cvmetИзвестия вузов. Цветная металлургияIzvestiya. Non-Ferrous Metallurgy0021-34382412-8783НИТУ МИСИС10.17073/0021-3438-2022-6-71-80cvmet-1431Research ArticleМеталловедение и термическая обработкаPhysical Metallurgy and Heat TreatmentВлияние нагрева в различных средах твердых сплавов групп ВК и ТК на качество поверхностиEffect of heating VK and TK group hard alloys in various media on surface qualityБогодуховС. И.BogodukhovS. I.

докт. техн. наук, профессор кафедры материаловедения и технологии материалов

460018, г. Оренбург, пр. Победы, 13

Dr. Sci. (Eng.), prof., Department of materials science and technology materials

460018, Orenburg, Pobeda ave., 13

ogu@mailgate.ruКозикЕ. С.KozikE. S.

канд. техн. наук, доцент кафедры начертательной геометрии, инженерной и компьютерной графики

г. Оренбург

Cand. Sci. (Eng.), associate prof., Department of descriptive geometry, engineering and computer graphics 

Orenburg

ele57670823@yandex.ruСвиденкоЕ. В.SvidenkoE. V.

канд. техн. наук, доцент кафедры материаловедения и технологии материалов

г. Оренбург

Cand. Sci. (Eng.), lecturer, Department of materials science and technology materials 

Orenburg

tzvetkova.katia2016@yandex.ruОренбургский государственный университет (ОГУ)РоссияOrenburg State University (OSU)Russian Federation2022071220222867180Copyright © Богодухов С.И., Козик Е.С., Свиденко Е.В., 20222022Богодухов С.И., Козик Е.С., Свиденко Е.В.Bogodukhov S.I., Kozik E.S., Svidenko E.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://cvmet.misis.ru/jour/article/view/1431

Проведенные исследования по модифицирующему воздействию на поверхность твердого сплава, поверхностному легированию и химико-термической обработке металла, термодиффузионному насыщению и вакуумному ионно-плазменному напылению показали изменение шероховатости его поверхности и эксплуатационных свойств. Для оценки поведения различных групп твердых сплавов в процессе нагрева в различных средах использовали величину шероховатости. Образцами служили штабики размером 5× 5× 35 мм и четырехгранные пластины 15,8×15,8 мм твердых сплавов ВК8 и Т14К8. Измерение параметров шероховатости поверхности осуществляли на профилометре, реализующем контактный (щуповой) метод. Полученные значения шероховатости были проанализированы в системе Microsoft Excel в расчете на интегральный процент и построены гистограммы. Исследование влияния среды нагрева на шероховатость поверхности проводили как на штабиках, так и на пластинах (с отверстиями и без них), используя расплав «насыщающий элемент – буферное вещество» (50–100 % BaCl2). В качестве насыщающего элемента (25 %) применяли желтую кровяную соль K4(Fe(CN)6) и буру Na2B4O7. Непосредственно на изделиях (после оценки влияния среды нагрева на шероховатость) определяли микротвердость и износ при резании. Выявлено, что нагрев твердых сплавов ВК8 и Т14К8 в различных средах увеличивает шероховатость и уменьшает износ при резании до 2 раз. Структуру исходных материалов до и после нагрева в различных расплавах изучали на растровом электронном микроскопе JCM-6000 («Jeol Ltd.», Япония) при увеличении 1000–3000 крат. Пластины в исходном состоянии и после нагрева в различных расплавах подвергали стойкостным испытаниям на токарно-винторезном станке модели 1А616 путем торцевого точения осевой заготовки из стали марки ОС (близкой по структуре и свойствам к Ст45) размером 210 ×1650 мм из непрерывно-литого металла (ГОСТ 4728-2010). Результаты рентгеноструктурного анализа твердого сплава ВК8 после нагрева в различных средах не выявили изменение фазового состава. Наряду с этим наблюдалось незначительное изменение параметров тонкой структуры карбидной фазы сплава: произошло небольшое увеличение микронапряжений с одновременным уменьшением блоков мозаики.

