Зависимость свойств твердых сплавов WC–Co от их состава и характеристик микроструктуры
https://doi.org/10.17073/1997-308X-2022-3-37-44
Аннотация
В ходе проведенных исследований субмикронных твердых сплавов системы WC–Co, включавших в себя диагностику твердости, коэрцитивной силы и параметров микроструктуры, а также анализ и сопоставление результатов из современных литературных источников, представлена объединенная модель, согласно которой выражение для твердости по Виккерсу можно представить в виде, позволяющем разделить влияние размера зерна карбида вольфрама и объемного содержания кобальтовой связки. Предложенное выражение дает возможность проводить перерасчет и сопоставлять значения HV для твердых сплавов с одинаковым средним размером зерна и различным содержанием связки. В работе показано, что в отличие от модели Ли-Герланда в рамках представляемой модели твердость сплава определяется твердостью карбидного каркаса (HWC) и его смежностью (C) и задается соотношением HV = CHWC. При этом величина HWC зависит только от размера зерна карбида вольфрама и описывается уравнением типа Холла–Петча. По результатам параллельных измерений твердости и коэрцитивной силы (Нс) получено эмпирическое уравнение зависимости величины Нс от размера зерна WC и объемного содержания Со. На основании всей совокупности экспериментальных данных исследованы связи коэрцитивной силы и твердости по Виккерсу и предложено упрощенное соотношение между этими физическими показателями, позволяющее проводить первичную экспрессную оценку величины HV по измеренным значениям коэрцитивной силы. В работе отмечается, что приведенные соотношения справедливы для относительно узкого распределения зерен WC по размерам с коэффициентом вариации не более 0,5.
Об авторах
В. А. Песин
ООО «Вириал»
Россия
Россия
вед. специалист испытательной лаборатории № 1
194156, г. Санкт-Петербург, пр. Энгельса, 27 Р, оф. 1-Н
А. С. Осмаков
ООО «Вириал»
Россия
Россия
канд. техн. наук, начальник лаборатории № 1
г. Санкт-Петербург
С. Ю. Бойков
ООО «Вириал»
Россия
Россия
зам. начальника лаборатории № 1
г. Санкт-Петербург
Список литературы
1. Shatov A.V., Ponomarev S.S., Firstov S.A. Hardness and deformation of hardmetals at room temperature. In: Comprehensive hard materials (ed. Vinod K. Sarin). Oxford: Elsevier, 2014. P. 267—299.
2. Topić I., Sockel H., Göken M. The influence of microstructure on the magnetic properties of WC/Co hardmetals. Mater. Sci. Eng. A. 2006. Vol. 423. Iss. 1-2. P. 306—312. DOI:10.1016/J.MSEA.2006.02.018.
3. Roebuck B. Extrapolating hardness-structure property maps in WC/Co hardmetals. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2006. Vol. 24. Iss. 1. P. 101—108. DOI:10.1016/j.ijrmhm.2005.04.021.
4. Love A., Luyckx S., Sacks N. Quantitative relationships between magnetic properties, microstructure and composition of WC—Co alloys. J. Alloys Compd. 2010. Vol. 489. No. 2. P. 465—468. DOI:10.1016/j.jallcom.2009.09.087.
5. Engqvist H., Jacobson S., Axén N. A model for the hardness of cemented carbides. Wear. 2002. Vol. 252. Iss. 5-6. P. 384—393. DOI:10.1016/S0043-1648(01)00866-3.
6. Kresse T., Meinhard D., Bernthaler T., Schneider G. Hardness of WC—Co hard metals: Preparation, quantitative microstructure analysis, structure-property relationship and modelling. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2018. Vol. 75. P. 287—293. DOI:10.1016/j.ijrmhm.2018.05.003.
7. Makhele-Lekala L., Luyckx S., Nabarro F.R.N. Semi-empirical relationship between the hardness, grain size and mean free path of WC—Co. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2001. Vol. 19. Iss. 4-6. P. 245—249. DOI:10.1016/S0263-4368(01)00022-1.
8. Golovchan V.T. Some analytical consequences of experimental data on properties of WC—Co hardmetals. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2008. Vol. 26. Iss. 4. P. 301—305. DOI:10.1016/j.ijrmhm.2007.07.001.
9. Roebuck B. Terminology, testing, properties, imaging and models for fine grained hardmetals. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 1995. Vol. 13. Iss. 5. P. 265—279. DOI:10.1016/0263-4368(95)92673-8.
