СТРУКТУРА И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА МОДЕЛЬНЫХ СПЛАВОВ WC–50%Co, СОДЕРЖАЩИХ ДОБАВКИ TaC

Изучены структура и магнитные свойства модельных высококобальтовых сплавов WC–50%Co с различным содержанием углерода и добавками TaC в количестве 1,6–5,6 мас.%. Модельные сплавы получены жидкофазным спеканием порошковых смесей при температуре 1420 °С, а их состав описывается формулой (мас.%): 50Сo + 50WC + xTaC + yC, где х = 0; 1,6; 2,6; 3,6; 4,6; 5,6 мас.%, а y = 0; 0,2; 0,5 мас.%. Показано, что во всех исследованных сплавах присутствуют выделения фазы (Ta,W)C, причем при концентрации TaC до 3,6 мас.% выделения (Ta,W)C имеют игольчатую форму, а при ³3,6 мас.% TaC форма зерен (Ta,W)C становится сферической. Выделения (Ta,W)C расположены как в связующей фазе, так и по границам зерен WC. Период решетки фазы (Ta,W)C в сплавах с пониженным содержанием углерода лежит в интервале от 0,4438 нм для сплава с 1,6 % TaC до 0,4451 нм для сплава с 4,6 % TaC. Методом микрорентгеноспектрального анализа установлено, что концентрация растворенного вольфрама в кобальтовой фазе сильно зависит от общего содержания углерода в сплаве, не зависит от доли TaC и составляет для сплавов с высоким, повышенным и пониженным содержаниями углерода 7, 12 и 17 мас.% соответственно. В сплавах с пониженным и повышенным содержаниями углерода добавка TaC приводит росту коэрцитивной силы на 875 А/м и снижению магнитного насыщения на 5–10 Гс·м3/г. Проведенные исследования позволили выдвинуть гипотезу о возможности формирования в связующей фазе дисперсных танталсодержащих выделений.

1. Fang Z., Eason J.W. Study of nanostructured WC—Co composites. Int. J. Refract. Met. Hard. Mater. 1995. Vol. 13. P. 297—303.

2. Fang Z., Maheshwari P., Wang X., Sohn H.Y., Griffo A., Riley R. An experimental study of the sintering of nanocrystalline WC—Co powders. Int. J. Refract. Met. Hard. Mater. 2005. Vol. 23. P. 249—57.

3. Xu Wang, Zhigang Zak Fang, Hong Yong Sohn. Grain growth during the early stage of sintering of nanosized WC—Co powder. Int. J. Refract. Met. Hard. Mater. 2008. Vol. 26. P. 232—241.

4. Sun L., Jia C.-C., Xian M. А research on the grain growth of WC—Co cemented carbide. Int. J. Refract. Met. Hard. Mater. 2007. Vol. 25. P. 121—124.

5. Petersson A., Ågren J. Sintering shrinkage of WC—Co materials with different compositions. Int. J. Refract. Met. Hard. Mater. 2005. Vol. 23. Iss. 4—6. P. 258—266.

6. Exner H.E. Physical and chemical nature of cemented carbides. Int. Met. Rev. 1979. Vol. 24. P. 149—173.

7. Roebuck B. Extrapolating hardness-structure property maps in WC/Co hardmetals. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2006 . Vol. 24. Iss. 1—2. P. 101—108.

8. Peng Y., Buchegger C., Lengauer W., Du Y., Zhou P. Solubilities of grain-growth inhibitors in WC—Co-based cemented carbides: Thermodynamic calculations compared to experimental data. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2016. Vol. 61. P. 121—127.

9. Pötschke J., Gestrich T., Richter V. Grain growth inhibition of hardmetals during initial heat-up. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2018. Vol. 72. P. 117—125.

10. Lukas L., Roman H., Christoph B., Marcel B., Walter L. Solid-state solubilities of grain-growth inhibitors in WC— Co and WC—MC—Co hardmetals. J. Alloys Compd. 2016. Vol. 675. P. 407—415.

11. Buchegger C., Lengauer W., Bernardi J., Gruber J., Ntaflos T., Kiraly F., Langlade J. Diffusion parameters of grain-growth inhibitors in WC based hardmetals with Co, Fe/Ni and Fe/Co/Ni binder alloys. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2015. Vol. 49. P. 67—74.

