"Разработка составов, технологий изготовления твердосплавных наноструктурированных композитов и изучение их физико-механических и эксплуатационных свойств" (договор №2244ГС/37062 от 16.11.2017) (заключительный)

Цель проекта - разработать составы и технологии изготовления твердосплавных наноструктурированных композитов с повышенным уровнем физико-механических и эксплуатационных свойств. Расчетными и экспериментальными методами установлены закономерности формирования структурно-фазового состояния и свойств твердосплавных композитов (наноструктурных и микрокристаллических), получаемых из бимодальных по размеру порошковых смесей (WC-Co) с модифицирующими добавками наночастиц. На основе проведенных экспериментальных исследований разработаны новые составы и обоснованы способы получения наноструктурированных твердосплавных композитов WCCo-Al₂O₃ с повышенной однородностью распределения фаз и улучшенным комплексом свойств за счет совместного использования композитных порошков (WC-Co) и добавок наночастиц - ингибиторов роста карбидного зерна, новых технологий термореактивного синтеза наночастиц Al₂O₃ в процессе спекания (заявка о выдаче патента на изобретение№ 2017145240 от 21.12.2017 г.). Результаты комплексных численных и экспериментальных электронно-микроскопических металлографических исследований в сочетании с данными механических испытаний прочностных свойств стандартными и оригинальными методиками наномикротвердометрии и упругопластических характеристик позволили оптимизировать составы и технологические режимы изготовления твердых сплавов на основе карбидов вольфрама (наноструктурированных и микрокристаллических, в том числе легированных ингибиторами роста зерна) с повышенным уровнем физико-механических характеристик: средний размер карбидного зерна от 0,8 до 1 мкм и толщина прослойки связующего около 0,2 мкм при существенном снижении контактности карбидных зерен, что обеспечивает соответствующее увеличение трещиностойкости (К1с) до 16 - 18 МПа∙м⁻² и прочности на изгиб до 2750 - 3100 МПа (в зависимости от состава и технологии изготовления), твердости по Виккерсу, - до 1600 HV. Результаты стойкостных испытаний опытных образцов инструмента (изготовленного на основе разработанных составов и технологий наноструктурированных твердосплавных композитов) в условиях обработки труднодеформируемых и сложнолегированных материалов и сплавов, в том числе высокоскоростного резания с использованием твердосплавных пластин новой конструкции (заявка на выдачу патента на изобретение №2018129347/02(047298) от 09.08.2018 г.) подтверждают преимущественные отличия новых твердосплавных композитов. Обеспечивается повышение коэффициента относительной стойкости до двух раз (в сравнении с базовым материалом), производительности (за счет увеличения допускаемой скорости резания - до 900 м/мин.) и одновременно качества обработки (снижение шероховатости обработанной поверхности в два раза). Достигнутый уровень свойств открывает возможности практического использования новых композитов при изготовлении инструмента различного функционального назначения для эксплуатации при повышенных скоростях резания и температурах. Укрупненная технико-экономическая оценка результатов интеллектуальной деятельности, полученных при выполнении проекта, показывает высокую эффективность принятых конструкторско-технологических решений и разработок, технические и технологические параметры соответствуют или превышают требования технического задания, уровень отечественных и зарубежных образцов.