10. Tarrago J.M., Coureaux D., Torres Y., Jimenez-Pique E., Schneider L., Fair J., Llanes L. Strength and reliability of WC-Co cemented carbides: understanding microstructural effects on the basis of R-curve behavior and fractography. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2018. Vol. 71. P. 221—226. DOI:10.1016/J.IJRMHM.2017.11.031.
11. Mingard K.P., Roebuck B., Bennett E.G., Gee M.G., Nordenstrom H., Sweetman G., Chan P. Comparison of EBSD and conventional methods of grain size measurement of hardmetals. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2009. Vol. 27. Iss. 2. P. 213—223. DOI:10.1016/j.ijrmhm.2008.06.009.
12. Roebuck B., Mingard K.P., Jones H., Bennett E.G. Aspects of the metrology of contiguity measurements in WC based hard materials. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2017. Vol. 62. P. 161—169. DOI:10.1016/j.ijrmhm.2016.05.011.
13. Tarragó J.M., Coureaux D., Torres Y., Wua F., Al-Dawery I., Llanes L. Implementation of an effective time-saving twostage methodology for microstructural characterization of cemented carbides. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2016. Vol. 55. P. 80—86. DOI:10.1016/j.ijrmhm.2015.10.006.
14. Vornberger A., Potschke J., Gestrich T., Herrmann M., Michaelis A. Influence of microstructure on hardness and thermal conductivity of hardmetals. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2020. Vol. 88. Art. 105170. DOI:10.1016/j.ijrmhm.2019.105170.
15. Peng Y., Wang H., Zhao C., Hu H., Liu X., Song X. Nanocrystalline WC—Co composite with ultrahigh hardness and toughness. Composites Pt. B. 2020. Vol. 197. Art. 108161. DOI:10.1016/j.copositesb.2020.108161.
16. Lee H.C., Gurland J. Hardness and deformation of cemented tungsten carbides. Mater. Sci. Eng. 1978. Vol. 33. P. 125—133. DOI:10.1016/0025-5416(78)90163-5.
17. Nino A., Takahashi K., Sugiyama S., Taimatsu H. Effects of carbon addition on microstructures and mechanical properties of binderless tungsten carbide. Mater. Trans. 2012. Vol. 53. Iss. 8. P. 1475—1480. DOI:10.2320/matertrans.M2012148.
18. Nino A., Izu Y., Sekine T., Sugiyama S., Taimatsu H. Effects of TaC and TiC addition on microstructures and mechanical properties of binderless WC. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2019. Vol. 82. P. 167—173. DOI:10.1016/j.ijrmhm.2019.04.012.
19. Konyashin I., Zaitsev A.A., Sidorenko D., Levashov E.A., Ries B., Konischev S.N., Sorokin M., Mazilkin A.A., Herrmann M., Kaiser A. Wettability of tungsten carbide by liquid binders in WC—Co cemented carbides: Is it complete for all carbon contents? Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2017. Vol. 62. P. 134—148. DOI:10.1016/J.IJRMHM.2016.06.006.
20. German Carbide. URL: https://german-carbide.com/en/ products-2/ (accessed: 30.03.2022). 21. Boehlerit. URL: https://www.boehlerit.com/en/ (accessed: 30.03.2022).
21. Hyperion cemented carbide grades. URL: https://www.hyperionmt.com/products/Carbide-rods/productseries-grade/ (accessed: 17.12.2021).
22. Ultra Carbide Grade Chart. URL: https://ultracarbide.com/ (accessed: 17.12.2021).
23. Iscar. URL: https://www.iscar.com/ (accessed: 17.12.2021).
24. Gesac. URL: https://gesac.ru (accessed: 17.12.2021).
25. Engqvist H., Uhrenius B. Determination of the average grain size of cemented carbides. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2003. Vol. 21. Iss. 1. P. 31—35. DOI:10.1016/S0263-4368(03)00005-2.
Рецензия
Для цитирования:
Песин В.А., Осмаков А.С., Бойков С.Ю. Зависимость свойств твердых сплавов WC–Co от их состава и характеристик микроструктуры. Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2022;(3):37-44. https://doi.org/10.17073/1997-308X-2022-3-37-44
For citation:
Pesin V.A., Osmakov A.S., Boykov S.Yu. Properties of WC–Co hardmetals as a function of their composition and microstructural parameters. Powder Metallurgy аnd Functional Coatings (Izvestiya Vuzov. Poroshkovaya Metallurgiya i Funktsional'nye Pokrytiya). 2022;(3):37-44. https://doi.org/10.17073/1997-308X-2022-3-37-44
Просмотров:
505
Послать статью по эл. почте 