The studies carried out to explore the modifying effect on the surface of a hard alloy, surface alloying and thermochemical treatment of metal, thermal diffusion saturation, vacuum ion-plasma deposition demonstrated changes in surface roughness and performance. This paper used roughness to evaluate the behavior of various hard alloy groups when heated in various media. The samples were 5× 5× 35 mm bars and 15.8 ×15.8 mm tetrahedral plates made of VK8 and T14K8 hard alloys. Surface roughness parameters were measured on the profilometer implementing the contact (probe) method. Roughness values obtained were analyzed in the Microsoft Excel system based on an integral percentage and histograms were constructed. The effect of the heating medium on the surface roughness was studied both on bars and plates (with and without holes) using the saturating element/buffer substance (50–100 % BaCl2) melt. K4(Fe(CN)6 potassium ferrocyanide and Na2B4O7 borax were used as a saturating element (25 %). Microhardness and cutting wear were determined directly on the products (after determining the heating media effect on roughness). The heating of VK8 and T14K8 hard alloys in various media increases roughness and reduces cutting wear up to 2 times. The structure of initial materials before and after heating in various melts was studied using the JCM-6000 scanning electron microscope (Jeol Ltd., Japan) at a magnification of 1000–3000×. Plates in their initial state and after heating in various melts were subjected to resistance tests on the 1A616 screw-cutting lathe by face turning of an axle billet made of OS steel (similar in structure and properties to St45) 210 ×1650 mm in size of continuously cast metal (GOST 4728-2010). X-ray diffraction analysis of the VK8 hard alloy after heating in various media demonstrated the absence of changes in the phase composition. Along with this, there was a slight change in the carbide phase fine structure parameters of the alloy, namely a slight increase in micro-stresses with a simultaneous decrease in mosaic blocks.

