью является одним из наиболее важных элементов механической обработки и достигается за счет использования более твердых, трещиностойких и химически стойких материалов. В настоящее время среди имеющихся материалов для режущих инструментов cBN -лучший кандидат для использования в тяжелой токарной обработке [11-19]. Как указывалось ранее, сБК, в отличие от алмаза, позволяет обрабатывать все черные металлы и сплавы. В частности, тяжелая токарная обработка закаленных сталей (например, стали 52100 для подшипников и автомобильных зубчатых колес и валов) с использованием сверхтвердого режущего инструмента из сБК уже дав-

но признано автомобильной промышленностью как средство точного изготовления компонентов трансмиссии [13].

Учитывая, что процесс обработки деталей из закаленных сталей инструментом из ПКНБ характеризуется высокими термобарическими нагрузками, эффективность процесса обработки и состояние формируемого при обработке поверхностного слоя во многом определяется величиной износа режущего инструмента [20].

Сообщается о различных типах износа инструментов при тяжелом точении. Показано, что срок службы инструмента в основном ограничен износом задней поверхности резца и выкрашиванием кромки. Было показано, что на износ задней поверхности влияют как физико-механические характеристики cBN материала, так и адгезия обрабатываемого материала к режущей кромке инструмента. Отмечено, что преобладающим типом износа сВ^инструмента при обработке серого чугуна является микровыкрашивание, аналогично керамическим инструментам. В целом, основными типами износа cBN-инструментов при тяжелом точении могут быть кратерный износ, износ по задней и передней поверхностям, трещины и микровыкрашивание. В качестве основных действующих механизмов износа отмечаются: абразивный, адгезионный и диффузионный. В степень износа задней поверхности резца вносит значительный вклад абразивный механизм за счет действия мартенсита и твердых частиц карбидов, которые могут содержаться в обрабатываемом материале, а также частиц кубического нитрида бора, появляющихся при уносе из материала инструмента вместе с металлической стружкой [1416,20,29].

Отмечается, что при относительно низких скоростях резания и, как следствие, при низких температурах в зоне резания, преобладают адгезионно-усталостный и абразивный виды износа, а при высоких скоростях резания может протекать диффузионный износ. При неблагоприятных условиях резания могут наблюдаться выкрашивания мелких частиц режущих кромок, а также сколы на передней и задних поверхностях. Например, для точения с ударом закаленных

быстрорежущих сталей и сталей с высоким содержанием хрома применять инструменты из ПКНБ не рекомендуется [30].

Установлено, что износ режущих инструментов на основе кубического нитрида бора при точении закаленных сталей с высокими скоростями резания связан с образованием продуктов химических реакций взаимодействия между инструментальным и обрабатываемым материалами [18]. В ряде исследований [31-34] отмечается образование наплавленного слоя на заднюю поверхность резцов из-за прохождения химических реакций. Возникающие новообразования, очевидно, имеют относительно невысокую температуру плавления и в жидком состоянии выдавливаются из зоны контакта к задней поверхности инструмента.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Булатов Олег Николаевич, 2020 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Kanyanta, V. Microstructure Property Correlations for Hard, Superhard, and Ul-trahard Materials / V. Kanyanta (Ed.). - Switzerland: Springer International Publishing, 2016. -244 p.

2. Новиков, Н. В. Физические и технические основы создания сверхтвердых материалов / Н. В. Новиков (отв. ред.) П. С. Кислый, В. Д. Андреев, С. А. Ивахненко // Синтетические сверхтвердые материалы: В 3 т. - Киев, Наукова думка, 1986. - Т. 1. - С. 10-36.

3. Monteiro, S. N. Cubic boron nitride competing with diamond as a superhard engineering material - an overview / S. N. Monteiro, A. L. D. Skury, M. G. de Azevedo, G. S. Bobrovnitchiib // Journal of Materials. Research and Technology. - 2013. - V. 2, № 1. -P. 68-74.

4. Голубев, А. С. Нитрид бора структура, свойства, получение / А. С. Голубев, А. В. Курдюмов, А.Н. Пилянкевич. - Киев: Наукова думка, 1987. - 200 с.

5. Аршинов, В. А. Резание металлов и режущий инструмент. Изд. 3-е, перераб. и доп. Учебник для машиностроительных техникумов / В.А. Аршинов, Г.А. Алексеев. - М.: Машиностроение, 1975, - 440 с.

6. Макаров, А. Д. Износ и стойкость режущего инструмента [Текст] - А.Д. Макаров - М.: Машиностроение, 1966. - 264 с.

7. Армарего, Дж. А. Обработка металлов резанием / Дж.А. Армарего, Р.Х. Браун; пер. с англ. В.А. Пластунова. - М.: Машиностроение, 1977. -325 с.

8. Бобров, В. Ф. Основы теории резания металлов / В.Ф. Бобров. - М.: Машиностроение, 1975. - 344 с.

9. Poulachon, G. Wear behavior of CBN tools while turning various hardened steels / G. Poulachon, B. P. Bandyopadhyay, I. S. Jawahir, S. Pheulpin and E. Seguin // Wear. - 2004. - V. 256. - Р.302-310.

10. Гаршин, А.П. Режущий инструмент на основе сверхтвердых материалов / А.П. Гаршин, Т.М. Связкина. — СПб.: ХИМИЗДАТ, 2019. —

104 с.: ISBN978-5-93808-330-1

11. Кабалдин, Ю. Г. Влияние способа изготовления инструмента из кубического нитрида бора на надежность его работы / Ю.Г. Кабалдин, И.Л. Лаптев, А.В. Хрипунов // Труды Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева. - 2010. - № 4(83). - С. 93-99.

12. Huang, Y. cBN tool wear in hard turning: a survey on research progresses / Y. Huang, Y. K. Chou, S. Y. Liang // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. - 2007. . - V. 35.-Is. 5. - С. 443-453.

