М О Юрчук - Деякі фізико-механічні властивості середньозернистого твердого сплаву вк6 спеченого за температури існування рідкої фази - страница 1

Страницы:
1 

ВИПУСК 11, 2011

Процеси механічної обробки в машинобудуванні

УДК 669.018.025

М.О. Юрчук, к.т.н.

Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля

НАН України І.М. Діордіца, асист. В.М. Юрчук, студ.

Національний технічний університет України «КПІ»

ДЕЯКІ ФІЗИКО-МЕХАНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ СЕРЕДНЬОЗЕРНИСТОГО ТВЕРДОГО СПЛАВУ ВК6, СПЕЧЕНОГО ЗА ТЕМПЕРАТУРИ ІСНУВАННЯ РІДКОЇ ФАЗИ

В статті описуються особливості формування структури твердого сплаву ВК6 за температури існування рідкої фази, сформульовані основні принципи отримання в серійних умовах двофазних твердих сплавів групи ВК з оптимальною структурою.

Вступ. Проблема формування структури при спіканні твердих сплавів є до сих пір дискусійною. Це обумовлено тим, що на формування структури твердих сплавів впливає дуже багато суб'єктивних і об'єктивних факторів. Особливо дискусійним є механізм формування структури в процесі спікання.

Автори більшості досліджень схиляються до того, що при спіканні діють два механізми: перекристалізація через рідку фазу і коалесценція [1, 2]. Але це не доведено. Так відомо [3], що перекристалізація через газову і рідку фазу проходить з прийнятною швидкістю, тоді, коли розмір частинок менше 10"5 см, тобто менше 10" 1 мкм. При виготовленні твердих сплавів вихідний розмір частинок WC складає 1-3мкм, тобто більший від вказаного. Тому якщо процес перекристалізації і проходить, то з невеликою швидкістю.

Крім того, не зважаючи на те, що при охолодженні сплаву від лінії ліквідус механізм зародження і росту монокристалів за рахунок виділення з розплаву змінюється на механізм перекристалізації через рідку фазу, на що вказують Ліфшиц і Сльозов [4], не встановлено, за якої же температури спікання твердих сплавів один механізм змінюється на інший. При цьому бездоказово ігнорується механізм зародження і росту первинних кристалів із рідкої фази. Не виключно що, при охолодженні з високих температур спікання в структурі твердих сплавів повинні з'являтися первинні кристали WC-фази, що виділяються з рідкої фази, якої при високих температурах спікання

© М.О. Юрчук, І.М. Діордіца, В.М. Юрчук, 2011

295вже існує значна кількість. Тому проблема наявності різних видів кристалів карбіду вольфраму в структурі твердих сплавів досі є дискусійною і вимагає нових досліджень.

Процес коалесценції частинок карбіду вольфраму (WC) може протікати тільки тоді, коли вони торкаються одна одної. В твердих сплавах же це відбувається тільки тоді, коли в сплаві мало зв'язки.

Значні недоробки є і в методичному плані. Відсутність комп'ютерів в ті часи, коли проводились дослідження процесів формування структури при спіканні твердих сплавів, не дозволяла обчислювати велику кількість зерен WC, тому при обчисленні могли бути отримані значні відхилення від дійсних величин, що могло вплинути на висновки, зроблені в розглянутих роботах.

Враховуючи значні недоліки в дослідженні процесів формування структури твердих сплавів і нові методичні можливості, була проведена робота по дослідженню впливу температури спікання кобальтового середньозернистого твердого сплаву ВК на процес формування його мікроструктури. При цьому основну увагу було звернено на виявлення механізмів зародження, росту і перекристалізацію через рідку фазу зерен WC.

У роботі [5] наведені результати дослідження особливостей формування структури твердого сплаву ВК6 за температури існування рідкої фази, а також паспортні дані вихідної порошкової суміші сплаву, підготовка суміші до пресування і пресування дослідних зразків (штабиків), температура спікання сплаву.

Методика дослідження. Коерцитивну силу Нсм (кА/м) зразків вимірювали приладом "Кобальт-1" [6], густину спечених зразків р (г/см3) - методом гідростатичного зважування лабораторними вагами ВЛР-200м [7], твердість зразків за Роквеллом (шкала А) НЯА шляхом вдавлювання алмазного наконечника з внутрішнім кутом 120о±0,5о під попереднім навантаженням 98,07Н і загальним 1471Н твердоміром моделі ТК-2 [8].

