Влияние состава порошковой шихты на структуру и свойства твердого сплава Т15К6

Цель исследования – определить влияние наноразмерных добавок на структуру и свойства твердого сплава Т15К6.
Методы. Данные исследования проводились на электронном микроскопе марки S-3400N. Изучены механические и физические свойства и структура твердого сплава системы WC-TiC-Co на примере Т15К6 при введении в исходную шихту наноразмерного порошка вольфрама и наноразмерного порошка карбида вольфрама с осажденным на нем кобальтом на оптическом и электронном микроскопе. Проведен рентгеноспектральный анализ полученных образцов твердого сплава марки Т15К6 на рентгеновском дифрактометре ДРОН-4.
Результаты. Исследован твердый сплав системы WC-TiC-Co при введении в исходную шихту наноразмерного порошка вольфрама, а также при введении наноразмерного карбида вольфрама с осажденным на его поверхности кобальтом. В работе было проведено изучение используемых порошков вольфрама, нановольфрама, кобальта, карбида титана, карбида вольфрама, нанопорошка карбида вольфрама, а также проводилось изучение микроструктуры полученных твердых сплавов. Показано, что коэрцитивная сила сплава Т15К6 зависит от размера участков кобальтовой фазы в сплаве, измерение ее величины позволяет судить о размере карбидных зерен. Для повышения прочностных свойств твердых сплавов системы WC-TiC-Co рекомендуется введение наноразмерных добавок WC либо нанопорошка WC с осажденным кобальтом.
Заключение. Для повышения прочностных свойств твердых сплавов системы WC-TiC-Co рекомендуется введение наноразмерных добавок WC либо нанопорошка WC с осажденным кобальтом. Введение в состав порошковой шихты твердого сплава Т15К6 данных добавок ведет к увеличению предела прочности на изгиб на 15%. Введение наноразмерных добавок WC либо нанопорошка WC с осажденным кобальтом позволяет получать мелкозернистую структуру с размером зерен не более 4–6 мкм. 

1. Фальковский В. А., Клячко Л. И. Твердые сплавы. М.: Руда и металлы, 2005. 413 с.

2. Андриевский Р. А., Рагуля А. В. Наноструктурные материалы. М.: АКАДЕМА, 2005. 178 с.

3. Park Y. J., Hwang N. M., Yoon D. Y. Abnormal growth of faceted (WC) grains in a (Co) liquid matrix // Metallurgical and Materials Transactions A. 1996. Vol. 27, is. 9. P. 2809–2819.

4. Patent Germany ДЕ 198.52.459 А1 РСТ WO 00/29325.25, CO1B 31/34. Sposob izgotovleniya karbida volframa posredstvom karbidizatsii v gazovoi fase / Janisch D., Reichel B. B. 25.05.2000.

5. Patent 5352269 А US, B22F 9/08. Mixing tungsten and cobalt compounds, drying to form homogeneous precursor powder, thermochemically converting in carburizing gas / McCandlish L. E., Kear B. H., Bhatia S. J. Appl. No.: 734,285; filed: Jul. 9, 1991; Оct. 4, 1994.

6. Кудря Н. А., Фальковский В. А., Чистякова В. А. Выяснение возможности применения плазменного порошка вольфрама: отчет № 19-8211-38. М.: ВНИИТС, 1983. 157 с.

7. Almond E. A., Lay L. A., Gee M. G. Сomparison of sliding and abrasive wear mechanisms in ceramics and cemented carbides // Science of Hard Materials, Proceedings of the International Conference. Iss. 75, Rhodes, Greece, 1986. P. 919–948.

8. Wirmark C., Dunlop G. L. Phase transformation in the binder phase of Co–W–C cemented carbides // Proc. Int. Conf. Sci. Hard Mater., eds.: R. K. Viswandham, D. Rouclihle and J. Gurland. Plenum, New York, 1983. Р. 311–327.

9. Петридис A. B., Толкушев A. A., Агеев Е. В. Состав и свойства порошков, полученных из отходов твердых сплавов методом электроэрозионного диспергирования (ЭЭД) // Технология металлов. 2005. № 6. С. 13–16.

10. Preparation of tungsten carbide nanopowders by self-propagating high temperature synthesis / Borovinskaya I. P., Ignat’eva T. I., Vershinnikov V. I., Sachkova N. V. // Inorganic Materials. Vol. 40, no. 10. 2004. P. 1043–1048.

