 | |
 |
|
| |
| |
| |
| |
| |
 | |
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
Сб. "Металловедение черных и цветных сплавов"
УДК669.018.25:621:771 ГРНТИ 53.49
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РЕЖИМА ИЗГОТОВЛЕНИЯ НА СТРУКТУРУ ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ WC МЕТОДАМИ КОЛИЧЕСТВЕННОЙ МЕТАЛЛОГРАФИИ
доц. Пашинский В.В., Кузьменко О.С.
В условиях современного производства требуется высокая износостойкость для ряда деталей и изделий. В последнее время все чаще используются специальные материалы, обладающие соответствующими показателями - твердые сплавы. Эксплутационные свойства данного материала в значительной степени обусловлены их структурным состоянием, которое в свою очередь являются результатом различных технологических операций получения и обработки этих материалов. Структура - это основное звено, связывающее технологию материала и его поведение в эксплуатации, поэтому она является одним из основных объектов контроля при производстве и обработке материалов с заданными свойствами. Чтобы установить корреляцию между структурой материала и его свойствами, выражаемыми количественно, необходимо также количественно описывать и структуру (с помощью геометрических и других величин). Количественные характеристики пространственной структуры нельзя определить ни одним из известных "непосредственных" методов наблюдения структуры. Данные характеристики и корреляция их со свойствами изучены в недостаточной мере. Основными компонентами, служащими для приготовления сплавов системы карбид вольфрама-кобальта, являются монокарбид вольфрама (WC) и кобальта. Исследуемые сплавы изготавливают методом порошковой металлургии - спекания смеси порошков монокарбида W и Со при температуре 1320 - 1480С (в зависимости от состава) в присутствии жидкой фазы. При больших концентрациях Со наблюдается только одна фаза в виде твердого раствора на основе Со. WC - довольно твердое соединение с высоким модулем упругости и высокой температуры разложения порядка 26000С. Связующая фаза сплавов представляет собой твердый раствор W и C в Co, построенные по типу замещения - внедрения. Содержание растворенных элементов в Co меняется от 1 до 8-10% (по массе) в двухфазных сплавах. На химический состав связующей фазы оказывает влияние содержание углерода в сплавах: при недостаточном содержании углерода, содержание W повышается до 12-18%, изменяясь в зависимости от скорости охлаждения сплавов. Кобальтовая фаза менее твердая, чем монокарбид вольфрама (в 4-5 раз), у нее более низкие упругие модули и сравнительно небольшая температура плавления (~ 1350С). Физико-механические и эксплутационные свойства двухфазных сплавов WC-Co зависят от многих факторов, важнейшими из которых являются: технология изготовления, содержание связующей фазы, размер зерна WC, состав связующей фазы, скорость охлаждения при спекании. Свойства двухфазных сплавов можно варьировать путем применения различных технологических приемов: интенсифицированного размола смесей, использование высокотемпературных порошков W и WC и т.д. Во многих случаях такие приемы приводят к тонким изменениям в структуре сплавов [1,2]. Один из основных способов регулирования прочности и износостойкости сплавов - изменение концентрации связующей фазы. При одинаковом содержании кобальта физико-механические и эксплутационные свойства сплавов в значительной мере определяются зернистостью карбидной фазы, главным образом средним размером зерен WC. Изменение размеров WC (соответственно и толщины участков кобальтовой сферы) приводит к существенным изменениям прочности, пластичности и вязкости сплавов. Прочность, вязкость и износостойкость в вольфрамовых твердых сплавах в значительной мере должны зависеть от характера строения сплавов. Существуют в настоящее время гипотезы о строении твердых сплавов основаны на представлении о наличии сплошного карбидного каркаса с включением участков кобальта (до определенного высокого содержания связующей фазы в сплавах) или кобальтовой матрицы с включенными зернами WC, имеющими большую или меньшую степень контактирования. В качестве вероятной также рассматривается модель в виде двух, проникающих один в один каркасов [2]. Для исследования использовались стандартные образцы, из твердых сплавов спеченные под давлением и подвергнутые дополнительному спеканию по тому же режиму, но без давления размером 5х5х30 мм3. На них изготавливались макрошлифы и получали фотографические снимки исследуемых структур. Затем эти снимки обрабатывались специализированной программой компьютерного анализа изображений "Image Tool" в режиме полуавтоматического анализа. Для компьютерной обработки были взяты снимки размером 300*400 пикселей. Перед анализом на фотографиях предварительно подсчитывают количество зерен и определяют масштаб, после вводят эти значения и проводят сканирование изображений в полуавтоматическом режиме. По результатам проведенных измерений анализировалось влияние режима изготовления на количественные характеристики. Для исследования были взяты образцы из сплавов с содержанием связки 15% (массовых), отличающиеся размером карбидной фазы. Образцы 1, 3, 4, 6 - приготавливались из карбида вольфрама со средним размером зерна 5,0 мкм; образцы 2 и 5 - со средним размером 15,0мкм. При этом 1,2,3 - образцы, спеченные под давлением; 4, 5, 6 - спеченные дополнительно без давления. После компьютерной обработки изображения получили статистические характеристики: число зерен карбида, число участков связи, связанность частиц карбида и другие.
Полученные характеристики сравниваем между собой (образцы: 1 и 2, 1 и 3, 1 и 4, 2 и 5, 3 и 6).
Из приведенных данных видно, что дополнительное спекание приводит к росту размеров карбидов и участков связи, а так же к одновременному уменьшению количества зерен и числа участков связи. Средний условный размер участков карбидов увеличился, как и в большинстве случаев для среднего условного размера связки. Исключением является образец №2, для которого после повторного спекания последняя характеристика практически не изменяется. Изменились так же механические свойства. До спекания они были соответственно: 230, 232, 244 кгс/мм2; а после спекания: 180, 187, 210 кгс/мм2 . Из чего можно сделать вывод прочность после двойного спекания уменьшилась. Влияние изменения размера зерна на структурные характеристики не выявлено.
Выводы:
1. В целом наблюдается рост зерен карбидов и размера связки, что сопровождается снижением связанности частиц карбидов, то есть, можно сказать, что происходит изменение структуры. Из этого следует, что, изменяя размер частиц карбида, можно управлять связностью.
2. Наблюдается разница в поведении сплавов со средним размером 5,0 мкм и 15,0 мкм. После дополнительного спекания в сплавах, с частицами большего размера, наблюдается рост зерен, а в сплавах с меньшими частицами, размеры зерен практически не изменяются.
3. Прочность после дополнительного спекания уменьшается.
Перечень ссылок:
1. Третьяков В.И. Металлокерамические сплавы. М.: Металлургиздат. 1962.
2. Креймер Г. С. Прочность твердых сплавов. М.: Металлургия. 1966.
3. Чапорова И.Н., Чернявский К.С. Структура спеченных твердых сплавов. М.: Металлургия. 1975, 248с.
http://www.rttn.ru/ - сайт, на котором содержится патент по твердым сплавам
| |
|
|
|
| |
|
| |
|
| |
|
| |
|
| |
| |
