Высокотемпературное ионное азотирование твердосплавных неперетачиваемых пластин марки Т15К6

Выполнено высокотемпературное (t = 800 °С) ионное азотирование (ИА) твердосплавных неперетачиваемых пластин марки Т15К6 с учетом формирования структуры, фазового состава и толщины поверхностного покрытия, обеспечивающее повышение их стойкости при испытании резанием. Выявлено, что после такой обработки значения твердости и микротвердости увеличиваются до 15 %, однако с повышением температуры более 600 °С они постепенно уменьшаются до исходных. Предел прочности при изгибе после ИА возрастает на 27 %. Фрактографии изломов поверхностных слоев твердого сплава Т15К6 после ионного азотирования в течение 1 и 2 ч при различных температурах свидетельствуют, что по краям излом характеризуется сильно разветвленной линейчатой структурой, а внутри материала наблюдается картина хрупкого излома. Результаты анализа микроструктур поверхностного слоя твердого сплава Т15К6 после ИА показали, что с повышением температуры ионного азотирования размеры карбидов-конгломератов в поверхностном слое уменьшаются. Глубина азотированного слоя сплава Т15К6 составляет от 1 до 7 мкм. Определены закономерности влияния различных временных и температурных режимов ионного азотирования на эксплуатационные характеристики изделий из титановольфрамовых твердых сплавов группы ТК. При температурах ионного азотирования 600, 700, 800 °С и длительности изотермической выдержки от 1 до 8 ч установлено повышение твердости, микротвердости и предела прочности при уменьшении износа в ходе резания твердосплавных неперетачиваемых пластин марки Т15К6. Установлено, что с увеличением длительности ионного азотирования площади участков межзеренного разрушения увеличиваются, а внутризеренного уменьшаются. Показано, что при ионном азотировании происходят формирование пересыщенного вольфрамом твердого раствора Ti_xW_x)(C_1–yN_y) и (Co_{1_x}W_x)(C_{1_y}N_y) и выделение трех- и четырехкомпонентных соединений в поверхностном слое.

1. 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.

2. Шишковский И.В. Расчет тепловых полей при обработке материалов КПЭ в среде MATHCAD: Метод. указания к лаб. работам. Самара: СГУ, 2003. С. 28—35.

3. 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.

4. Guo Zhixing, Xiong Ji, YangMei, Jiang Cijin. WC-TiC-Ni cemented carbide with enhanced properties. J. Alloys and Compnd. 2008. Vol. 465. No. 1-2. P. 157-162.

5. Кипарисов С.С., Левинский Ю.В. Азотирование тугоплавких металлов. М.: Металлургия, 1972.

6. Панов В.С., Чувилин А.М. Технология и свойства спеченных твердых сплавов и изделий из них: Учеб. пос. для вузов. М.: МИСиС, 2001.

7. Lakhotkin Yu.V. Chemical deposition of nano structured tungsten and tungsten-alloy coatings from gas phase. Prot. Met. Phys. Chem. 2008. Vol. 44. P. 319-332.

8. Berov Z.Zh., Karamurzov B.S., Tlibekov A.Kh., Yakhut-lov M.M. Selection of a coating material for diamond grits and optimization of its thickness. J. Superhard Mater. 1998. Vol. 5. P. 55-61.

9. Endler I., Leonhardt A., Scheibe H.-J., Born R. Interlayers for diamond deposition on tool materials. Diamond Relat. Mater. 1996. Vol. 5. P. 299-303.

10. De Oliveira L.J., CabralS.C., Filgueira M. Study hot pressed Fe-diamond composites graphitization. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2012. Vol. 35. Р. 228-234.

11. Hell J., Chirtoc M., Eisenmenger-Sittner C., Hutter H., Kor-nfeind N., Kijamnajsuk P., KitzmantelM., Neubauer E., Zell-hofer K. Characterisation of sputter deposited niobium and boron interlayer in the copper-diamond system. Surf. Coat. Technol. 2012. Vol. 208. P. 24-31.