13. Shihab, S. K. A review of turning of hard steels used in bearing and automotive applications / S. K. Shihab, Z. A. Khan, A. Mohammad & A. N. Siddiquee // Production & Manufacturing Research. - 2014. - V. 2, №1. - Р. 24-49.

14. Takatsu, S. Effect of CBN content on the cutting performance of poly crystalline CBN tools / S. Takatsu, Shimoda H, Otani K. // The International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. - 1983. - V. 2, №1. - Р. 24-49.

15. Derakhshan, E. D. Experimental Investigation on the Effect of Workpiece Hardness and Cutting Speed on Surface Roughness in Hard Turning With CBN / E.D. Derakhshan, A.A. Akbari // Proceedings of the World Congress on Engineering 2009. - London WCE 2009. - 2009, - V. 2, - Is.2. - Р. 1-3.

16. Yallese, A. M. Hard machining of hardened bearing steel using cubic boron nitride tool / M. A. Yallese, K. Chaouib, N. Zeghibb, L. Boulanouarb, J F. Rigalc // Journal of materials processing technology. - 2009, - V. 209, - Is.2. - Р. 10921104.

17. Sivaraman, V. Recent developments in turning hardened steels -A Review, / V. Sivaraman, S. Prakash // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. -2017. - V. 197, - №012009. - Р. 1- 9.

18. Сверхтвердые материалы. Получение и применение: монография в 6 т.- Т. 5: Обработка материалов лезвийным инструментом / под ред. С. А. Климен-

ко. - Киев: Институт сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля НАН Украины, 2006. 316 с.

19. Новиков, Н. В. Инструменты из сверхтвердых материалов / под. ред. Н. В. Новикова и С. А. Клименко. - М.: Машиностроение, 2014. - 608 с.

20. Клименко, С. А. Износ и стойкость инструмента, оснащенного пластинами из ПСТМ на основе КНБ, при чистовом точении закаленных сталей с большими подачами / С. А. Клименко, А. С. Манюхин, Ю. А. Мельнийчук // Сверхтвердые материалы. - 2012. - №1. - С. 66-74.

21. Wentorf, R. H. Cubic form of boron nitride / R.H. Wentorf // Journal of Chemical Physics. - 1957. -V. 26. - P. 956.

22. Wentorf, R. H. Synthesis of the cubic form of boron nitrid / R.H. Wentorf // Journal of Chemical Physics. - 1961. -V. 34. - P. 809 -812.

23. Process for making conducting cubic boron nitride and product therefrom. Patent US 3078232: МПК C04B35/5831 / Wentorf, R. H.; Schenectady, N. Y., заявитель General Electric Company. - № 2,978; заявл. 18.01.1960; опубл. 19.02.1963.

24. Abrasive material and preparation thereof. Patent US 2947617A: МПК C09K3/1409 / Wentorf, R. H., заявитель General Electric Company. -№ . 707,434; заявл. 06.01.1958; опубл. 02.08.1960.

25. Сверхтвердые материалы. Получение и применение: монография в 6 т. - Т. 2: Структура и свойства СТМ, методы исследования / под ред. В. М. Пере-вертайло. - Киев: Институт сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля НАН Украины, 2004. - 287 с.

26. Абдуллаев, О. Р. Исследование структурных и электрофизических свойств кубического нитрида бора / О.Р. Абдуллаев, А.С. Ларюшкин, М.В. Меженный // Материалы международной научно-технической конференции. - М.: Изд-во МИРЭА, 2014. - Часть.2.- С.116-119.

27. Сирота, Н. Н. Полиморфное а^Р превращение нитрида бора / Н.Н. Сирота, Н.А. Кофман // Доклады АН СССР. - 1979. -Т. 249, № 6. - С. 1346 -1348.

28. Сверхтвердые материалы. Получение и применение: монография в 6 т. -Т. 1: Синтез алмаза и подобных материалов / В. З. Туркевич и др., под ред. А. А. Шульженко. - Киев: Институт сверхтвердых материалов им. В. Н. Ба-куля НАН Украины, 2003. - 319 с.

29. Thamizhmanii, S. Machinability of hard stainless steel and alloy steel using PCBN tools / S. Thamizhmanii, Y. Sulaiman // Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering. - 2011. - V. 46. - Is.2. - Р. 169-174.

30. Технологические методы повышения износостойкости контактных площадок режущего инструмента [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://venec.ulstu.ru/lib/disk/2012/Grigorjev.pdf. - (дата обращения 10.10.2019).

31. Barry, J. Cutting tool wear in the machining of hardened steels Part II: cubic boron nitride cutting tool wear / J. Barry, G. Byrne // Wear. - 2001. - V. 247. -P. 152 - 160.

32. Farhat, Z. N. Wear mechanism of CBN cutting tool during high-speed machining of mouldsteel / Z.N. Farhat // Material Science Engineering A. - 2003. -V. 361. - P. 100 - 110.

33. Klimenko, S. A. Advanced ceramic tools for machining application-II / S. A. Klimenko, Y. A. Mukovoz, L. G. Polonsky // Key Eng. Mater. - 1996. -V. 114. - P. 1 - 63.

34. Arsecularatne, J. A. Wear and tool life of tungsten carbide, PCBN and PCD cutting tools / J. A. Arsecularatne, L. C. Zhang, C. Montross // International Journal of Machine Tools & Manufacture. - 2006. - V. 46. - P. 482 - 491.

35. Делеви, В.Г. Взаимодействие нитрида бора со сталями при высоком давлении / В. Г. Делеви, С. А. Ивахненко, Ю. А. Муковоз и др. // Физика и техника высоких давлений. - 1982. - №9. -С.51-54.

