Влияние нагрева в различных средах твердых сплавов групп ВК и ТК на качество поверхности

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.

1. 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.).

2. Креймер Г.С. Долговечность твердых сплавов. М.: Металлургия, 1971. Kreimer G.S. Durability of hard alloys. Moscow: Metallurgiya, 1971 (In Russ.).

3. 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.).

4. 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.).

5. 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.).

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. Креймер Г.С. Прочность твердых сплавов. М.: Металлургия, 1971. Kreimer G.S. Strengh of hard alloys. Moscow: Metallurgiya, 1971 (In Russ.).

10. 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.).

11. Bock H., Hoffman H., Blumenauer H. Mechanische Eigenschaften von Wolframkarbid-Kobalt legierugen. Technik. 1976. Bd. 31. No. 1. S. 47—51.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.).

16. 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.).

17. 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.

18. 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.

19. 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.

20. Третьяков В.И. Металлокерамические твердые сплавы. М.: Металлургиздат, 1962. Tretyakov V.I. Nitriding of refractory metals. Moscow: Metallurgizdat, 1962 (In Russ.).

21. 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.

22. 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.

23. 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.

24. 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.

25. 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.