11. Агеев Е. В. Изучение физико-механических свойств твердосплавных порошков, полученных электроэрозионным диспергированием отходов // Упрочняющие технологии и покрытия. 2011. № 6 (78). С. 8–14.

12. Порошки, полученные электроэрозионным диспергированием отходов твердых сплавов, перспективный материал для восстановления деталей автотракторной техники / E. B. Агеев, В. Н. Гадалов, Е. В. Агеева, Р. В. Бобрышев // Известия Юго-Западного государстенного университета. 2012. № 1. С. 182–189.

13. Near-nano and coarse-grain WC powders obtained by the self-propagating high-temperature synthesis and cemented carbides on their basis. Part I: Structure, composition and properties of WC powders / A. A. Zaytsev, I. P. Borovinskaya, V. I. Vershinnikov, I. Konyashin, E. I. Patsera, E. A. Levashov, B. Ries // Int. Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 2015. Vol. 50. P. 146–151.

14. The preparation, preparation mechanism and properties of extra coarse-grained WC – Co hardmetals / Nie Hongbo, Zeng Qisen, Zheng Jianping, Wen Xiao, Yu Yang // Metal Powder Report. 2017. Vol. 72, is. 3. P. 188–194.

15. Patent 6511551 В2 US, В22F 9/16. Method of production WC/Co cemented carbide using grain growth inhibitor / Kim B.-K., Ha G. G, Woo Y., Appl. No.: 09/881,764; filed: Jun. 18, 2001; publ. Jun. 28, 2003.

16. High-throughput computational search for strengthening precipitates in alloys / S. Kirklin, J. E. Saal, V. I. Hegde, C. Wolverton // Acta Materialia. 2016. Vol. 102. P. 125–135.

17. Kawakami M., Kitamura K. Segregation layers of grain growth inhibitors at WC/WC interfaces in VC-doped submicron-grained WC–Co cemented carbides // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 2015. Vol. 52. P. 229–234.

18. Sun Lan, Xiong Ji, Guo Zhixing. Effects of nano-Al2O3 additions on microstructures and properties of WC-8Co hard metals // Advanced Materials Research. Zuerich, Switzerland, 2010. P. 97–101.

19. Панов В. С., Чувилин А. М., Фальковский В. А. Технология и свойства спеченных твердых сплавов. Изд. 2, перераб. и доп. М.: МИСиС, 2004. 461 с.

20. Jia K., Fischer T. E. Abrasion resistance of nanostructured and conventional cemented carbides // Wear. 1996. Vol. 200. P. 206–214.

21. Фальковский В. С. Инновации в технологии твердых сплавов: нанои ультрадисперсные структуры. М.: МИТХТ, 2008. 69 с.

22. Наноструктурные твердые сплавы WC–Co, произведенные из плазмохимических порошков / Г. В. Боровский, Ю. В. Благовещенский, А. В. Абрамов [и др.] // Труды 17 Планзее семинар. 2009. № 2. С. 224–229.

23. Панов В. С. Основные направления усовершенствования состава и свойств твердых сплавов (аналитический обзор) // Материаловедение. 2020. № 4. С. 37–41.

24. Development of recycling system of WC–Co cermet scraps / S. Sasai, A. Santo, T. Shimizu, T. Kojima, H. Itoh // Waste Management and the Environment. 2002. Ecology and the Enviroment. Vol. 56. P. 1322.

25. Панов В. С. Роль связующей фазы в твердых сплавах (аналитический обзор) // Материаловедение. 2020. № 3. С. 35–38.

26. Abnormal grain growth in cemented carbides – Experiments and simulations / K. Mannesson, I. Borgh [et al.] // Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2011. Vol. 29. P. 488–494.

27. Panov V. S. Nanostructured sintered WC–Co hard metals (review) // Powder Metallurgy and Metal Ceramics. 2015. Vol. 53, no. 11. С. 643–654.

28. Панов В. С. Субдисперсные и наноразмерные твердые сплавы WC–CO // Нанотехнологии: наука и производство. 2017. № 3. С. 3–18.

29. Панов В. С. Теоретические основы прочности спеченных твердых сплавов. М.: Издво МИСиС, 2011. 82 с.

30. Влияние технологических параметров спекания на структуру и свойства твердого сплава ВК5 из СВС-порошка карбида вольфрама / А. А. Зайцев, В. И. Вершинников, В. С. Панов [и др.] // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2013. № 3. С. 21–27.

31. Креймер Г. С. Прочность твердых сплавов. 2-е изд. М.: Металлургия, 1971. 247 с.