powderИзвестия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытияPowder Metallurgy аnd Functional Coatings (Izvestiya Vuzov. Poroshkovaya Metallurgiya i Funktsional'nye Pokrytiya)1997-308X2412-8767НИТУ "МИСИС"10.17073/1997-308X-2023-2-46-52powder-786Research ArticleТугоплавкие, керамические и композиционные материалыRefractory, Ceramic, and Composite MaterialsМикроструктура ядро/обод в керметах Ti(C, N) при дефиците никель-молибденовой связкиCore/rim microstructure of Ti(C, N) cermets with low nickel-molybdenum binder contenthttps://orcid.org/0000-0003-1906-7654ГригоровИ. Г.GrigorovI. G.

Игорь Георгиевич Григоров – кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории структурного и фазового анализа, Институт химии твердого тела УрО РАН (ИХТТ УрО РАН).

620990, Екатеринбург, ул. Первомайская, 91

Igor’ G. Grigorov – Cand. Sci. (Chem.), Research Scientist of Laboratory of Structural and Phase Analysisю ISSC UB RAS.

91 Pervomayskaya Str., Yekaterinburg 620990

igor.grigorov2012@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1906-7654ЖиляевВ. А.ZhilyaevV. A.

Виктор Александрович Жиляев – доктор технических наук, ИХТТ УрО РАН

620990, Екатеринбург, ул. Первомайская, 91

Viktor. A. Zhilyaev – Dr. Sci. (Eng.), ISSC UB RAS.

91 Pervomayskaya Str., Yekaterinburg 620990

igor.grigorov2012@yandex.ruИнститут химии твердого тела Уральского отделения РАНРоссияInstitute of solid state chemistry, Ural branch of the Russian Academy of SciencesRussian Federation2023060620231724652Copyright © НИТУ "МИСИС", 20232023НИТУ "МИСИС"НИТУ "МИСИС"https://powder.misis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://powder.misis.ru/jour/article/view/786

По результатам, полученным ранее в работах по безвольфрамовым твердым сплавам (БВТС) марок КНТ3 и КНТ7, проведен анализ влияния компонентов, составляющих их основу, на конечное формирование микроструктуры сплавов. Исследования проводились на керамико-металлических образцах (керметах) при дефиците связующей фазы из никеля с молибденом. Для анализа микроструктуры керметов были использованы изображения поверхности их шлифов, полученных с помощью растровой электронной микроскопии в режиме отраженных электронов. Показано, что особенностью микроструктуры сплавов серии КНТ является наличие у них структуры ядро/обод (Core/ Rim Structure – CRM). Анализ выявил, что с уменьшением в БВТС серии КНТ содержания связующей фазы из Ni–Mo заметно увеличился размер обода в спеченном сплаве вокруг ядра из Ti(C, N). Дополнительно рассмотрена роль пластификатора в процессе формирования микроструктуры ядро/обод БВТС серии КНТ при дефиците связующей фазы. По результатам исследования микроструктуры керметов сделаны выводы, которые позволяют предположить, что в отсутствие зон, обогащенных азотом, возрастает вероятность диффузии молибдена через межфазные границы тугоплавких фаз. Следствием этого является увеличение параметра удельной объемной доли оболочки в микроструктуре кермета.

We investigated the influence of the basic component concentration on the microstructure of the KNT3 and KNT3 tungsten-free hard alloys (TFHA), focusing on ceramic-metal samples (cermets) with a low nickel-molybdenum binder content. The microstructure of the sintered cermets was analyzed using reflected electron images of thin sections obtained with a scanning electron microscope. Our analusis revealed that the KNT alloy exhobits a core/rim structure (CRM). We observed that decreasing the Ni–Mo binder content leads to a significantincrease in the rim size isurrounding the Ti(C, N) core in the sintered alloy. We also investigated the effect of the plasticizer on the formation of the core/rim microstructure with a low binder content. Furthermore, we found that the absence of nitrogen-enriched areas in the Ti(C, N) grains increases the molybdenum diffusion rate across the refractory phase interfaces during the cooling stage, resulting in a higher specific volume fraction of the shell in the cermet microstructure.

