Исследование влияния химико-термической обработки на эксплуатационные свойства твердых сплавов ВК6 и ВК15

Изучено влияние термодиффузионного насыщения (ТДН) твердых сплавов ВК6 и ВК15. Для ТДН поверхности образцов (штабиков) использовали шихту состава: 48,5 % K₄(Fe(CN)₆), 50 % Al₂O₃ (буферное вещество), 1,5 % NH₄Cl (активатор). В качестве насыщающего элемента применяли: желтую кровяную соль K₄(Fe(CN)₆), буру B₄С, оксид меди CuО. В каждый контейнер загружали по 5 штабиков (отдельно каждой марки – ВК6, ВК15) и шихту. Контейнеры герметизировали и подвергали нагреву до 900 °С с выдержкой при заданной температуре в течение 2 ч и до 1100 °С с выдержкой 4 ч. Затем проводили охлаждение вместе с печью продолжительностью 6 ч. При ТДН твердых сплавов ВК6 и ВК15 твердость увеличивалась незначительно при повышении прочности на изгиб от 13,6 до 57 % в сравнении с исходным состоянием. Зависимость между напряжением и относительной продольной деформацией для ВК6 и ВК15 до и после ТДН свидетельствует о возрастании модуля нормальной упругости после ТДН. Стойкость образцов при испытании резанием повысилась до 2 раз. Нельзя сделать однозначный вывод по стойкостным испытаниям точением, так как наблюдался большой разброс величины износа даже на одинаково обработанных образцах. В дальнейших стойкостных испытаниях рекомендуется увеличить число проходов, поскольку износ после 1-го прохода зачастую неявный и связан с дефектным поверхностным слоем. При ТДН повышение температуры с 900 до 1100 °С способствует росту глубины диффузионного слоя для твердого сплава ВК6, улучшению его эксплуатационных характеристик за счет меньшего количества пор, включений и разрывов в поверхностном слое, что можно объяснить увеличением интенсивности диффузии различных соединений (тетрабората натрия, гексацианоферрата калия, оксида меди) с активаторами и без них, а также перераспределением примесей в процессе полиморфного превращения. Значения микротвердости образцов твердых сплавов ВК6 и ВК15 после ТДН выше, чем исходных. Лучшая среда для ТДН твердых сплавов ВК6 и ВК15, которая повышает их эксплуатационные характеристики в 2 раза, это: Al₂O₃ + NH₄Cl + K₄(Fe(CN)₆) при температуре 900 °C. Для выявления общей тенденции упрочнения твердых сплавов и обоснованного выбора оптимального режима ТДН был проведен фрактографический анализ изломов образцов до и после обработки. Установлено, что с увеличением температуры термодиффузионного насыщения характер излома практически не меняется (хрупкий излом проходит по границам зерен), однако идет уменьшение размеров межзеренных фасеток из-за наличия хрупких выделений частиц карбида вольфрама.

твердосплавные штабики и четырехгранные пластины марки ВК6 и ВК15, термодиффузионное насыщение, износ при резании, микроструктура, размер частиц

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—TiCNi 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. Pulverment. 1975. Vol. 23. No. 1. P. 24—36.

9. Tokova L.V., Zaitsev A.A., Kurbatkina V.V., Levashov E.A., Sidorenko D.A., Andreev V.A. Features of the influence of ZrO 2 and WC nanodispersed additives on the properties of metal matrix composite. Russ. J. Non-Ferr. Met. 2014. Vol. 55. No. 2. P. 186—190.

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 WCCo composites. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2006. Vol. 24 (1) P. 89—100.

14. Yamamoto T., Ikuhara Y., Watanabe T., Shirase F. High resolution microscopy study in Cr3 C2 -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.