36. Вишневский, А.С. Взаимодействие нитрида бора со сталями и титаном / А.С. Вишневский, В. Г. Делези, Ю. А. Муковоз и др. // Синтетические Алмазы. - 1978. -№4. -С.17-22.

37. Lin,. H. M. Wear behavior in turning high hardness alloy steel by CBN tool / H. M. Lin, Y. S. Liao, C. C. Wei // Wear. - 2008. - Vol. 264. - P. 679 - 684.37

38. Синтетические сверхтвердые материалы: в 3-х т. Т.3. Применение синтетических сверхтвердых материалов / Редкол.: Н.В. Новиков (отв.ред) и др. -Киев: Наук. Думка, 1986. - 280 с.

39. Шульженко, А. А. Поликристаллические сверхтвердые материалы в режущем инструменте. Часть 2. Применение ПСТМ в режущих инструментах. Режимы обработки // Инструментальный свгг. - 1999, - № 6. - С. 10-12.

40. Arsecularatne, J. A. On machining of hardened AISI D2 steel with PCBN tools / J. A. Arsecularatne, L. C. Zhang, C. Montross, P. Mathew // Journal of Materials Processing Technology. - 2006, - V. 171. - Р. - 244-252.

41. Chou, Y .K. Experimental investigation on CBN turning of hardened AISI-52100 steel / Y. K. Chou, J. E. Evans, M. M. Barash // The Journal of Materials Processing Technology. - 2002. - V. 124. -Р. 274-283.

42. Klimczyk, P. Cubic boron nitride based composites for cutting applications / P. Klimczyk, P. Figiel, I. Petrusha, A. Olszyna // Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering. - 2011. - V. 44. - Is.2. - Р. 198-204.

43. Godoy, V. A. A. de. Turning of interrupted and continuous hardened steel surfaces using ceramic and CBN cutting tools / V. A. A. de Godoy, А.Е. Diniz // Journal of Materials Processing Technology. - 2011. - V. 211. - Is.2. - Р. 1014-1025.

44. Космынин, А. В. Оптимизация процессов высокоскоростной обработки / А.В. Космынин, С.П. Чернобай // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. - 2012. - № 4. - С. 94-95.

45. Космынин А.В. Перспективные технологии изготовления режущего инструмента / А.В. Космынин, С.П. Чернобай // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. - 2012. - №4. - С. 95.

46. Чернобай, С. П. Режущий инструмент для высокоскоростной обработки деталей летательных аппаратов / С.П. Чернобай, Н.С. Саблина // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. - 2012. -№ 2. - С. 54.

47. Космынин, А. В. Эффективность использования высокоскоростной обработки / А. В. Космынин, С. П. Чернобай, Н. С. Саблина // Международный

журнал прикладных и фундаментальных исследований. - 2014. - № 10-1. -С. 100-102.

48. Насад, Т. Г. Высокоскоростная обработка труднообрабатываемых материалов с дополнительными потоками энергии в зоне резания / Г.Г. Насад, А.А. Игнатьев. - Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2002. - 112 с

49. Гаршин, А. П. Керамика для машиностроения / А. П. Гаршин, В. М. Гро-пянов, Г. П. Зайцев, С. С. Семенов. - М.: ООО «Издательство Научтехлит-издат», 2003. - 384 с.

50. Гаршин, А. П. Материаловедение. Техническая керамика в машиностроении: учебник для академического бакалавриата / А. П. Гаршин. - 2-е изд., испр. и доп. - М.: Юрайт, 2016. - 296 с.

51. Олейник, Н. А. Ресурсосберегающая технология переработки продукта синтеза кубического нитрида бора с повышенным содержанием микропорошков / Н.А. Олейник // Резание и инструмент в технологических системах: Междунар. науч.-техн. Сб. - Харьков: НТУ «ХПИ», 2007. — Вып. 73. — С. 228-233.

52. Технолопчш особливост переробки продукту синтезу кубiчного штриду бору / Г. П. Богатирьова, А. Л. Майстренко, Н. О. Олшник, Г. А. Петасюк, Г. А. Базалш, В. Л. Гвяздовська, Г. Г. Пюра // Науковi нотатки: мiжвуз. зб. -Луцьк. - 2007. — Вип. 20. — С. 33-37.

53. Шульженко, А. А. Получение однородных по качеству термостабильных шлифпорошков кубического нитрида бора / А. А. Шульженко, Г. П. Богатырева, А. Н. Соколов // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент - техника и технология его изготовления и применения. - Киев: ИСМ им. В.Н. Бакуля, ИПЦ АЛКОН НАНУ, 2003. - С. 124129.

54. Филиппов, Г.В. Режущий инструмент / Г.В. Филиппов. - Л.: Машиностроение, 1981. - 392 с.

55. cBN-Abrasives-Handout [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://showadenko.us/wp-content/uploads/2018/08/cBN-Abrasives-Handout.pdf - (Дата обращения: 20.10.2019).

56. Способ получения поликристаллического композиционного материала Патент RU 2012 146 420 (А). ПК C22C 1/05, B82B 3/00 / Андриянов М.А., Иг-натенко О.В., Мальчуков В.В., Ткаченко В.В. патентообладатель ЗАО «Микробор Нанотех». - Заявка № 2012146420/02; заявл. 28.02.2011; опубл. 10.08.2014.

57. Novikov, N. V, Shulzhenko A. A. Superhard polycrystalline materials for cutting tools. In: VII Internationale Pulvermetallurgische Tagung. 1991, Dresden, Germany. p. 10-15.

58. Клименко, С. А. Технологические возможности инструментов, оснащенных композитами на основе кубического нитрида бора / С. А. Клименко, М. Ю. Копейкина, А. О. Чумак // Сучасш технологи в машинобудуванш: зб. наук. пр. - Харюв : НТУ "ХПТ, 2017. - Вип. 12. - С. 54-60.