Межі міцності при згині сплавів Rbm (МПа) визначали за методикою випробувань твердих сплавів [9]. Для одержання достовірних значень в одній точці використовували по п'ятнадцять зразків розміром 5x5x35 мм, попередньо відшліфованих до стандартної шорсткості поверхні [10]. Випробування здійснювали відповідно до вимог стандарту [11] на універсальній випробувальній машині FP-10 (максимальне навантаження 9,8 кН) за триточкового навантаження при відстані між опорами 30±0,5 мм. Навантажуючи опори були оснащені вкладками з твердого сплаву ВК3, що виключають зминання в місцях контакту опор з випробовуванимзразком   при   навантаженні.   Фіксували   руйнівне навантаження, будували діаграму "навантаження Р — переміщення по лінії дії сили Швидкість переміщення рухливої траверси становила 2 мм/хв. Межі міцності при згині сплавів обчислювали за формулою 3 Pl

Rbm = 7ГТГ , (1)

2 bh

де Р - навантаження руйнування зразка; l - відстань між опорами; b, h - розміри зразка в поперечному розрізі.

Результати дослідження. При спіканні сплаву за температур 1300-1550 оС його густина перебуває в допустимих державним стандартом межах - 14,6-15,0 г/см3, що відповідає густині сплаву, який випускається переважно твердосплавними заводами Росії. Подальше підвищення температури спікання до 1750 оС зумовлює збільшення пористості (табл. 1), що в основному приводить до зниження густини сплаву (рис. 1).

Подібна картина зміни коерцитивної сили, твердості та міцності Rbm сплаву ВК3 [12] спостерігається і для сплаву ВК6, але дещо з іншими особливостями (рис. 1).

Таблиця 1.

Структурні характеристики твердого сплаву ВК6, спеченого за різних температур

Температура спікання, оС

1300

1350

1400

1450

1470

1500

1530

1550

1750

Кількість пор розміром

до 50 мкм, %

_

_

_

_

А_1 0,02

Д_1 0,1

Д_1 0,1

Д_1 0,1

Д_2 0,2

 

50_100 мкм

_

_

_

_

54

52, 109

54, 109

73, 109

90, 2х109

Розподіл перетинів зерен WC за розмі-рами на шліфах сплаву, %

1,0 мкм

61

51

51

48

38

35

23

19

16

 

2,0 мкм

22

22

22

19

18

18

16

15

15

 

3,0 мкм

9

11

17

18

17

15

13

12

11

 

4,0_5,0 мкм

6

6

5

5

14

15

15

17

20

 

6,0_7,0 мкм

_

5

2

4

8

7

12

14

15

 

8,0_10,0 мкм

1

3

2

3

3

6

9

11

7

 

11,0_15,0 мкм

1

2

1

2

1

3

7

7

6

 

16,0_20,0 мкм

_

_

_

1

1

1

4

4

6

 

20,0 мкм

_

_

_

_

_

_

1

1

2

 

30,0 мкм

_

_

_

_

_

_

_

_

2

Ширина прошарків в 10 полях зору Єо фази, мкм

0,1_0,2

0,1_0,2

0,1_0,2

0,1_0,2

0,5 *р. 1,0

0,2_0,3

0,5

1,0 *р. 1,0

1,0_2_3 *р. 4

Особливості структури                            _____          неоднорідна   неоднорідна    неоднорідна неоднорідна

Максимальний розмір зерен WC в одному полі зору, мкм

 

 

 

 

 

20х30

45

45

50

Вміст включень вільного Є в структурі сплаву, % (по об'єму)

0,3_0,5 по всій

поверхні

0,3_0,4 по всій

поверхні

0,2

0,1_0,2 по всій

поверхні

0,1 по краю

 

 

 

0,1_0,2 по всій

поверхні

Примітки: 1. *р. _ рідко. 2. гц_фази в сплаві не виявлено.