твердосплавные штабики и четырехгранные пластины марок ВК8 и Т14К8износ при резаниимикроструктураразмер частицVK8 and Т14K8 hard-alloy bars and tetrahedral platescutting wearmicrostructureparticle sizeReferencesМухин И.М. Твердые сплавы в мелкосерийном производстве. Киев: Наук. думка, 1981. Mukhin I.M. Hard alloys in small-scale production. Kiev: Naukova Dumka, 1981 (In Russ.).Мухин И.М. Твердые сплавы в мелкосерийном производстве. Киев: Наук. думка, 1981. Mukhin I.M. Hard alloys in small-scale production. Kiev: Naukova Dumka, 1981 (In Russ.).Креймер Г.С. Долговечность твердых сплавов. М.: Металлургия, 1971. Kreimer G.S. Durability of hard alloys. Moscow: Metallurgiya, 1971 (In Russ.).Креймер Г.С. Долговечность твердых сплавов. М.: Металлургия, 1971. Kreimer G.S. Durability of hard alloys. Moscow: Metallurgiya, 1971 (In Russ.).Кипарисов С.С., Левинский Ю.В., Петров A.П. Карбид титана (получение, свойства и применение). М.: Металлургия, 1987. Kiparisov S.S., Levinsky Yu.V., Petrov A.P. Titanium carbide (obtaining, properties and application). Moscow: Metallurgiya, 1987 (In Russ.).Кипарисов С.С., Левинский Ю.В., Петров A.П. Карбид титана (получение, свойства и применение). М.: Металлургия, 1987. Kiparisov S.S., Levinsky Yu.V., Petrov A.P. Titanium carbide (obtaining, properties and application). Moscow: Metallurgiya, 1987 (In Russ.).Лошак М.Г., Александрова Л.И. Упрочнение твердых сплавов. Киев: Наук. думка, 1975. Loshak M.G., Alexandrova L.I. Hardening of hard alloys. Kiev: Naukova Dumka, 1975 (In Russ.).Лошак М.Г., Александрова Л.И. Упрочнение твердых сплавов. Киев: Наук. думка, 1975. Loshak M.G., Alexandrova L.I. Hardening of hard alloys. Kiev: Naukova Dumka, 1975 (In Russ.).Дроздов Ю.Н., Павлов В.Г., Пучков В.Н. Трение и износ в экстремальных условиях: Справочник. М.: Машиностроение, 1986. Drozdov Yu.N., Pavlov V.G., Puchkov V.N. Friction and wear under extreme conditions: Directory. Moscow: Mashinostroenie, 1986 (In Russ.).Дроздов Ю.Н., Павлов В.Г., Пучков В.Н. Трение и износ в экстремальных условиях: Справочник. М.: Машиностроение, 1986. Drozdov Yu.N., Pavlov V.G., Puchkov V.N. Friction and wear under extreme conditions: Directory. Moscow: Mashinostroenie, 1986 (In Russ.).Zhang Li., Wang Yuan-Jie., Yu Xian-Wang., Chen Shu., Xiong Xiang-Jin. Crack propagation characteristic and toughness of functionally graded WC—CO cemented carbide. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2008. Vol.26. No. 4. P. 295—300.Zhang Li., Wang Yuan-Jie., Yu Xian-Wang., Chen Shu., Xiong Xiang-Jin. Crack propagation characteristic and toughness of functionally graded WC—CO cemented carbide. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2008. Vol.26. No. 4. P. 295—300.Colovcan V.T. Some analytical consequences of experiment data on properties of WC—Co hard metals. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2008. Vol. 26. No. 4. P. 301—305.Colovcan V.T. Some analytical consequences of experiment data on properties of WC—Co hard metals. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2008. Vol. 26. No. 4. P. 301—305.Guo Zhixing., Xiong Ji., Yang Mei., Jiang Cijin. WC—TiC— Ni cemented carbide with enhanced properties. J. Alloys Compd. 2008. Vol. 465. No. 1-2. P. 157—162.Guo Zhixing., Xiong Ji., Yang Mei., Jiang Cijin. WC—TiC— Ni cemented carbide with enhanced properties. J. Alloys Compd. 2008. Vol. 465. No. 1-2. P. 157—162.Креймер Г.С. Прочность твердых сплавов. М.: Металлургия, 1971. Kreimer G.S. Strengh of hard alloys. Moscow: Metallurgiya, 1971 (In Russ.).Креймер Г.С. Прочность твердых сплавов. М.: Металлургия, 1971. Kreimer G.S. Strengh of hard alloys. Moscow: Metallurgiya, 1971 (In Russ.).Панов В.С., Чувилин А.М. Технология и свойства спеченных твердых сплавов и изделий из них. М.: Издво МИСиС, 2001. Panov V.S., Chuvilin А.М. Technology and properties of sintered hard alloys and their products. Мoscow: MISIS, 2001 (In Russ.).Панов В.С., Чувилин А.М. Технология и свойства спеченных твердых сплавов и изделий из них. М.: Издво МИСиС, 2001. Panov V.S., Chuvilin А.М. Technology and properties of sintered hard alloys and their products. Мoscow: MISIS, 2001 (In Russ.).Bock H., Hoffman H., Blumenauer H. Mechanische Eigenschaften von Wolframkarbid-Kobalt legierugen. Technik. 1976. Bd. 31. No. 1. S. 47—51.Bock H., Hoffman H., Blumenauer H. Mechanische Eigenschaften von Wolframkarbid-Kobalt legierugen. Technik. 1976. Bd. 31. No. 1. S. 47—51.Gurland J. The Fracture strength of sintered WC—Co alloys in relation to composition and particle spacing. Trans. Met. Soc. AIME. 1963. Vol. 227. No. 1. P. 28—43.Gurland J. The Fracture strength of sintered WC—Co alloys in relation to composition and particle spacing. Trans. Met. Soc. AIME. 1963. Vol. 227. No. 1. P. 28—43.Suzuki H., Hayashi K. Strenght of WC—Co cemented carbides in relation to their fracture sources. Planseeber. Pulvermet. 