К вопросу об особенностях механизмов упрочнения в металлической матричной композиции

Введение. Функциональные свойства алмазных порошков обусловлены масштабным структурным фактором, поскольку он влияет на формирование структурночувствительных механических свойств — пределов прочности и текучести. Учитывая качественную корреляцию между пределом текучести и твердостью, можно прогнозировать повышение твердости, в том числе высокотвердых материалов.

Материалы и методы. Рассмотрены, систематизированы и представлены в виде таблицы физические характеристики основных типов наполнителей, входящих в состав упрочнителей. В качестве связки использована оловяни-стая бронза M2-01 (20 мас. % олова, 80 % меди). В нее добавляли ультрадисперсный природный алмаз (УДПА, 0,5-4 мас. %), а также порошки природного алмаза (фракции 3/2 мкм, 7/5 мкм, -40 мкм), полученные при переработке алмазов на предприятии ОАО «Сахадаймонд». Названные материалы изготавливались на дробильноклассификационном оборудовании и вибростолах. Стадии получения порошков фиксировались с помощью растровой электронной микроскопии. Для классификации алмазных порошков по зернистости применяли вибросита. Физические и механические характеристики изготовленных образцов испытывали по стандартным методикам. Для взвешивания использовали лабораторные электронные весы четвертого класса ВЛТЭ-500. Плотность определяли микрометром МК 0-25 мм по ГОСТ 6507-78. Результаты исследования. Через фактическую и теоретическую плотности рассчитана пористость. Выяснилось, что с уменьшением размера фракции наполнителя наблюдается улучшение физико-механических свойств связки, модифицированной алмазным порошком.

Наилучшие показатели отмечены у образцов с наполнителем из УДПА.

Обсуждение и заключения. В результате проведенного исследования отмечено, что расчетные данные отличаются от экспериментальных, т. к. показывают увеличение упрочнения материала пропорционально количеству вводимых в объем частиц алмаза. Выдвинуто предположение, то рассмотренная модель упрочнения (модель Орована) не учитывает образование углерода и агломерацию алмазов в более крупные объекты в объеме матрицы при повышении количества вводимых алмазов. Если объем частиц УДПА достигает 3 %, в материале растет содержание углерода. В результате частицы наполнителя полностью не окисляются, тем самым увеличивая количество пор в материале.

1. Емельянова, М. А. Формирование абразивного материала на основе медь-титан-алмаз / М. А. Емельянова, Г. Н. Романов, И. И. Ноев // Вестник Якут. гос. ун-та. — 2010. — Т. 7, № 1. — С. 64-70.

2. Иванов, Д А. Дисперсноупрочненные, волокнистые и слоистые неорганические композиционные материалы / Д А. Иванов, А. И. Ситников, С. Д Шляпин. — Москва : Изд-во МАТИ РГТУ, 2009. — 306 с.

3. Microstructure and mechanical properties of near net shaped aluminium/alumina nanocomposites fabricated by powder metallurgy / K. Kallip [et al.] // Journal of Alloys and Compounds. — 2017. — № 714. — P. 133-143.

4. Interface-induced strain hardening of graphene nanosheet/aluminum composites / Y. Jiang [et al.] // Carbon. — 2017. — № 146. — P. 17-27.

5. Molecular dynamics simulation on formation mechanism of grain boundary steps in micro-cutting of polycrystalline copper / D. Liu [et al.] // Computational Materials Science. — 2017. — № 126. — P. 418-425.

6. Saba, F., Zhang, F., Liu, S., & Liu, T. Reinforcement size dependence of mechanical properties and strengthening mechanisms in diamond reinforced titanium metal matrix composites / F. Saba [et al.] // Composites. Part B: Engineering. — 2019. — № 167. — P. 7-19.

7. Deformation and strengthening mechanisms of a carbon nanotube reinforced aluminum composite / F. Mokdad [et al.] // Carbon. — 2017. — № 104. — P. 64-77.

8. Локтюшин, В. А. Контактные взаимодействия в композиционных материалах / В. А. Локтюшин, Н. А. Адаменко, Л. М. Гуревич // Волгоград : ВолгГТУ, 2004. — 74 с.

9. Vaughan Strength of Diamond / J. Donald // Science. — 1994. — Vol. 266. P. 419-422.

10. Краткий справочник физико-химических величин / Под ред. К. П. Мищенко, А. А. Равделя. — Ленинград : Химия, 1974. — 200 с.

11. Физические величины. Справочник / А. П. Бабичев [и др.]. — Москва : Энергоатомиздат, 1991. — С. 363-450.

12. Паркаева, С. А. Адсорбционные свойства модифицированных порошков детонационного наноалмаза по данным газовой хроматографии / С. А. Паркаева, Л. Д. Белякова, О. Г. Ларионов // Сорбционные и хроматографические процессы. — 2010. — Т. 10., вып. 2 — С. 283-292.

13. К. М. Исламкулов Моделирование процесса упрочнения малоуглеродистых сталей / К. М. Исламкулов, Ж. Т. Айменов, Д У. Смагулов // Успехи современного естествознания. — 2014. — № 10. — С. 73-75.

14. Азыгалиев, У. Ш. Структурная модификация органополимерных строительных композитов / У. Ш. Азыгалиев // Вестник КГУСТА. — 2012. — № 3. — С. 29-33.

15. Мальцева, Л. А. Материаловедение / Л. А. Мальцева, М. А. Гервасьев, А. Б. Кутьин. — Екатеринбург : 118 УГТУ-УПИ, 2007. — 339 с.

16. Материаловедение / В. С. Кушнер [и др.]. — Омск : Изд-во ОмГТУ, 2008. — 232 с.

17. Carlton, C. E. What is behind the inverse Hall-Petch effect in nanocrystalline materials? / C. E. Carlton, P. J. Ferreira // Acta Materialia. — 2007. — Vol. 55. — P. 3749-3756.

18. Основы количественной и компьютерной металлографии / В. А. Ким [и др.]. — Комсомольск-на-Амуре : КнАГТУ, 2013. — 133 с.

19. Козлов, Э. В. Барьерное торможение дислокаций. Проблема Холла — Петча / Э. В. Козлов, А. Н. Жданов, Н. А. Конева // Физическая мезомеханика. — 2006. — № 3. — С. 81-92.