59. Angseryd, J. Detailed microstructure of a cBN based cutting tool material / J. Angseryd, M. Elfwing, E. Olsson, H.-O. Andren // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials . - 2009. - V. 27. - Is.2. - Р. 249-255.

60. Humar, А. Materialy pro rezne nastroje (англ. Cutting materials tools) / Inter-aktivni multimedialni text pro vsechny studijni programy FSI, 2006 [Электронный ресурс] - Режим доступа: http: //ust.fme.vutbr.cz/obrabeni/opory-

save/mat_pro_rez_nastroje/materialy_pro_rezne_nastroje_v2.pdf - (Дата обращения: 07.11.2019).

61. Сайт компании ООО "НПФ "ИНТЕХ" [Электронный ресурс] - Режим доступа: http:// http://www.stm-inteh.ru// - (Дата обращения: 07.12.2019).

62. Сайт Института сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля Национальной Академии Наук Украины [Электронный ресурс] - Режим доступа: http:// www.ism.kiev.ua/ - (Дата обращения: 07.12.2019).

63. Сайт компании Kennametal. [Электронный ресурс] - Режим доступа: www.kennametal.com - (Дата обращения: 08.12.2019).

64. Сайт компании Sumitomo Electric [Электронный ресурс] - Режим доступа: www.sumicarbide.com - (Дата обращения: 05.12.2019).

65. Сайт компании Mitsubishi [Электронный ресурс] - Режим доступа: www.mitsubishicarbide.com - (Дата обращения: 05.12.2019).

66. Сайт компании Iscar [Электронный ресурс] - Режим доступа: www.iscar.ru -(Дата обращения: 08.12.2019).

67. Сайт компании Sandvik Coromant [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.sandvik.coromant.com - (Дата обращения: 01.12.2019).

68. Hard part tuming with new generation CBN grades [Электронный ресурс] -Режим доступа: http://www.sandvik.com - (Дата обращения 01.12.2019).

69. Сайт компании ООО «Вириал» [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.virial.ru/ - (Дата обращения: 01.12.2019).

70. Сайт компании Hyperion Materials & Technologies [Электронный ресурс] -Режим доступа: https://www.hyperionmt.com/ - (Дата обращения: 01.12.2019).

71. BZN® Compacts Tool Blanks and Inserts [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://www.hyperionmt.com/globalassets/product-pdfs/bzn/Hyperion_BZN_Compacts - (Дата обращения: 14.12.2019).

72. Инструментальные сверхтвердые материалы в производстве ООО «Вири-ал» / О. Н. Булатов, Н. Ю. Кораблева, В. И. Румянцев, и др. // Актуальные проблемы технологии производства современных керамических материалов: Сборник трудов научного семинара - СПб. Изд-во Политехнического университета, 2015. - 244 с. - С. 128-137.70

73. Sandvik Hyperion benefits of BZN Compacts [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://pdf. directindustry.com/pdf/hyperion-materials-technologies/sandvik-hyperion/14464-703011-_7.html - (Дата обращения: 01.12.2019).

74. Сверхтвердые материалы. Получение и применение: монография в 6 т. -Т. 3: Композиционные инструментальные материалы / А. Е. Шило и др., под

ред. А. Е. Шило. - Киев: Институт сверхтвердых материалов им.

B. Н. Бакуля НАН Украины, 2005. - 280 с.

75. Синтез, спекание и свойства кубического нитрида бора / А. А. Шульженко,

C. А. Божко, А. Н. Соколов и др. - К.: Наук. думка, 1993. - 255 с.

76. Rathinasabapathy S. Significance of Boron Nitride in Composites and Its Applications /S. Rathinasabapathy, M.S. Santhosh and M. Asokan // chapter in book: Recent Advances in Boron-containing Materials, Ed. By Metin Aydi^ IntechOpen. -2019. - Р.1- 11. DOI: 10.5772/intechopen.81557 [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://www.intechopen.com/online-first/significance-of-boron-nitride-in-composites-and-its-applications - (Дата обращения: 03.12.2019).

77. Sumiya, H. High-Pressure Synthesis of High-Purity and High-Performance Diamond and cBN Ceramics // Advances in Science and Technology: Proceedings of 11th International Ceramics Congress (CIMTEC-2006). - Trans Tech Publications Ltd, Switzerland, 2006. - V.45. - Р. 885. - 892.

78. Sintered compact for use in a tool and the method for producing the same. US Patent 4389465: МПК B23B27/14; C04B35/10; C04B35/117; C04B35/583 / Nakay N, Kono J., Yazu Sh., Hara A., заявитель Sumitomo Electric Industries. - Заявка № US19820349663; заявл. 17.02.1982; опубл. 21.06.1983.

79. Preparation of solid aggregates of high-density boron nitride crystals. France Patent 2455632: МПК B01J3/06; B01J3/08; C04B35/5831 / Cline, C. F; Wilkins M. W; Hare A. W., заявители: Cline, C. F; Wilkins M. W; Hare A. W. - Заявка № US19940334762; заявл. 21.12.1994; опубл. 27.08.1996.

80. Klimczyc, Р. Cubic boron nitride-Ti/TiN composites: hardness and phase equilibrium as a function of temperature / P. Klimczyc, E. Benko, K. Lawniczac // J Alloys and Compounds. - 2004. - V. 38. - Р. 195-205.

81. Production of hard composite material containing cubic boron nitride. Patent JPH09157771(A): МПК C04B35/645; C22C1/05 / Uzawa Masami; Kyoda Ma-koto; заявитель: Chichibu Onoda Cement Co. - Заявка № JP19950345612; заявл. 08.12.1995; опубл. 17.06.1997.

