СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ПРИСТЫКОВОЙ ЗОНЫ КОМПОЗИЦИЙ
ТВЁРДЫЙ СПЛАВ/ЖЕЛЕЗОНИКЕЛЕВЫЙ СПЛАВ, ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ ГОРЯЧЕГО ВАКУУМНОГО
ПРЕССОВАНИЯ
Каверинский В. В. (ПМ
Изучались образцы композиционного
материала, состоящего из двух слоёв: железоникелевого сплава (45% Ni) и твёрдых сплавов (ВК15 либо ТЖН). В ходе
исследований были получены фотографии микроструктур в пристыковой зоне и в
глубине сплава. Проводились испытания по термоциклированию образцов с нагревом
до 700ºC и охлаждением в воде. Также
образец железоникелевого сплава подвергался дилатометрическим испытаниям с
целью определения коэффициента линейного расширения.
Следует отметить, что в
железо-никелевом сплаве наблюдаются участки карбидных включений. Исследование
микротвёрдости данных включений показало, что она совпадает с твёрдостью
твёрдого сплава. Очевидно, их наличие связанно с присутствием остатков твёрдого
сплава осевшего на стенках барабана мельницы и размольных телах при
производстве исходной шихты.
В структуре железоникелевого сплава отмечается
наличие слоистых структур, напоминающих эвтектику или эвтектоид. Однако,
следует отметить, что наличие таких структур замечается не во всей массе
материала, а в некоторых участках. Также следует отметить существенное
измельчение зерна железоникелевого сплава в пристыковой области. Значимой
разницы в микротвёрдости участков, имеющих слоистую структуру и участков,
имеющих равноосную структуру не выявлено.
Термоциклирование образцов показало,
что композиции железоникелевого сплава с твёрдыми сплавами на основе карбида
вольфрама на кобальтовой связке (ВК15) и на основе карбида титана на
железоникелевой связке (ТЖН) имеет различный характер разрушения. Так на
образце, состоящем из железоникелевого сплава и твёрдого сплава ТЖН, при шестом
охлаждении появилась заметная трещина. Трещина прошла по железоникелевому
сплаву параллельно границе раздела на расстоянии 0,3 – 0,
Различие в характере разрушения и
стойкости к термоциклированию объясняется различием в коэффициентах
термического расширения, а также различной пластичностью сплавов ВК15 и ТЖН.
Так можно отметить, что коэффициент термического расширения сплава ВК15 более
согласован с коэффициентом термического расширения железоникелевого сплава с
45% никеля.
Дилатометрические испытания
железоникелевого сплава показали, что при температуре около 400ºC наблюдается резкое изменение коэффициента линейного
термического расширения. Значение коэффициента линейного термического
расширения в интервале температур 50 – 400ºC составляет 6,829·10-6 К-1 (что
близко к твёрдому сплаву ВК15, α=6,0·10-6 К-1), а в
интервале температур 450 – 580ºC
14,56·10-6 К-1. Изменение коэффициента линейного
термического расширения очевидно связанно с магнитным превращением,
происходящим в сплаве.
Микротвёрдость железоникелевого сплава
в зоне между трещиной и твёрдым сплавом составила 616±29,8 Н/мм2; в
то же время микротвёрдость в основной массе железоникелевого сплава составила
559±15,1 Н/мм2. Следовательно, железо-никелевый сплав в зоне между
трещиной и твёрдым сплавом имеет большую твёрдость, что, по-видимому, связано с
диффузионными процессами, имевшими место при прессовании и спекании образца.
Следует также отметить тот факт, что микротвёрдость железоникелевого сплава в
зоне между трещиной и твёрдым сплавом не постоянна, а уменьшается по мере
приближения к трещине как показано на рисунке. Причины подобного явления
являются предметом дальнейших исследований.
трещине как показано на рисунке 5.
Рисунок. Зависимость микротвёрдости
железоникелевого сплава от расстояния от границы раздела.
Исследование показало, что данный железоникелевый сплав имеет коэффициент линейного расширения близкий к сплаву ВК15 в интервале 50 – 400ºC, при дальнейшем нагреве коэффициент линейного расширения резко возростает, следовательно, нагрев до температур выше 400 ºC крайне нежелателен. Охлаждение до 400 ºC при изготовлении композиций следует вести замедленно.