Структура и свойства крупнозернистых твердых сплавов WC-Co с особо однородной микроструктурой

Изучены структура и свойства крупнозернистых твердых сплавов WC—6%Co с недостатком углерода от 0,11 до 1,31 % относительно стехиометрического соотношения, полученных из узкофракционного порошка карбида вольфрама с размером зерен 5—15 мкм. По результатам металлографического анализа установлено, что температуры спекания в диапазоне 1390—1420 °С обеспечивают беспористое состояние сплава с нормальным содержанием углерода, но при пониженных его концентрациях образцы обладают значительной пористостью. Выявлено, что температуры спекания 1450—1475 °С вне зависимости от содержания углерода позволяют получать твердые сплавы с остаточной пористостью менее 0,02 %. Показано, что сплавы с нехваткой углерода 0,11—0,91 % имеют двухфазную структуру, а сплав с недостатком углерода 1,31 % помимо WC и γ-фазы содержат включения p-фазы. Установлено, что с уменьшением содержания углерода в сплаве наблюдается замедление роста зерен карбида вольфрама в процессе жидкофазного спекания. Методом микрорентгеноструктурного анализа установлена концентрация растворенного вольфрама в связующей фазе, которая составила 10, 12, 15 и 19 мас.% для твердых сплавов с нормальным, низким, средним и высоким недостатком углерода соответственно. Использование узкофракционных порошков карбида вольфрама позволяет получать твердые сплавы с округлыми зернами, имеющими фактор формы около 0,77. Выявлено, что сплав с нехваткой углерода 0,91 % относительно стехиометрического соотношения имеет наилучшее сочетание твердости и трещиностойкости — 11,1 ГПа и 16,0 мПа-м^1/2.

1. Upadhyaya G.S. Materials science of cemented carbides — An overview. Mater. Design. 2001. Vol. 22. No. 6. P. 483—489.

2. Jose Garcia, Veronica Collado Cipres, Andreas Blomqvist, Bartek Kaplan. Cemented carbide microstructures: A review. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2019. Vol. 80. No. 1. P. 40—68.

3. Rumman Md Raihanuzzaman, Zonghan Xie, Soon Jik Hong, Reza Ghomashchi. Powder refinement, consolidation and mechanical properties of cemented carbides — An overview. Powder Technol. 2014. Vol. 261. P. 1—13.

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

5. Gille G., Szesny B., Dreyer K., van den Berg H., Schmidt J., Gestrich T., Leitner G. Submicron and ultrafine grained hardmetals for microdrills and metal cutting inserts. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2002. Vol. 20. No. 1. P. 3—22.

6. Roebuck B. Extrapolating hardness-structure property maps in WC/Co hardmetals. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2006. Vol. 24. No. 1-2. P. 101—108.

7. Roebuck B., Gee M.G., Morrell R. Hardmetals — microstructural design, testing and property maps. In: Proc. of the 15-th Inter. Plansee seminar (Eds. Kneringer G., Roedhammer P., Wildner H.). 2001. Vol. 4. P. 245— 266.

8. Beste U., Jacobson S., Hogmark S. Rock penetration into cemented carbide drill buttons during rock drilling. Wear. 2008. Vol. 264. No. 11-12. P. 1142—1151.

9. Konyashin I., Ries B. Wear damage of cemented carbides with different combinations of WC mean grain size and Co content. Pt. II: Laboratory performance tests on rock cutting and drilling. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2014. Vol. 45. No. 1-2. P. 230—237.

10. Konyashin I., Schafer F., Cooper R., Ries B., Mayer J., Weirich T. Novel ultra-coarse hardmetal grades with reinforced binder for mining and construction. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2005. Vol. 23. No. 4-6. P. 225— 232.

11. Nie Hongbo, Zeng Qisen, Zheng Jianping, Wen Xiao, Yu Yang. The preparation, preparation mechanism and properties of extra coarse-grained WC—Co hardmetals. Metal Powder Report. 2017. Vol. 72. No. 3. P. 188—194.

12. Konyashin I., Ries B., Hlawatschek S., Mazilkin A. Novel industrial hardmetals for mining, construction and wear applications. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2018. Vol. 71. No. 1. P. 357—365.

13. Wei Su, Yexi Sun, Huifeng Wang, Xianqi Zhang, Jian-ming Ruan. Preparation and sintering of WC—Co composite powders for coarse grained WC—8Co hardmetals. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2014. Vol. 45. No. 3. P. 80—85.

14. Konyashin I., Ries B., Lachmann F. Near-nano WC—Co hardmetals: Will they substitute conventional coarsegrained mining grades? Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2010. Vol. 28. No. 4. P. 489—497.

15. Wei Su, Yexi Sun, Jiao Feng, Jue Liu, Jianming Ruan. Influences of the preparation methods of WC—Co powders on the sintering and microstructure of coarse grained WC—8Co hardmetals. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2015. Vol. 48. No. 2. P. 369—375.

16. 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. No. 4. P. 1194—1199.

17. Ивенсен В.А., Гольдберг З.А., Эйдук ОН., Фальковский В.А. Твердые сплавы: Сб. науч. тр. ВНИИТС. No. 6. М.: Металлургия, 1965.

18. Ивенсен В.А., Эйдук ОН., Пивоваров Л.Х. О некоторых закономерностях деформации металлокерамических твердых сплавов. Порошковая металлургия. 1964. No. 4. С. 43—56.

19. Ивенсен В.А., Эйдук О.Н., Артемьева С.И. Твердые сплавы: Сб. науч. тр. ВНИИТС. No.8. М.: Металлургия, 1969.

20. Sigl L., Exner H., Fischmeister H. Characterization of fracture processes and fracture relevant parameters in WC—Co hardmetals. Sci. Hard Mater. 1984. Vol. 75. P. 631—644.

21. Roebuck B., Bennett E.G. Phase size distribution in WC/ Co hardmetal. Metallography. 1986. Vol. 19. No. 1. P. 27— 47.

22. Exner H.E. Methods and significance of particle and grain-size control in cemented carbide technology. Powder Metallurgy. 1970. Vol. 13. P. 429—448.

23. Авдеенко Е.Н., Замулаева Е.И., Зайцев А.А. Исследование процессов размола и классификации крупнозернистого порошка карбида вольфрама. Цвет. металлы. 2018. No. 8. C. 90—96.

24. Konyashin I., Hlawatschek S., Ries B., Lachmann F., Wei-rich 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. No. 2. P. 234—243.