82. High-toughness boron nitride-base material sintered under superhigh pressure for cutting tool and wear resistant tool. Patent JPS5861256 (A): МПК C04B35/58; C04B35/583; C22C29/00; C22C29/16 / Shimatsu Toshimoto; Miwa Kishiyou; Ueda Fumihiro; Yamamoto Kazuo; Kawada Kaoru; заявитель: Mitsubishi Metal Co. - Заявка № 198101596231 заявл. 07.10.1981; опубл. 12.04.1983.

83. Stakhniv, N. E. Dynamic Phenomena in Finish Turning of Hardened Steels with cBN_Based Tools / N. E. Stakhniv, L. N. Devin, I. A. Petrusha, et al. // Journal of Superhard Materials. - 2009. - V.31. - № 3. - P.196-202.

84. Стахнив, Н. Е. Исследование влияния износа резца, оснащенного пластиной из композита на основе КНБ, на его вибрации при чистовом точении закаленных сталей / Н.Е. Стахнив, Л.Н. Девин // Сверхтвердые материалы. -2012. - № 3. - С. 62-69.

85. Копейкина, М. Ю. Концепция повышения износостойкости и производительности инструмента, оснащенного ПСТМ на основе КНБ / М.Ю. Копейкина, С.А. Клименко // Процеси мехашчно!' обробки в машино-будуванш. — 2009. - Вып.6. — С.119 - 129.

86. Триботехнические свойства сверхтвердых материалов / Ю. В. Найдич, А. Г. Косторнов, А. А. Адамовский, В. Т. Варченко, А. Д. Костенко // Порошковая металлургия. — 2011. - № 5/6. - С. 105 - 112.

87. Cubic boron nitride ceramic composites and methods of making thereof. US2010069224 (A1): МПК C04B35/5831 / Malik A.-S., Dole S., заявитель Diamond Innovations Inc. - №US20090561600; заявл. 17.09.2009; опубл.. 18.03.2010.

88. Cubic boron nitride ceramic composites and methods of making thereof. US2010069224 (A1): МПК C04B35/5831 / Malik A.-S., Dole S., заявитель Diamond Innovations Inc. - №US20090561600; заявл. 17.09.2009; опубл.. 18.03.2010.

89. Cubic boron nitride-based sintered material and manufacture thereof US2001036893 (A1): МПК C04B35/583; C04B35/5831 / E. Yasuhiro;

K. Shoichi; N. Yoshinori; H. Tatsuya, заявитель Aisin Seiki Kabushiki Kai-sha Co., Ltd. - № US20010767890; заявл. 24.01.2001; опубл. 01.11.2001.

90. JPS 5861256 (A): МПК C04B35/58; C04B35/583; C22C29/16 / I. Toshimoto; Mukhopadhyay A., Basu B. Consolidation-microstructure-property relationships in bulk nanoceramics and ceramic nanocomposites: a review / International Materials Reviews. - 2007. - V. 52, №5. - P. 257-288.

91. ZrO2-Al2O3 Composite ceramic material and production method therefor. US2009247390 (A1): МПК C04B35/482 / N. Masahiro; N. Hideo; S. Yasuhiko; заявитель: Panasonic Electric Works Co., Ltd. - №US20080123356; заявл. 19.05.2008; опубл. 01.10.2009.

92. M. Kishiyou; U. Fumihiro; Y. Kazuo; K. Kaoru; заявитель Mitsubishi Metal Corporation. - № JP19810159623; заявл. 07.10.1981; опубл. 12.04.1983.

93. cBN-TiN, cBN-TiC composites: chemical equilibria, microstructure / E. Benko, J.S. Stanislaw, B.Krolicka, et al. // Diamond and Related Materials. - 1999. -V.8. - Is. 10. - P. 1838-1846.

94. Li, Y. High pressure sintering behavior and mechanical properties of cBN-Ti3Al and cBN-Ti3Al-Al composite materials / Y. Li, Z. Kou, H. Wangetal. // High Pressure Research: An International Journal. - 2012. - V. 32. - № 4. - P. 524531.

95. Sintered compact for a machining tool and a method of producing the compact. CA1090062 (A): МПК B22F3/12; B22F7/02; B22F7/06; B23B27/14; C04B35/5831; C22C26/00 / Hara Akio; Yazu Shuji; заявитель: Sumitomo Electric Industries, Ltd. - №CA19770293584; заявл. 12.21.1977; опубл. 25.11.1980.

96. Bindal, M. M. High-pressure sintering of cubic boron nitride / M. M. Bindal, R. K. Nayar, S. K. Singhal, et al. // Journal of Materials Science. - 1986. - V. 21. - P. 4347-4351.

97. Divakar, С. Boron nitride based cutting tools / С. Divakar // Metals Materials And Processes. - 2000. - V. - 12. - Is. 2 - 3. - P. 197 - 214.

98. Sintered Cubic Boron Nitride Cutting Tool. US9381617 (B2): МПК B23B27/14; B24D3/08 / Malik Abds-Sami; заявитель: Diamond Innovations Inc. -№US201113175171; заявл. 01.07.2011; опубл. 05.07.2016.

99. Klimczyk, P. Cubic boron nitride-Ti/TiN composites: Hardness and phase equilibrium as function of temperature / P. Klimczyk, E. A Benko // Journal of Alloys and Compounds. - 2004. - V. 382. - Is.1-2. - P. 195-205.

100. Angseryd, J. et al. Detailed microstructure of a cBN based cutting tool material / J. Angseryd, M. Elfwing, E. Olsson et al // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. - 2009. - V.27. - Is. 2. - P. 249-255.

101. Subramanyam, K. Comparision of surface roughness and temperature between cubic boron nitride (cBN) and ceramic cutting tools when machining AISI52100 steel / K. Subramanyam, P. V. Rangarao, C. Eswara Reddy // International Journal of Advanced Engineering Research and Studies. - 2012. - V.1. - Is. 2. - P. 58-64.