І

CP

о

15

й m 14,8 § 14,6 £ 14,4 14,2

17 12 7

З о ft в

Из

2

90,5 89 87,5 86

s G 2050 с ~ 1800

В

(9

И

н

і

1550

1300

1050

 

 

 

 

 

¥-^

■4^5,0-

 

14,6

 

 

 

_       W -г-

.........12,2

 

- 9,8

 

1250 1300 1350 1400 1450 1500 1550 1600 1650 1700 1750 1800

Температура спікання, °С

Рис. 1. Фізико-механічні властивості твердого сплаву ВК6 (штрихові лінії вказують на граничні властивості згідно зі стандартами)

Коерцитивна сила зменшується з 13,0 кА/м за температури спікання 1300 °С до 11,8 кА/м за 1450 °С, але на цьому відрізку існує провал на Тсп = 1400 °С, де коерцитивна сила має значення 11,0 кА/м, який не можна пояснити. (Імовірно це випадковість.) Твердість сплаву ВК6 в інтервалі температур 1300-1440 оС змінюється хвилеподібно, від 89,7 за температури 1300 оС, 90 за температури 1350 оС, 89,5 за температури 1400 оС і до 89,6 за температури 1440 оС. Міцність Rbm в інтервалі температур 1300-1440 оС також провалюються. За Тсп = 1300 і 1440 оС міцність Rbm = 1990 МПа, а за Тсп = 1350 оС лише Rbm = 1750 МПа. Однак підвищення температури Тсп з 1440 до 1750 оС призводить до різкого зниження всіх характеристик сплаву. Така зміна характеристик проходить за рахунок росту пористості сплаву, росту розміру перетину зерна WC та ширини прошарків кобальтової фази (табл. 1).

Висновки. Густина сплаву, яка відчутно знижується за рахунок утворення пористості знижується вже за температур спікання більше 1550 оС (в сплаві ВК3 зниження густини спостерігається за температур спікання більше 1500 оС). І зниження коерцитивної сили, твердості і міцності Rbm спостерігається за температури спікання більше 1500 оС (в сплаві ВК3 зниження вказаних властивостей спостерігається за температур спікання більше 1450 оС). Коерцитивна сила, твердість і міцність Rbm сплаву ВК6 також більш чутливі до утворення пор в сплаві.

Як слідує з літературного огляду сплави ВК3 і ВК6 по стану карбідного скелету відносяться до одного класу, тобто до сплавів, в яких існує карбідний скелет. Тому логічно, що для них отримано аналогічні дані.

ЛІТЕРАТУРА:

1. Gopal S. Upadhyaya. Cemented tungsten carbides. Indian Institute of Technology, Kanpur. 1998. - 403 p.

2. Бондаренко В.П., Павлоцкая Э. Г. Спекание вольфрамовых твердых сплавов в прецизионно контролируемой газовой среде. - К. : Наук. думка, 1995. - 204 с.

3. Физическая энциклопедия / Гл. ред. А.М. Прохоров - М.: Сов. Энциклопедия. - 1990. - 703 с.

4. Ливщиц М.М., Слезов В.В. О кинетике диффузионного распада пересыщенных твердых растворов // Экспериментальная и теоретическая физика. - 1998. - № 1.-С. 56-67.

5. Юрчук М.О. Особливості формування структури середньозернистого твердого сплаву ВК6, спеченого за температури існування рідкої фази. //Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент - техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр.-2010.- Вып. 13.-С.

543 - 550.

6. ГОСТ 24916-81. Сплавы твердые спеченные. Метод определения коэрцитивной силы.

7. ГОСТ 20018-74. Сплавы твердые спеченные. Метод определения плотности.

8. ГОСТ 20017-74. Сплавы твердые спеченные. Метод определения твердости по Роквеллу.

9. ГОСТ 20019-74. Сплавы твердые спеченные. Определение предела прочности при поперечном изгибе.

10. ГОСТ 2789-73. Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики.

11. ГОСТ 28840-90. Машины для испытания материалов на растяжение, сжатие и изгиб. Общие технические требования.

12. Юрчук М.О. Властивості середньозернистого твердого сплаву ВК3, спеченого за температури існування рідкої фази // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент - техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. - 2009. - Вып. 12. - С. 424-429.

ЮРЧУК    Микола Олександрович - кандидат технічних наук, Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України. Наукові інтереси:

- матеріалознавство;

- підвищення працездатності різальних інструментів.

ДІОРДІЦА Ірина Миколаївна - асистент, Національний технічний університет України «КПІ». Наукові інтереси:

- нові технології;

- матеріалознавство.

ЮРЧУК      Василь   Миколайович   -   студент Національного технічного університету України «КПІ». Наукові інтереси:

- матеріалознавство;

- технологія машинобудування.

Подано 07.09.2011

Страницы:
1 


Похожие статьи

М О Юрчук - Деякі фізико-механічні властивості середньозернистого твердого сплаву вк6 спеченого за температури існування рідкої фази