12. Huang S.G., Liu R.L., Li L., Van der Biest O., Vleugels J. NbC as grain growth inhibitor and carbide in WC—Co hardmetals. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2008. Vol. 26. Iss. 5. P. 389—395,

13. Kawakami M., Kitamura K. Segregation layers of grain growth inhibitors at WC/WC interfaces in VC-doped submicron-grained WC—Co cemented carbides. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2015. Vol. 52. P. 229—234.

14. Wei Su, Ye-xi Sun, Hai-lin Yang, Xian-qi Zhang, Jian-ming Ruan. Effects of TaC on microstructure and mechanical properties of coarse grained WC—9Co cemented carbides. Trans. Nonferr. Met. Soc. China. 2015. Vol. 25. Iss. 4. P. 1194—1199.

15. Park Y.J., Hwang N.M., Yoon D.Y. Abnormal growth of faceted (WC) grains in a (Co) liquid matrix. Metall. Mater. Trans. A. 1996. Vol. 27. Iss. 9. P. 2809—2819.

16. Wang Y., Heusch M., Lay S., Allibert C.H. Microstructure evolution in the cemented carbides WC—Co. I. Effect of the C/W ratio on the morphology and defects of the WC grains. Phys. Status Solidi А. 2002. Vol 193. Iss. 2. P. 271—283.

17. Панов В.С., Зайцев А.А. Твердые сплавы WC—Co, легированные карбидом тантала. Изв. вузов. Порошк. металлургия и функц. покрытия. 2015. No. 2. C. 44—48; Panov V.S., Zaitsev A.A. Tverdye splavy WC—Co, legirovannye karbidom tantala [WC—Co hard alloys alloyed with tantalum carbide]. Izvestiya vuzov. Poroshkovaya metallurgiya i funktsional’nye pokrytiya. 2015. No. 2. Р. 44—48.

18. Меерсон Г.А., Панов В.С Улучшенные марки твердых сплавов. М.: ГОСИНТИ, 1969; Meerson G.A., Panov V.S. Uluchshennye marki tverdykh splavov [Improved grades of hardmetals]. Moscow: GOSINTI, 1969.

19. Фальковский В.А. Инновации в технологии твердых сплавов: нанои ультрадисперсные структуры. М.: МИТХТ им. М.В. Ломоносова, 2008; Fal’kovskii V.A. Innovatsii v tekhnologii tverdykh splavov: nanoi ul’tradispersnye struktury [Innovations in the technology of hardmetals: nanoand ultradisperse structures]. Moscow: MITKhT im. M.V. Lomonosova, 2008.

20. Weidow Х.J., Andrén H.O. Grain and phase boundary segregation in WC—Co with TiC, ZrC, NbC or TaC additions. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2011. Vol. 29. P. 38—43.

21. Третьяков В.И. Основы металловедения и технологии производства спеченных твердых сплавов. М.: Металлургия, 1976; Tret’yakov V.I. Osnovy metallovedeniya i tekhnologii proizvodstva spechennykh tverdykh splavov [The bases of metallurgical science and the technology of production of sintered hard alloys]. Moscow: Metallurgiya, 1976.

22. Suzuki H., Kubota H. The influence of binder phase composition on the properties of WC—Co cemented carbides. Planseeberichte für Pulvermetallurgie. 1966. Vol. 14. P. 96—109.

23. Jonsson H. Studies of the binder phase in WC—Co cemented carbides heat-treated at 650 °C. Powder Metall. 1972. Vol. 15. P. 1—10.

24. Jonsson H. Studies of the binder phase in WC—Co cemented carbides heat-treated at 950 °C. Planseeberichte für Pulvermetallurgie. 1975. Vol. 23 P. 37—55.

25. Konyashin I., Lachmann F., Ries B., Mazilkin A.A., Straumal B.B., Kübel Chr., Llanes L., Baretzky B. Strengthening zones in the Co matrix of WC—Co cemented carbides. Scr. Mater. 2014. Vol. 83. P. 17—20.

26. Konyashin I., Ries B., Lachmann F., Cooper R., Mazilkin A., Straumal B., Aretz A., Babaev V. Hardmetals with nanograin reinforced binder: Binder fine structure and hardness. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2008. Vol. 26. Iss. 6. P. 583—588.

27. Kirklin S., Saal J. E., Hegde V. I., Wolverton C. Highthroughput computational search for strengthening precipitates in alloys. Acta Mater. 2016. Vol. 102. P. 125— 135.

28. Konyashin I., Hlawatschek S., Ries B., Lachmann F., Weirich T., Dorn F., Sologubenko A. On the mechanism of WC coarsening in WC—Co hardmetals with various carbon contents. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2009. Vol. 27. P. 234—243.