102. High-pressure sintering of cBN-TiNi-Al composite for cutting tool application / X. Z. Rong, T. Tsurumi, O. Fukunaga et al // Diamond and Related Materials. -2002. - V.11. - P. 280 - 286.

103. Способ получения поликристаллического композиционного материала. Патент RU2525005 (С2): МПК C22C 1/05; B82Y 30/00 / Андрианов М. А., Иг-натенко О. В., Мальчуков В. В., Ткаченко В. В.; заявитель: Закрытое Акционерное Общество "Микробор Нанотех". - №RU2011/000113; заявл. 28.02.2011; опубл. 10.08.2014.

104. Abrasive compact composed mainly of cubic boron nitride and method of making same. WO9217618 (A1): МПК C04B35/5831; (IPC1-7): B24D3/00; C04B35/58; C09K3/14; C22C29/16 / Ringwood A. E.; заявитель: The Australian National University. - №WO 1992AU00127; заявл. 26.03.1992; опубл. 15.10.1992.

105. Cubic Boron Nitride Compact. US8679208 (B2): МПК B24D3/06 / Can Nedret; заявитель: Can Nedret. - № US20090996743; заявл. 08.06.2009; опубл. 25.03.2014

106. Связующее для сверхтвердого композиционного материала на основе кубического нитрида бора. Авторское свидетельство SU1683348 (C): МПК C22C29/16; C04B35/5831 / Моденов В.П. Воронин В.М.; патентообладатель: Институт физики высоких давлений им. Л.Ф. Верещагина; Заявка №4700381/33; заявл. 25.04.1989; опубл. 20.06.1998

107. Шихта для изготовления сверхтвердого композиционного материала. Патент RU1422512 (C): МПК B22F1/00; C22C29/16; B24D3/06 / Нуждина С. Г., Семерчан А. А., Садков Ю. А., Дульнев Б. В., Капустин А. И., Погонялин Ю. А.; заявители: Нуждина С. Г., Семерчан А. А., Садков Ю. А., Дуль-нев Б. В., Капустин А. И., Погонялин Ю. А. Заявка №853909425; за-явл. 03.06.1985; опубл. 30.05.1994.

108. Композит и способ его производства. Патент RU2146187 (C1): МПК B22F3/23; C22C29/00; C22C 1/05 / М. Коизуми, М. Охианаги, С. Хосоми , Е. А. Левашов, А. В. Троцуе, И. П. Боровинская; заявители: Дзе Исизука Ри-серч Инститьют, Лтд. (Япония), Мицуе Коизуми (Япония), Манси Охианаги (Япония), Московский институт стали и сплавов (РФ); Заявка №96107902/02; заявл. 22.09.1994; опубл. 10.03.2000.

109. Гринберг, Б.А. Интерметаллиды Ni3Al и TiAl: микроструктура, деформационное поведение / Б.А. Гринберг, М.А. Иванов - Екатеринбург: УрО РАН, 2002.

110. Деменок, А. О. Физико-химические методы выбора легирующих элементов для системы Al-Ti / А.О. Деменок, А.А. Ганаев // Ползуновский альманах. -2011. - № 4. - С. 10-13.

111. Самсонов, Г. В. Тугоплавкие соединения / Г.В. Самсонов, И.М. Винницкий. - М.: Металлургия, 1976. - 560 с.

112. Лякишев, Н. П. Диаграммы состояния двойных металлических систем. Справочник в 3-х т.: Т. 1 / Под общ. ред. Н.П. Лякишева - М.: Машиностроение, 1996. - 992 с.

113. Loria, E. A. Gamma titanium aluminides as prospective structural materials / E.A. Loria // Intermetallics. - 2000. - V, 8. - №. 9. - P. 1339-1345.

114. Froes, F. H. Synthesis, properties and applications of titanium aluminides / F. H. Froes, C. Suryanarayana, D Eliezer // Journal of materials science. - 1992. -Т. 27. - №. 19. - С. 5113-5140.

115. Karkina, L. E. Formation of microcracks in an indented Ti3Al intermetallic compound / L. E. Kar'kina, O. A. Elkina, L. I. Yakovenkova // Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. - 2007. - Т. 71. - №. 5. - С. 618-620.

116. Корнилов, И. И. Никелид титана и другие сплавы с эффектом «памяти» / И. И. Корнилов, О. К. Белоусов, Е. В. Качур. - М.: Наука, 1977. - 180 с.

117. Эффекты памяти формы и их применение в медицине / В. Э. Гюнтер, В. И. Итин, Л. А. Монасевич, Ю. И. Паскаль (под ред. Л. А. Монасевича). -Новосибирск: Наука, Сибирское отделение, 1992. - 742 с.

118. Nishida, M. Precipitation Processes in Near Equiatomic TiNi Shape Memory Alloys / M. Nishida, C. M. Wayman, T. Honma // Metallurgical and Materials Transactions A. - 1986. - V.17A. - № 9. - P 1505-1515.

119. Хачин, В. Н. Никелид титана. Структура и свойства / В. Н. Хачин, В .Г. Пушин, В. В. Кондратьев. - М.: Наука, 1992. - 160 с.

120. Акимов В. В. Разработка состава и технологии спекания дисперсно-упрочнённых композиционных материалов TiC-TiNi с повышенными вяз-коупругими свойствами / автореферат диссертации доктора технических наук. - Барнаул, 2007. - 35 с.

121. Пантелеев, В. Г. Мир материалов и технологий. Компьютерная микроскопия / В. Г. Пантелеев, О. В. Егорова, Е. И. Клыкова. - М.: Техносфера, 2005.304 с.

122. Endo, T. Precipitation mechanism of BN in the ternary system of B-Mg-N / T. Endo, O. Fukunaga, M. Iwata // Journal of Materials Science. - 1979. - V. 14. - № 7. P. - 1676-1680.