анализ изображения шлифовкерметыкарбонитрид титана (Ti(CN))никель-молибденовая связкапластификаторthin shell micrographycermetstitanium carbonitride (Ti(CN))nickel-molybdenum binderplasticizerReferencesПанов В.С., Чувилин А.М. Технология и свойства спеченных твердых сплавов и изделий из них. М.: МИСИС, 2001. 426 с.Панов В.С., Чувилин А.М. Технология и свойства спеченных твердых сплавов и изделий из них. М.: МИСИС, 2001. 426 с.Янюшкин А.С., Якимов С.А., Петров И.П., Архипов П.В. Исследования поверхности безвольфрамовых твердых сплавов, шлифованного комбинированным методом. Научный журнал Братского государст­ венного университета. 2009;(2):70–77.Yanushkin A.S., Yakimov S.A., Petrov I.P., Arkhipov P.V. Studies of the surface of tungsten-free hard alloys ground by the combined method. Nauchnyi zhurnal Bratskogo gosudarstvennogo universiteta. 2009;(2):70–77. (In Russ.).Пахолков В.В., Мельников Б.В., Григоров И.Г., Зайнулин Ю.Г., Алямовский С.И. Особенности формирования микроструктуры твердых сплавов на основе TiC0,5N0,47 при дефиците никель-молибденовой связки. Неорганические материалы. 1990;26(2):292–296.Pakholkov V.V., Melnikov B.V., Grigorov I.G., Zainulin Yu.G., Alyamovsky S.I. Features of the formation of the microstructure of hard alloys based on TiC0.5N0.47 with a deficiency of nickel-molybdenum bond. Neorganicheskie materialy. 1990;26(2):292–296. (In Russ.).Жиляев В.А., Патраков Е.И. Кинетика и механизм контактного взаимодействия карбонитрида титана с Ni– Mo-расплавом. Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2015;(2):30–37. https://doi.org/10.17073/1997-308X-2015-2-30-37Zhilyaev V.A., Patrakov E.I. Regularities of the contact interaction of double carbides (Ti1 − nMen )C with nickel. Russian Journal of Non­Ferrous Metals. 2015;56(3):329–332. https://doi.org/10.3103/S1067821215030232Киффер Р., Бенезовский Ф. Твердые сплавы. Перевод с нем. М.: Металлургия, 1971. 392 с.Киффер Р., Бенезовский Ф. Твердые сплавы. Перевод с нем. М.: Металлургия, 1971. 392 с.Bolognini S., Feusier G., Mari D., Viatte T., Benoit W. TiMoCN-based cermets: high-temperature deformation. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 2003;21(1–2):19–29. https://doi.org/10.1016/S0263-4368(02)00091-4Bolognini S., Feusier G., Mari D., Viatte T., Benoit W. TiMoCN-based cermets: high-temperature deformation. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 2003;21(1–2):19–29. https://doi.org/10.1016/S0263-4368(02)00091-4Mari D., Bolognini S., Feusier G., Cutard T., Verdon C., Viatte T., Benoit W. TiMoCN based cermets: Part I. Morphology and phase composition. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 2003;21(1):37–46. https://doi.org/10.1016/S0263-4368(03)00010-6Mari D., Bolognini S., Feusier G., Cutard T., Verdon C., Viatte T., Benoit W. TiMoCN based cermets: Part I. Morphology and phase composition. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 2003;21(1):37–46. https://doi.org/10.1016/S0263-4368(03)00010-6Mari D., Bolognini S., Feusier G., Cutard T., Viatte T., Benoit W. TiMoCN based cermets Part II. Microstructure and room temperature mechanical properties. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 2003;21(1):47–53. https://doi.org/10.1016/S0263-4368(03)00011-8Mari D., Bolognini S., Feusier G., Cutard T., Viatte T., Benoit W. TiMoCN based cermets Part II. Microstructure and room temperature mechanical properties. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 2003;21(1):47–53. https://doi.org/10.1016/S0263-4368(03)00011-8Zhou S., Zhao W., Xiong W. Microstructure and properties of the cermets based on Ti(C, N). International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 2009;27(1): 26–32. https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2008.01.011Zhou S., Zhao W., Xiong W. Microstructure and properties of the cermets based on Ti(C, N). International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 2009;27(1): 26–32. https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2008.01.011Bellosi A., Calzavarini R., Faga M.G., Monteverde F., Zancolo C., D’Errico G.E. Characterization and application of titanium carbonitride-based cutting tools. Journal of Mate­ rials Processing Technology. 2003;143-144:527–532. https://doi.org/10.1016/S0924-0136(03)00339-XBellosi A., Calzavarini R., Faga M.G., Monteverde F., Zancolo C., D’Errico G.E. Characterization and application of titanium carbonitride-based cutting tools. Journal of Mate­ rials Processing Technology. 2003;143-144:527–532. https://doi.org/10.1016/S0924-0136(03)00339-XXiong J., Guo Z., Wen B., Li C., Shen B. Microstructure and properties of ultra-fine TiC0.7N0.3 cermet. Materials Science and Engineering: A. 2006;416(1-2):51–58. https://doi.org/10.1016/j.msea.2005.08.060Xiong J., Guo Z., Wen B., Li C., Shen B. Microstructure and properties of ultra-fine TiC0.7N0.3 cermet. Materials Science and Engineering: A. 2006;416(1-2):51–58. https://doi.org/10.1016/j.msea.2005.08.060Peng Y., Miao H., Peng Z. Development of TiCN-based cermets: Mechanical propertiesand wear mechanism. