Александр Анатольевич Зайцев – к.т.н., ст. науч. сотрудник лаборатории «In situ диагностика структурных превращений»
Россия, 119049, г. Москва, Ленинский пр., 4, стр. 1
Alexander A. Zaitsev – Cand. Sci. (Eng.), Senior Research Scientist of the Laboratory “In situ diagnostics of structural transformations”
4 Bld. 1 Leninskiy Prosp., Moscow 119049, Russia
Павел Александрович Логинов – к.т.н., ст. науч. сотрудник лаборатории «In situ диагностика структурных превращений»
Россия, 119049, г. Москва, Ленинский пр., 4, стр. 1
Pavel A. Loginov – Cand. Sci. (Eng.), Senior Research Scientist of the Laboratory “In situ diagnostics of structural transformations”
4 Bld. 1 Leninskiy Prosp., Moscow 119049, Russia
Евгений Александрович Левашов – д.т.н., проф., акад. РАЕН, заведующий кафедрой порошковой металлургии и функциональных покрытий НИТУ МИСИС, директор Научно-учебного центра СВС МИСИС–ИСМАН
Россия, 119049, г. Москва, Ленинский пр., 4, стр. 1
Evgeny A. Levashov – Dr. Sci. (Eng.), Prof., Acad. of the Russian Academy of Natural Science, Head of the Department of Powder Metallurgy and Functional Coatings of NUST MISIS, Head of the Scientific-Educational Centre of SHS of MISIS–ISMAN
4 Bld. 1 Leninskiy Prosp., Moscow 119049, Russia
Методом пикоиндентирования изучена твердость ламели переменной толщины, вырезанной из массивного мелкозернистого твердого сплава WC–6 %Co–0,2 %TaC с размером зерна около 0,5 мкм. Пикоиндентирование проводилось алмазным индентором Берковича с радиусом закругления около 50 нм, а обработка экспериментальных кривых выполнена по модели Оливера–Фарра. Показано, что значения твердости, получаемые при пикоиндентировании ламели, существенно зависят от ее толщины. Твердость электронно-прозрачного участка (толщина менее 100 нм) ламели составляет 11,3 ± 2,8 ГПа, а электронно-непрозрачного (толщина более 200 нм) – 20,8 ± 1,2 ГПа. Пониженные значения твердости в электронно-прозрачных объектах (толщина ~100 нм) предположительно связаны с комбинацией нескольких факторов: возможным изгибом тонких кобальтовых прослоек, наличием краевого эффекта и близко расположенных стоков дефектов структуры, в роли которых выступает поверхность ламели. Выполнены in situ ПЭМ-исследования структурных превращений при нагреве ламели WC–6 %Co–0,2 %TaC, в том числе в присутствии оксидных фаз (WOx ). Оксидные фазы на поверхности ламели были получены в результате окисления ламели при температуре 200 °С в воздушной атмосфере. Показано, что при нагреве до 500 °С существенных изменений структуры не наблюдается, а при температуре 600 °С начинается быстрое утонение кобальтовых прослоек за счет интенсивной поверхностной диффузии кобальта. Одновременно с этим зафиксировано образование в связке наноразмерных частиц фазы Co3W3C дисперсностью от 5 до 20 нм, которые появляются по причине смещения равновесного фазового состава твердого сплава из двухфазной области WC + γ в трехфазную WC + γ + Co3W3C в результате окисления ламели.
This study investigated the hardness of lamella with varying thickness, obtained from a massive, fine-grained cemented carbide comprising WC–6 %Co–0.2 %TaC, characterized by an average grain size of approximately 5 μm. The picoindentation method was employed for this analysis. Picoindentation was carried out using a Berkovich diamond indenter with a radius of curvature around 50 nm, and the experimental data were analyzed using the Oliver–Pharr model. The results revealed a significant correlation between hardness and lamella thickness. The hardness of the electron transparent section (thickness less than 100 nm) of the lamella measured 11.3±2.8 GPa, while the electron nontransparent section (thickness more than 200 nm) exhibited a hardness of 20.8±1.2 GPa. The lower hardness in electron transparent objects (thickness ~100 nm) is likely attributed to a combination of factors, including the potential bending of thin cobalt layers, the presence of edge effect, and closely spaced structural defect dislocations on the lamella surface. In situ TEM studies were conducted to examine structural transformations during the heating of WC–6 %Co–0.2 %TaC lamella, including in the presence of oxide phases (WOx ). Oxide phases on the lamella’s surface were generated by oxidizing the lamella at 200 °C in an air atmosphere. The results indicated that heating up to 500 °C did not bring about significant changes in the structure. However, at 600 °C, there was a notable thinning of cobalt layers due to intense surface diffusion of cobalt. Simultaneously, the formation of nanosized particles of the Co3W3C phase, ranging in size from 5 to 20 nm, was observed in the binder. These particles resulted from a shift in the equilibrium phase composition of the carbide, changing from a two phase region (WC + γ) to a three phase region (WC + γ + Co3W3C) as a consequence of the lamella’s oxidation.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.