Влияние режимов термоциклирования на механические и триботехнические свойства твердого сплава ВК8

Твердые сплавы – распространенный материал, широко применяемый в инструментальной промышленности. Содержание в их составе тугоплавких карбидов придает твердосплавному инструменту высокую твердость (от 80 до 92 HRA) и теплостойкость (от 800 до 1000 °С), позволяющие использовать при работе с ним скорости резания, в несколько раз превышающие таковые для быстрорежущих сталей. Однако, в отличие от последних, твердые сплавы имеют пониженную прочность (от 1000 до 1500 МПа) и не обладают ударной вязкостью, что является актуальной проблемой. Было изучено влияние режимов термоциклирования на механические и трибологические свойства твердого сплава ВК8 (WC–8Co), служащего материалом для изготовления резцов и режущих пластин для обработки металлов на металлорежущих станках. В качестве объекта исследования выбраны штабики из сплава ВК8 размером 5×5×35 мм, изготовленные методами порошковой металлургии на Димитровградском инструментальном заводе. Критериями оценки режимов термообработки (ТО) были твердость по Виккерсу, предел прочности на изгиб, износостойкость по массе (по сравнению с износом термически не обработанного образца в состоянии поставки). Пластины в исходном состоянии и после ТО подвергали испытаниям на абразивный износ. Результаты изнашивания оценивали по изменению их массы. Определены закономерности влияния различных временных и температурных режимов ТО на трибологические характеристики изделий из вольфрамовых твердых сплавов группы ВК. Увеличение количества циклов термоциклирования приводило к повышению таких механических характеристик сплава ВК8, как прочность и твердость. При 5-кратном повторении циклов было получено улучшение абразивной износостойкости по сравнению с исходным образцом без ТО. Элементный состав твердого сплава ВК8 после термоциклирования изменялся незначительно – отмечалось лишь несущественное возрастание кислорода на поверхности пластин. Размер зерна после термоциклирования, по сравнению с исходным образцом, увеличился. Установлено, что циклическая ТО сплава ВК8 приводит к изменению фазового состава. Рентгенофазовый анализ показал присутствие большого количества α-Со с гексагональным плотноупакованным типом решетки на поверхности твердого сплава и твердого раствора WC в α-Со. Изменение соотношения модификаций кобальта служит причиной ослабления микронапряжений. Анализ состояния структуры карбидной фазы показал, что после термоциклирования размер кристаллитов и величина микронапряжений изменились. Период решетки твердого раствора кубической модификации кобальта уменьшился, что может свидетельствовать о снижении количества растворенного в нем карбида вольфрама и углерода. Статистическая обработка результатов эксперимента включала расчет среднего значения механической характеристики, ее дисперсии и среднеквадратичного отклонения в выбранном доверительном интервале.

1. Zhang Li, Wang Yuan-Jie, Yu Xian-Wang, Chen Shu, Xiong Xiang-Jin. Crack propagation characteristic and toughness of functionally graded WC—Co cemented carbide. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2008. Vol. 26. No. 4. P. 295—300.

2. Colovcan V.T. Some analytical consequences of experiment data on properties of WC—Co hard metals. Int J. Refract. Met. Hard Mater. 2008. Vol. 26. No. 4. P. 301—305.

3. Guo Zhixing, Xiong Ji, Yang Mei, Jiang Cijin. WC—TiC— Ni cemented carbide with enhanced properties. J. Alloys Compd. 2008. Vol. 465. No. 1—2. P. 157—162.

4. Креймер Г.С. Прочность твердых сплавов. М.: Металлургия, 1971.

5. Панов В.С., Чувилин А.М. Технология и свойства спеченных твердых сплавов и изделий из них. М.: МИСиС, 2001.

6. Bock H., Hoffman H., Blumenauer H. Mechanische Eigenschaften von Wolframkarbid—Kobalt legierugen. Technik. 1976. Bd. 31. No. 1. S. 47—51.

7. Gurland J. The fracture strength of sintered WC—Co alloys in relation to composition and particle spacing. Trans. Met. Soc. AIME. 1963. Vol. 227. No. 1. P. 28—43.

8. Suzuki H., Hayashi K. Strenght of WC—Co cemented carbides in relation to their fracture sources. Planseeber. Pulvermet. 1975. Vol. 23. No. 1. P. 24—36.

9. Токова Л.В., Зайцев А.А., Курбаткина В.В., Левашов Е.А., Сидоренко Д.А., Андреев В.А. Особенности влияния нанодисперсных добавок ZrO2 и WC на свойства металломатричного композита. Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2012. No. 3. С. 37—41.

10. Богодухов С.И. Материаловедение. М.: Машиностроение, 2015.

11. Бондаренко В.А. Обеспечение качества и улучшение характеристик режущих инструментов. М.: Машиностроение, 2000.

12. Либенсон Г.А. Процессы порошковой металлургии. М.: Изд-во МИСиС, 2001. Т. 1.

13. Kim C.S., Massa T.P., Rohrer G.S. Modeling the relationship between microstructural features and the strengh of WC—Co composites. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2006. Vol. 24 (1). P. 89—100.

14. Yamamoto T., Ikuhara Y., Watanabe T., Sakuma T., Taniuchi Y., Okada K., Tanase T. High resolution microscopy study in Cr3C2-doped WC—Co. J. Mater. Sci. 2001. No. 36. P. 3885—3890.

15. Jaensson B.O. Die untersuchung von Verformungsersheinungen in hochfeste WC—Co Legierungeen mit Hilfeeines neuen localisierungsverfahrens fur die Abdruckelektronenmicroscopie. Pract. Metallogr. 1972. Bd. 9. No. 11. S. 624—641.

16. Богодухов С.И. Определение модуля упругости различных материалов с применением средств тензометрии. Вестн. Оренб. гос. ун-та. 2014. No. 4. С. 289—295.

17. Третьяков В.И. Металлокерамические твердые сплавы. М.: Металлургиздат, 1962.

18. Редченко Д.С., Попов А.Ю. Способ обработки сверхтвердых материалов: Пат. 2440229 (РФ). 2012.

19. Соколов А.Г. Способ обработки твердосплавного инструмента: Пат. 2509173 (РФ). 2014.

20. Чеховой А.Н., Бельков О.В., Прокопова Т.И. Способ химико-термической обработки изделий из твердого сплава и стали: Пат. 2231573 (РФ). 2004.

21. Осколкова Т.Н., Будовских Е.А. Способ поверхностного упрочнения вольфрамокобальтового твердосплавного инструмента: Пат. 2398046 (РФ). 2010.

22. Хиндрик Э. Пластина с покрытием для режущего инструмента для обточки сталей: Пат. 2536014 (РФ). 2014.

23. Кабанов А.В., Федоров С.В., Вислагузов А.А., Павлов М.Д. Способ упрочнения изделий из твердых сплавов: Пат. 2501865 (РФ). 2013.