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 2013;39:78–89. https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2012.07.001Peng Y., Miao H., Peng Z. Development of TiCN-based cermets: Mechanical propertiesand wear mechanism. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 2013;39:78–89. https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2012.07.001Григоров И.Г., Жиляев В.А., Ермаков А.Н., Зайнулин Ю.Г., Швейкин Г.П. О методике прогнозирования некоторых физико-механических свойств керметов. Материаловедение. 2004;(8):14–20.Grigorov I.G., Zhilyaev V.A., Ermakov A.N., Zainulin Yu.G., Shveykin G.P. On the methodology of forecasting some physical and mechanical properties of kermets. Materialovedenie. 2004;(8):14–20. (In Russ.).Григоров И.Г., Зайнулин Ю.Г. Анализ изломов металлокерамических твердых сплавов марки КНТ. Материаловедение. 2019;(2):17–24.Grigorov I.G., Zainulin Y.G. Analysis of fracture of metal ceramic hard alloys of KNT brand. Materialovedenie. 2019;10(4):987–994. (In Russ.).Григоров И.Г., Зайнулин Ю.Г., Швейкин Г.П. Фрактальный анализ разрушения металлокерамических твердых сплавов. Материаловедение. 2016;(6):16–22.Grigorov I.G., Zainulin Y.G., Shveykin G.P. Fractal analysis of fracture of powder metallurgical hard alloy. Mate­ rialovedenie. 2017;8(1):67–74. (In Russ.).Li P., Ye J., Liu Y., Yang D., Yu H. Study on the formation of core–rim structure in Ti(CN)-based cermets. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 2012;35:27–31. https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2012.03.012Li P., Ye J., Liu Y., Yang D., Yu H. Study on the formation of core–rim structure in Ti(CN)-based cermets. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 2012;35:27–31. https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2012.03.012Ahn S., Kang S. Formation of core/rim structures in Ti(C,N)–WC–Ni cermets via a dissolution and precipitation process. Journal of the American Ceramic Society. 2000;83(6):1489–1494. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.2000.tb01415.xAhn S., Kang S. Formation of core/rim structures in Ti(C,N)–WC–Ni cermets via a dissolution and precipitation process. Journal of the American Ceramic Society. 2000;83(6):1489–1494. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.2000.tb01415.xKim S., Min K., Kang S. Rim structure in Ti(C0.7N0.3)– WC–Ni cermets. Journal of the American Ceramic Socie­ ty. 2003;86(10):1761–1766. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.2003.tb03551.xKim S., Min K., Kang S. Rim structure in Ti(C0.7N0.3)– WC–Ni cermets. Journal of the American Ceramic Socie­ ty. 2003;86(10):1761–1766. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.2003.tb03551.xBellosi A., Medri V., Monteverde F. Processing and properties of Ti(C,N)–WC-based materials. Journal of the American Ceramic Society. 2001;84(11):2669–2676. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.2001.tb01069.xBellosi A., Medri V., Monteverde F. Processing and properties of Ti(C,N)–WC-based materials. Journal of the American Ceramic Society. 2001;84(11):2669–2676. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.2001.tb01069.xZheng Y., Lin W., Wang S., Xiong W. Effect of carbont on the microstructure and mechanical properties of Ti(C, N)-based cermets. Ceramics International. 2004;30(8): 2111–2115. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2003.11.016Zheng Y., Lin W., Wang S., Xiong W. Effect of carbont on the microstructure and mechanical properties of Ti(C, N)-based cermets. Ceramics International. 2004;30(8): 2111–2115. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2003.11.016Ермаков А.Н., Григоров И.Г., Ермакова О.Н., Пушин В.Г., Зайнулин Ю.Г. Влияние пластификатора на микроструктуру и свойства системы карбонитрид титана – никелид титана. Перспективные материалы. 2006;(5):42–48.Ermakov A.N., Grigorov I.G., Ermakova O.N., Pushin V.G., Zainulin Yu.G. Influence of plasticizer on microstructure and properties of titanium carbonitride – titanium nickelide system. Perspetkivnye materialy. 2006;(5):42–48. (In Russ.).Григоров И.Г., Жиляев В.А., Ермаков А.Н., Зайнулин Ю.Г. Влияние пластификатора на микроструктуру сплава на основе карбонитрида и никелида титана. Конструкции из композиционных материалов. 2006;(4):46–49.Grigorov I.G., Zhilyaev V.A., Ermakov A.N., Zainulin Yu.G. The effect of plasticizer on the microstructure of an alloy based on carbonitride and titanium nickelide. Konst­ ruktsii iz kompozitsionnykh materialov. 2006;(4):46–49. (In Russ).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.