Введение к работе
Актуальность темы. Сверхтвердые материалы (СТМ) алмаз и кубический нитрид бора (КНБ) относятся к числу важнейших инструментальных материалов. Эффективность использования СТМ при наготовлений и эксплуатации инструмента в значительной мере определяется знанием их механических свойств в широком диапазоне температурно-.временных параметров нагружения В большинстве видов инструмента( буровой, лезвийный, правящий) и при импульсном спекании СТМ испытывают кратковременные и высокоскоростные нагрузки. 13 технологических процессах синтеза и спекания под давлением имеет место пизкоскоростное нагружение. Температура при этом изменяется от десятков до тысяч градусов. '
Действие различных комбинаций указанных параметров обусловливает существенно иное, чем при нормальній условиях, механическое поведение СТМ. Опыт показывает, что учет температурно-временного фактора деформирования необходим лри проектировании инструмента, обосновании технологии его изготовления и режимов эксплуатации. В то же время данные о температурно-скоростноп зависимости характеристик прочности и пластичности СТМ до настоящего времени не получены.. Это связано, прежде всего, с особенностями образцов СТМ и методическими проблемами, решение которых имеет также прикладное значение для контроля 'качества абразивных порошков и инструментальных материалов на их основе. Таким образом, исследование влияния температурно-временных условий нагружения на характеристики прочности СТМ представляется актуальным в практическом и научно-методическом плане.
Цель работы - разработка комплексной методики определения прочности, твердости и трещиностойкости СТМ в.широком интервале температур и скоростей деформирования и исследование на базе этой методики закономерностей пластической деформации и разрушения алмаза и КНБ при различных температурно-временных условиях нагружения.
Научная новизна работы. Впервые получены зависимости прочности при сжатии и трещиностойкости алмаза, твердости СТМ и других высокопрочных материалов ог скорости (времени) нагружения. Впервые получены температурные зависимости динамической твердости алмаза и КНБ и изучено влияние структуры поликристалла на ату характеристику.
Получены новые данные о пластической деформации алмаза под ин-дентором. Установлено, что механизм образования высокотемпературного отпечатка в монокристалле алмаза существенно зависит от скорости нагружения. Скольжение дислокаций в области отпечатка индентора Кнупа наблюдается при температуре, которая па - lf>0n віліо при динамичес-
ком. чем при статическом нагружении. Зависимость твердости от скорости нагружения проявляется для алмаза при температурах выше 600 С. для КНБ - выше 400С. С увеличением размера зерна в поликристалле КНБ теыпературно-скоростная зависимость твердости усиливается.
Установлено, что прочность кристаллов синтетического алмаза с исходной трещиной возрастает со скоростью нагружения и снижается мри понижении температуры от 20 до -19бС, в то время как прочность бездефектного кристалла не зависит от скорости и времени наї'ружения.
Впервые предложена модификация методики разрезного стержня Гоп-кинсона для испытаний на твердость при индентировапии. Разработан расчетно-экспериментальный метод построения диаграмм внедрения инден-тора при динамическом нагружении в широком интервале температур.
Практическое значение и реализация работы. Экспериментальные данные о прочности синтетического алмаза в- широком интервале скоростей нагружения использованы при формировании технических условий на алмазные шлифпорошки. Данные о том, что что прочность при сжатии монокристаллов алмаза не зависит от скорости нагружения. имеют важное значение для технологических и коммерческих интересов производителей алмазов в связи с необходимостью сравнения показателей прочности порошков отечественного и зарубежного производства. В первом случае используются статические (одноосное сжатие), а во втором - динамические (виброударные, копровые) методы определения показателя прочности. Методика диаграмм индентировапии применена для аттестации лезвийного инструмента на основе КНБ, который внедрен в ІШ0 "Якуталмаа" для точения восстановленных наплавкой деталей автомобиля НД1200. Данные о температурно-скоростной и структурной зависимости твердости использованы для обоснования режимов спекания порошков СТМ.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены на V Республиканской и VI Всесоюзной конференциях "Физика разрушения" (Черновцы, 1985г., Киев,1989г.), на X - XIV республиканских конференциях молодых ученых "Получение, исследование и применение сверхтвердых материалов" (Киев, 1985,1986,1987,1988,1939г. г.), на XI Международ-ной конференции МАРИВД (Киев,1987г.), на Всесоюзном научно-техническом совещании по технологии обогащения природных алмазов (Москва, 1987г.), на сессии Научного Совета АН СССР "Физика процессов микровдавливания" (Кишинев,1980г.), на Всесоюзном семинаре "Пластическая деформация материалов в условиях внешних энергетических воздействий" (Новокузнецк,1988г.), на II Республиканской конференции "Дипамичее-кая прочность и трегшостойкость материалов" (Киев, 1988г.), на XII Всесоюзной конференции "Физика прочности и пластичности металлов и
сплавов'Ч Куйбышев, 1№9г. ), на І Республиканской конференции' молодых учених и преподавателей физики (Фрунзе,1900г.), на II Международной конференции "New Diamond Scien.s and Technology" (Вашингтон,ШЮ г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, приложения, изложена на 140 страницах машинописного текста и содержит 22 таблицы. 72 рисунка и список литературы, включающий 221 наименование. ,