123. Crystal growth of the cubic boron nitride using Li3BN2 solvent under high temperature and pressure / M. Kagamida, H. Kanda, M. Akaishi et al // Journal of Crystal Growth. - 1989. - V.94. - № 1. - P. 261-269.

124. Сверхтвердые материалы. Получение и применение. Монография в 6 т. / Т. 6. Алмазно-абразивный инструмент в технологиях механообработки / Под ред. А. О. Шепелева. — Киев: ИСМ им. В. Н. Бакуля, ИПЦ «АЛКОН» НАНУ, 2007. - 340 с.

125. Зайцев, А. А. Получение спеченного сплава на основе интерметаллида TiAl. Часть 2. Исследование процессов формования и спекания / А. А. Зайцев, Ю. Ю. Капланский, Ж. А. Сентюрина и др. // Известия вузов. Цветная металлургия. — 2016. —№ 1. - С. 50-62.

126. Прихна, А. И. Аппараты высокого давления в производстве синтетических алмазов / А.И. ПРихна // Сверхтвердые материалы. —2008. —№ 1. - С. 3-22.

127. Бакуль, В.Н. Разработка технологии синтеза алмаза и кубонита и организация их промышленного производства / В.Н. Бакульб А.И. Прихна. - В кн.: Синтетические сверхтвердые материалы и твердые сплавы. Киев: ИСМ АН УССР, 1973. - С. 3-11

128. Синтетические сверхтвердые материалы: в 3-х т. Т. 1. Синтез сверхтвердых материалов / Редкол.: Новиков Н.В. (отв. ред.) и др. - Киев: Наукова думка, 1986. - 280 с.

129. Боримский, А. И. Исследование стальных аппретов высокого давления для синтеза сверхтвердых материалов / А. И. Боримский, Т. Ю. Чипенко, Л. В. Труневич. - В кн.: Влияние высокого давления на структуру и свойства материалов. - Киев: ИСМ АН УССР, 1983. - С. 125-128

130. Витязь, П. А. Синтез и применение сверхтвердых материалов / П.А. Витязь, В.Д. Грицук, В.Т. Сенють. — Минск: Белорусская наука, 2005. - 359 с.

131. Циклис, Д. С. Техника физико-химических исследований при высоких и сверхвысоких давлениях / Д.С. Цикли. - М.: Химия, 1976.— 432 с.

132. Изменение электрического сопротивления PbS, PbS и РЬТе под давлением до 200000 кг/см / A. A. Семерчан, H. H. Кузин, Л. Н. Дроздова и др. // Доклады СССР. - 1963. - Т. 152. - №5. - С. 68

133. Hall, G. T. Ultra-High-Pressure, High-Temperature Apparatus the "Belt" / G.T. Hall // Review of Scientific Instruments. - 1960. - V 31. - N 2. - P. 125-131.

134. Первые опыты по высокотемпературному синтезу углеводородных систем / Э.Б. Чекалюк, Г.Е. Бойко, В.Н. Бакуль и др. // Проблемы геологии и техники освоения сверхглубокого бурения. К.: Нукова думка, 1969. -173 с.

135. Влияние фазовых превращений в материале контейнера на условия синтеза сверхтвердых материалов / A. A. Шульженко, Г. В. Чипенко, Ю. С. Масленко и др. - Киев: ИСМ АН УССР, 1978. - 158 с.

136. Безруков, Г. Н. Синтетический алмаз / Г. Н. Безруков, В. П. Бутузов, М. И. Самойлович. - М.: Недра, 1976. - 118с.

137. Измерение давления в реакционном объеме в процессе нагрева камеры высокого давления / А. Е. Шкидченко, С. Ю. Кудров. Г. А. Барашков и др. // Абразивы. Экспресс-информация. М., 1983. - № 5.

138. Сошников, А. В. Получение интерметаллидно-керамической связки для создания композиционного материала на основе cBN / А.В. Сошников, О.Н. Булатов // Сборник тезисов IX научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых в рамках мероприятий, посвященных 150-летию открытия Периодического закона химических элементов Д.И. Менделеевым «Неделя науки-2019». - СПб: СПбГТИ (ТУ), 2019. - С.66.

139. Композиционный наноструктурированный материал на основе cBN и способ его получения. Патент RU2576745: МПК C04B35/583; C04B35/5831 / О.Н. Булатов, Н.Ю. Кораблева, В.А. Пономаренко, Н.Ю. Ковеленов, И.А. Кузнецова, заявитель и патентообладатель: ООО «Вириал». - Заявка № 2015108459; заявл. 10.03.2015; опубл. 10.02.2016.

140. Булатов, О. Н. Фазовый состав и физико-механические свойства режущих композиций на основе кубического нитрида бора / О. Н. Булатов, С. С. Орданьян, В. И. Румянцев, Н. Ю. Кораблева, В. Н. Фищев // Огнеупоры и техническая керамика. - 2019. - № 1-2. - С.3-9.

141. Витязь, П. А. Производство наноструктурных инструментальных материалов на основе кубических нитрид бора / П. А. Витязь, В. Т. Сенють, М. Л. Хейфец, А. Н. Москаленко, В. В. Закоржевский // Вестник ЖДТУ. Серия «Технические науки». - 2017. -№. 2 (80). - С.34-38.

142. Булатов, О. Н. Наноструктурированный композиционный материал на основе кубического нитрида бора: получение, свойства, применение / О. Н. Булатов, В. И. Румянцев С. С. Орданьян, А. В. Сошников // Огнеупоры и техническая керамика. - 2019. - №10. - С. 3-8.