12. Qiu W.Q., Liu Z.W, He L.X., ZengDC., Mai Y.-W. Improved interfacial adhesion between diamond film and copper substrate using a Cu(Cr)-diamond composite interlayer. Mater. Lett. 2012. Vol. 81. P. 155-157.

13. Ma Zh., Wang J., Wu Q., Wang Ch. Preparation of flat adherent diamond films on thin copper substrates using a nickel interlayer. Surf. Coat. Technol. 2002. Vol. 155. P. 96-101.

14. Huang Y., Xiao H., Ma Zh, Wang J., Pengzhao Gao. Effects of Cu and Cu/Ti interlayer on adhesion of diamond film. Surf. Coat. Technol. 2007. Vol. 202. P. 180-184.

15. Zhang Z., Chen D.L. Contribution of Orowan strengthening effect in particulate-reinforced metal matrix nanocomposites. Mater. Sci. Eng. A. 2008. Vol. 483. P. 148-152.

16. Zaitsev A.A., Kurbatkina V.V., Levashov E.A. Features of the effect of nanodispersed additives on the sintering process and properties of powdered cobalt alloys. Russ. J. Non-Ferr. Met. 2008. Vol. 49. No. 2. P. 120-126.

17. Zaitsev A.A., Kurbatkina V.V., Levashov E.A. Features of the influence of nanodispersed additions on the process of and properties of the Fe-Co-Cu-Sn sintered alloy. Russ. J. Non-Ferr. Met. 2008. Vol. 49. No. 5. P. 414-419.

18. Levashov E.A., Kurbatkina V.V., Zaytsev A.A. Improved mechanical and tribological properties of metal-matrix composites dispersion-strengthened by nanoparticles. Materials. 2010. No. 3. P. 97-109.

19. Zaitsev A.A., Sidorenko D.A., Levashov E.A, Kurbatkina V.V., Andreev V.A., Rupasov S.I., Sevast’yanov P.V. Diamond tolls in metal bonds dispersion-strengthened with nanosized particles for cutting highly reinforced concrete. J. Superhard Mater. 2010. Vol. 34. No. 6. P. 423-431.

20. Zaitsev A.A., Sidorenko D.A., Levashov E.A, Kurbatkina V.V., Rupasov S.I., Andreev V.A., Sevast’yanov P.V. Designing and application of a dispersion-reinforced binder based on Cu-Ni-Fe-Sn alloy for cutting tools made of ultrahard materials. J. Superhard Mater. 2012. Vol. 34. No. 4. P. 270-280.

21. 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. Р. 186-190.

22. Богодухов С.И. Материаловедение. М.: Машиностроение, 2015.

23. Бондаренко В.А. Обеспечение качества и улучшение характеристик режущих инструментов. М.: Машиностроение, 2000.

24. Либенсон Г.А. Процессы порошковой металлургии. М.: Изд-во МИСиС, 2001. Т. 1.

25. Реченко Д.С., Попов А.Ю. Способ обработки сверхтвердых материалов: Пат. 2440229 (РФ). 2012.

26. Соколов А.Г. Способ обработки твердосплавного инструмента: Пат. 2509173 (РФ). 2014.

27. Чеховой А.Н., Бельков О.В., Прокопова Т.И. Способ химико-термической обработки изделий из твердого сплава и стали: Пат. 2231573 (РФ). 2004.

28. Осколкова Т.Н., Будовских Е.А. Способ поверхностного упрочнения вольфрамокобальтового твердосплавного инструмента: Пат. 2398046 (РФ). 2010.

29. Хиндрик Э. Пластина с покрытием для режущего инструмента для обточки сталей: Пат. 2536014 (РФ). 2014.

30. Кабанов А.В., Федоров С.В., Вислагузов А.А., Павлов М.Д. Способ упрочнения изделий из твердых сплавов: Пат. 2501865 (РФ). 2013.

31. Савостиков В.М., Сергеев С.М., Пинжин Ю.П. Способ комбинированной ионно-плазменной обработки изделий из сталей и твердых сплавов: Пат. 2370570 (РФ). 2009.