1975. Vol. 23. No. 1. P. 24—36.Suzuki H., Hayashi K. Strenght of WC—Co cemented carbides in relation to their fracture sources. Planseeber. Pulvermet. 1975. Vol. 23. No. 1. P. 24—36.Tokova L.V., Zaitsev A.A., Kurbatkina V.V., Levashov E.A., Sidorenko D.A., Andreev V.A. Features of the influence of ZrO2 and WC nanodispersed additives on the properties of metal matrix composite. Russ. J. Non-Ferr. Met. 2014. Vol. 55. No. 2. P. 186—190.Tokova L.V., Zaitsev A.A., Kurbatkina V.V., Levashov E.A., Sidorenko D.A., Andreev V.A. Features of the influence of ZrO2 and WC nanodispersed additives on the properties of metal matrix composite. Russ. J. Non-Ferr. Met. 2014. Vol. 55. No. 2. P. 186—190.Бондаренко В.А. Обеспечение качества и улучшение характеристик режущих инструментов. М.: Машиностроение, 2000. Bondarenko V.A. Quality assurance and improvement of characteristics of cutting tools. Мoscow: Machinostroenie, 2000 (In Russ.).Бондаренко В.А. Обеспечение качества и улучшение характеристик режущих инструментов. М.: Машиностроение, 2000. Bondarenko V.A. Quality assurance and improvement of characteristics of cutting tools. Мoscow: Machinostroenie, 2000 (In Russ.).Либенсон Г.А. Процессы порошковой металлургии. М.: Изд-во МИСиС, 2001. Т. 1. Libenson G.A. Powder metallurgy processes. Мoscow: MISIS, 2001. Vol. 1 (In Russ.).Либенсон Г.А. Процессы порошковой металлургии. М.: Изд-во МИСиС, 2001. Т. 1. Libenson G.A. Powder metallurgy processes. Мoscow: MISIS, 2001. Vol. 1 (In Russ.).Kim C.S., Massa T.P., Rohrer G.S. Modeling the relationship between microstructural features and the strengh of WC—Co composites. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2006. Vol. 24 (1). P. 89—100.Kim C.S., Massa T.P., Rohrer G.S. Modeling the relationship between microstructural features and the strengh of WC—Co composites. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2006. Vol. 24 (1). P. 89—100.Yamamoto T., Ikuhara Y., Watanabe T., Shirase F. High resolution microscopy study in Cr3C2-doped WC—Co. J. Mater. Sci. 2001. No. 36. P. 3885—3890.Yamamoto T., Ikuhara Y., Watanabe T., Shirase F. High resolution microscopy study in Cr3C2-doped WC—Co. J. Mater. Sci. 2001. No. 36. P. 3885—3890.Jaensson B.O. Die Untersuchung von Verformungsersheinungen in Hochfeste WC—Co Legierungeen mit Hilfeeines neuen Localisierungsverfahrens fur die Abdruckelektronenmicroscopie. Pract. Metallograf. 1972. Bd. 9. No. 11. S. 624—641.Jaensson B.O. Die Untersuchung von Verformungsersheinungen in Hochfeste WC—Co Legierungeen mit Hilfeeines neuen Localisierungsverfahrens fur die Abdruckelektronenmicroscopie. Pract. Metallograf. 1972. Bd. 9. No. 11. S. 624—641.Третьяков В.И. Металлокерамические твердые сплавы. М.: Металлургиздат, 1962. Tretyakov V.I. Nitriding of refractory metals. Moscow: Metallurgizdat, 1962 (In Russ.).Третьяков В.И. Металлокерамические твердые сплавы. М.: Металлургиздат, 1962. Tretyakov V.I. Nitriding of refractory metals. Moscow: Metallurgizdat, 1962 (In Russ.).Wang J.B., Lian Y.Y., Feng F., Chen Z., Tan Y., Yang S., Liu X., Qiang J.B., Liu T.Z., Wei M.Y., Wang Y.M. Microstructure of the tungsten and reduced activation ferritic-martensitic steel joint brazed with an FE-based amorphous alloy. Fusion Eng. Design. 2019. Vol. 138. P. 164—169.Wang J.B., Lian Y.Y., Feng F., Chen Z., Tan Y., Yang S., Liu X., Qiang J.B., Liu T.Z., Wei M.Y., Wang Y.M. Microstructure of the tungsten and reduced activation ferritic-martensitic steel joint brazed with an FE-based amorphous alloy. Fusion Eng. Design. 2019. Vol. 138. P. 164—169.Panov V.S. The role of binding phase in hard alloys (Analytical review). Inorg. Mater.: Appl. Res. 2021. Vol. 12. No. 1. P. 30—33.Panov V.S. The role of binding phase in hard alloys (Analytical review). Inorg. Mater.: Appl. Res. 2021. Vol. 12. No. 1. P. 30—33.Lantsev E.A., Malekhonova N.V., Nokhrin A.V., Chuvil’- deev V.N., Boldin M.S., Andreev P.V., Smetanina K.E., Murashov A.A., Blagoveshchenskiy Y., Isaeva N.V. Spark plazmasintering of fine-grained WC hard alloys with ultra-low cobalt content. J. Alloys Compd. 2021. Vol. 857. P. 157—159.Lantsev E.A., Malekhonova N.V., Nokhrin A.V., Chuvil’- deev V.N., Boldin M.S., Andreev P.V., Smetanina K.E., Murashov A.A., Blagoveshchenskiy Y., Isaeva N.V. Spark plazmasintering of fine-grained WC hard alloys with ultra-low cobalt content. J. Alloys Compd. 2021. Vol. 857. P. 157—159.Oskolkova T.N., Glezer A.M. Surface hardening of hard tungsten-carbide alloys: a review. Steel Trans. 2017. Vol. 47. No. 12. P. 788—796.Oskolkova T.N., Glezer A.M. Surface hardening of hard tungsten-carbide alloys: a review. Steel Trans. 2017. Vol. 47. No. 12. P. 788—796.Jonsson H. Studies of the binder phase in WC—Co cemented carbides heat-treated at 950 °C. Planseeber. Pulvermet. 2019. Vol. 1. P. 37—55.Jonsson H. Studies of the binder phase in WC—Co cemented carbides heat-treated at 950 °C. Planseeber. Pulvermet. 2019. Vol. 1. P. 37—55.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.