143. Булатов, О. Н. Режущий композиционный материал на основе cBN / О. Н. Булатов, Н. Ю. Кораблева, В. И. Румянцев, С. С. Орданьян // Сборник тезисов V-ой научно-технической конференции молодых учёных «Неделя науки-2015» 25-27 марта 2015 г. - СПб.: Изд-во СПбГТИ(ТУ), 2015. -С. 108.

144. Запорожец, О. И. Упругие свойства и пластичность поликристаллов и режущих композиционных материалов на основе кубических нитрид бора /

0. И. Запорожец, И. А. Петруша, С. Н. Дуб и др. // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент - техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. - М.: ИСМ им. В. М. Бакуля НАН Украины, 2019. - Вып. 22. - С. 175-187.

145. Spriggs, G. E. Hard materials / G.E. Spriggs // Powder Metallurgy Data. Refractory, Hard and Intermet. Mater. - Berlin: Springer-Verlag, 2002. - P. 28-220.

146. D'Evelyn, Mark P. Elastic properties of translucent polykrystalline cubic boron nitride as characterized by the dynamic resonance metod / Mark P. D'Evelyn, T. Takashi. // Diamond Relat. Mater. - 1999. - № 8. - Р. 1522-1526.

147. Булатов, О. Н. Материал на основе cBN для обработки жаропрочных сплавов / О. Н. Булатов, С. С. Орданьян, Н. Ю. Кораблева, В. И. Румянцев // XIV Международная конференция молодых ученых и специалистов «Новые материалы и технологии» 17-19 июня 2015 г. - Тезисы докладов. - Санкт-Петербург: ГНЦ ФГУП «ЦНИИ КМ «Прометей». - С. 63.

148. Bulatov, O. cBN-based cutting tools for high-speed cutting of hardened steel and cast iron grades / O. Bulatov, N. Korableva, N. Kovelenov, V. Ponomarenko,

1. Kuznetsova // Book of Abstracts of the 11th International Conference on High Speed Machining. - HSM2014-14054. - 2014. - P. 60.

149. Булатов, О. Н. Режущий инструмент на основе cBN / О.Н. Булатов, Н.Ю. Ковеленов, А.Ф. Садыкова // Неделя науки СПбПУ: материалы научного форума с международным участием. Институт металлургии, машиностроения и транспорта. Часть 2. - СПб: Издательство Политехн. Ун-та, 2019. -С. 424.

150. Макарова, Л.А. Режущие инструменты из керамических и композиционных материалов для обработки жаропрочных сплавов / Л.А. Макарова, О.Н. Булатов, Н.Ю. Ковеленов // Неделя науки СПбПУ: материалы научного форума с международным участием. Институт металлургии, машиностроения и транспорта. Часть1. - СПб: Издательство Политехн. Ун-та, 2015 г. - с. 344.

151. Bulatov, O. cBN-based cutting tools for high-speed cutting of hardened steel and cast iron grades / O. Bulatov, N. Korableva, N. Kovelenov, V. Ponomarenko, I. Kuznetsova // Proceedings of the 11th International Conference on High Speed Machining, published on CD, ISBN 978-80-904077-7-0. - 2014. - HSM2014-14054.

152. Ахназарова, С. Л. Методы оптимизации эксперимента в химической технологии: Учеб. Пособие для хим.-технол. Спец. Вузов - 2-е изд., перераб. и доп / С.Л. Ахназарова, В.В. Кайфаров - М.: «Высшая школа», 1985. - 327 с.

153. Скраган, В. А. Лабораторные работы по технологии машиностроения -Учебное пособие для студентов вузов по курсу «Технология Машиностроения». Изд. 2-е, перераб. и доп. / В. А. Скраган, И. С. Амосов, А. А. Смирнов. - Л.: «Машиносторение», 1974. - 192 с.

154. Бухштейн, В. И. Исследование механизма износа двухслойных пластин К10Д при обработке закаленных хромистых сталей / В. И. Бухштейн, А. М. Тихонцов, В. М. Волкогон и др // Сверхтв. материалы. - 1989. - № 4. -С. 45-51;

155. Манохин, А. С. Температура резания при безвершинном точении закаленных сталей // Процессы механической обработки в машиностроении: Сб. науч. трудов. - Житомир: ЖДТУ, 2009. - Вып. 6. - С. 101-111.

Приложение А

¡неральный директор ООО «Вириал»

I /Румянцев В.И./

» [О 2019г.

АКТ

о выпуске опытной партии сменных многогранных пластин на основе кубического нитрида бора

Настоящий акт составлен представителями ООО «Вириал»: директором по управлению проектами Агафоновым С.В, главным технологом по механической обработке Ковеленовым Н.Ю. и заключается в том, что в сентябрь 2019г. на предприятии ООО «Вириал» была изготовлена опытная партия сменных многогранных пластин (СМП) с содержанием кубического нитрида бора 75% с наноструктурированной керамической связкой ТЮИ-'ПВг-АШ-'ПМ. Материал разработан начальником опытно-экспериментального участка ООО «Вириал» Булатовым О.Н. в рамках диссертационной работы на тему «Разработка инструментальной режущей керамики на основе кубического нитрида бора» на соискание ученой степени кандидата технических наук. Объем опытной партии составил 100 шт.

Изготовленные СМП предназначены для обработки инструментальных сталей с твердостью 58-62 ед. при работе в тяжелых условиях резания: скорость резания 100 м/мин, подача 0,2 мм/об, глубина резания 0,5 мм.

Разработанный состав рекомендован для внедрения в серийное производство ООО «Вириал».

¿г

Директор по управлению проектами

С.В. Агафонов

Главный технолог по механической обработке

Н.Ю. Ковеленов

Приложение Б

Авторы: Булатов Олег Николаевич ^Ц), Кораблева Наталья Юрьевна ^Ц), Пономаренко Валентин Алексеевич ^Ц), Кузнецова Ирина Андреевна ^Ц), Ковеленов Николай Юрьевич ^Ц)