Украинский English Главная




Исследование структуры и свойств карбидосталей на основе TiC, полученных методом тигельного плавления

Карбидосталь [carbonized (carburized, cement) steel] – композиционный термоупрочненный материал, содержащий 30-35 об.% мелкодисперсных частиц карбида или карбонитрида титана, равномерно распределенных в матрице (основе) из инструментальной, теплостойкой стали, преимущественно из быстрорежущей. По уровню режущих свойств карбидосталь занимает промежуточное положение между быстрорежущими сталями повышенной теплостойкости (Р6М5К, Р9М4К8) и W-Co- сплавами (типа ВК8), превосходя последние по прочности при изгибе на 600-800 МПа. [1] Одной из разновидностей карбидосталей можно считать композиционные материалы, представляют собой металлические матрицы (основы) с заданным распределением в них упрочнителей (например, дисперсных частиц и др.). При этом эффективно используются индивидуальные свойства составляющих композиции. Комбинируя объемное содержание компонентов, можно, в зависимости от назначения, получать материалы с требуемыми значениями прочности, жаропрочности, модуля упругости, абразивной стойкости, а также создавать композиции с необходимыми магнитными, диэлектрическими, радиопоглощающими и другими специальными свойствами. В настоящее время существующие промышленные способы получения карбидосталей основаны в большинстве случаев на методах порошковой металлургии с последующим их прессованием. Задачей данного исследования является изучение возможности получения карбидосталей системы Fe-TiC методом сплавления железа и карбида титана в печи Таммана. В алундовом тигле диаметром 30 мм и высотой 80 мм под флюсом АНФ-1П при температуре 17000С были выплавлены два образца сплава Fe-TiC с содержанием 25% TiC по массе(образец №1) и 16% TiC по массе(образец №2). Из полученного металла изготовили образцы для проведения металлографических исследований. Образцы шлифовали на абразивном станке, зачищали на бумаге с разным уровнем абразива и полировали на пасте ГОИ и алмазной пасте. Затем образцы травили 10% раствором HNO3+ этиловый спирт. После этого провели замеры микротвердости при нагрузке 100 г Результаты исследования образца №1 показали, что он имеет структуру заэвтектического белого чугуна. Отличается от обычного белого чугуна тем, что присутствуют отдельные включения TiC (рис.1).

Рисунок 1 –Заэвтектический белый чугун

Рисунок 2-Карбидная матрица с выделением графита

Из рисунка 2 видно, что при меньшем содержании карбида произошло полное его растворение. Сформировалась матрица железа с выделением графита. В структуре были выявлены не травящиеся светлые участки. Микротвердость выше микротвердости матрицы, но ниже микротвердости карбидной фазы. Поэтому для установления природы этих участков необходимо проведение дополнительных исследований. Технология плавления приводит к высокой растворимости карбида титана в жидкой фазе и после кристаллизации количество карбидов очень мало, т.е. в последующих экспериментах нужно увеличить долю TiC. Дополнительно в образцах замерили микротвердость. Микротвердость померили в белых участках, в темных участках и в зоне графита.

Таблица 1-Микротвердость образца №1
Белые участки Белые полосы
Н/мм2 Н/мм2
7610 4450
7610 12870
5020 11660
5540 8570
6350 8940
5720 8940
5360 6570
5540 7060
5360 7610
4880 5540
4200
Xcp =5744 Н/мм2; Xcp=8221 Н/мм2
S2=(Xi-Xcp)2/n-1=1136447,6; S2=6716765
Результаты измерения микротвердости образца №2 приведены в таблице 2.

Таблица 2-Микротвердость образца №2
Белые участки графит Темные участки
Н/мм2 Н/мм2 Н/мм2
4450 4470 3220
5020 1730 1670
3970 1340 3970
3660 1130 4090
3570 1580 4200
5540 1210 3970
8940 2100 4330
9720 1730 5920
7060 1940 5360
8570 1080 8240
4880
5540
5720
4580
5540
Xcp =5784 Н/мм2; Xcp=1831 Н/мм2; Xcp=4497 Н/мм2;
S2=3739925; S2=979343; S2=3026623
Экспериментально установлено, что растворимость карбида титана в железной матрице выше, чем равновесная, определяемая по диаграмме состояния Fe–ТiC. Это может быть связано с тем, что эксперименты проводили в графитовом тигле, который создавал условия для дополнительного насыщения образцов углеродом.