ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ ПОЛУЧЕНИЯ ВК-10КС В ВАКУУМЕ НА ИХ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

АННОТАЦИЯ

В статье приведены результаты экспериментальных исследований технологического процесса получения твердосплавных пластин на основе ВК-10КС. Изучены физико-механические свойства в зависимости от температуры и среды спекания.

ABSTRACT

The article presents the results of experimental studies of the technological process of obtaining hard-alloy plates based on ВК-10КС. Physical and mechanical properties are studied depending on the temperature and sintering medium.

Ключевые слова: твердый сплав, вакуумное спекание, твердость, прочность на изгиб, удельный вес, коэрцитивная сила.

Keywords: hard alloy, vacuum sintering, hardness, bending strength, specific gravity, coercive force.

Введение.

Твердые сплавы имеют в современной технике очень большое значение. Эти материалы нашли применение в качестве режущих, штамповых, буровых инструментов. Развитие и совершенствование технологических процессов многих отраслей народного хозяйства неразрывно связаны с применением твердых сплавов, что способствует существенному повышению эксплуатационных характеристик инструмента и производительности труда [1].

В настоящее время большая часть твердосплавного режущего инструмента, применяемого при обработке труднообрабатываемых материалов, импортируется из Кореи, Китая и России. Спрос на этот вид твердосплавного режущего инструмента в Узбекистане очень высок. Одним из основных покупателей является Навоийский горно-металлургический комбинат. Использование твердых сплавов, полученных традиционным способом, не дает хороших результатов, так как твердость обрабатываемого материала очень высокая.

В настоящее время совершенствование металлорежущих твердых металлов сосредоточено на формировании ультрадисперсных структур с зернами карбидной фазы менее 500 нм. Использование наноразмерных порошков WC и спекание в вакууме рассматривается как наиболее перспективный способ получения наноструктурированных твердых металлов с пониженной температурой спекания, повышенной твердостью, прочностью [3-6]. Но сильная агрегация полученных наночастиц во время спекания до сих пор остается актуальной задачей. Авторы [6,7] выявили зависимость между средним размером наночастиц порошка WC при спекании в вакууме с одной стороны, оптимальной температурой спекания твердых сплавов – с другой. Наличие примесного кислорода приводит к изменению химического и фазового состава нанопорошков WC в процессе спекания. Поэтому важно знать термическую стабильность состава и размеров частиц WC при отжиге или спекании при температурах ниже 1400 °C.

Цель работы: Целью данной работы является исследование влияние технологических режимов спекания твердого сплава в вакууме на физико-механические свойства режущих пластин.

Методы исследования.

Технологический процесс изготовления изделий из металлических порошков состоит из следующих операций: подготовка смеси для формования, формование заготовок и их спекание. Формование заготовок осуществлялся путем холодного прессования под большим давлением (30-1000 МПа) в металлических формах. Для получения изделий марки ВК-10КС использовали карбид вольфрама 90% и кобальт 10%. В качестве пластификатора использовали раствор каучука в бензине. Спекание заготовок твердых сплавов проводится, как правило, в две стадии. На первой, низкотемпературной, стадии процесс спекания ведут в среде водорода при температурах до 900–1150°C. На этой стадии нагрев до температуры до 300°C ведут медленно во избежание растрескивания изделий; в процессе подъема температуры происходит удаление пластификатора. При 900-1150°C происходит предварительное упрочнение изделий перед механической обработкой и окончательным спеканием. Окончательное спекание в присутствии жидкой фазы проводят для вольфрамовых сплавов в среде водорода или вакуумных печах при температурах 1150–1380°C в течение 1-2 ч. После окончательного спекания образцы визуально осматриваются на наличие трещин, раковин и других дефектов и отправляются для определения физико-механических свойств.

Метод определения твердости по Роквеллу (шкала А) заключается во вдавливании алмазного конического наконечника в испытуемый образец под действием нагрузки и в измерении увеличения глубины внедрения наконечника. Испытание проводилось на твердомере модели типа ТК-2М.

Изучение прочности на изгиб заключается в разрушении образца, свободно лежащего на двух опорах, силой, приложенной в середине пролета, в условиях кратковременного статического нагружения.

Исследование удельной плотности образцов проводились на гидростатических весах. Для измерения плотности образцы сначала помещают на верхнюю площадку весов и взвешивают в воздухе m₁, а затем помещают его же на нижнюю площадку весов и определяют вес в жидкости m₂. Из полученных результатов рассчитывают удельную плотность по формуле

 , г/см³.

Метод исследования коэрцитивной силы выполнялось на коэрцитиметре модели ИКС-096. Для измерения коэрцитивной силы образец вставляется между полюсными наконечниками и включается прибор и осуществляется измерение.

Результаты и их обсуждение.

Каждые образцы после спекания проходили визуальный осмотр на наличие в них видимых дефектов. В условиях завода на лаборатории были проведены испытания по определению твердости, удельной плотности, прочности на изгиб и коэрцитивной силы. Результаты проведенных испытаний приведены в таблицах № 1, 2.

Таблица 1.

Физико-механические свойства спеченного сплава ВК-10КС в вакууме при температурах 1150-1380ºС, с выдержкой 1 ч.

Таблица 2.

Физико-механические свойства спеченного сплава ВК-10КС в вакууме при температурах 1380-1650ºС, с выдержкой 1.5ч

Анализируя результаты можно судить о том, что наиболее оптимальным диапазоном температуры спекания в вакууме для сплавов марки ВК-10КС является 1350-1380ºС с выдержкой 1 час. При таком диапазоне температуры одновременно можно достичь твердости 89 НRA и прочности на изгиб 195кгс/мм². Плотность сплавов составляло 14,3 г/см³.

Выводы:

Изучая влияние технологических процессов на физико-механические свойства твердых сплавов марки ВК10-КС можно сделать следующие выводы:

- в микрокристаллическом порошке содержания примесного кислорода очень мало, в связи с этим в вакуумном спекании при температуре T≤1400°C наблюдается небольшое обезуглероживание свободного углерода;

- предотвратить обезуглероживание можно путем регулирования температуры спекания, экспериментально установлено температура спекания в вакууме 1380°C с выдержкой 1 час;

- при соблюдении температурного диапазона можно увеличить твердость НRA89, но при этом сохраняя прочность на изгиб 195 кгс/мм²;

Список литературы:

1. European Hard Materials Group (EuroHM), https://www.epma.com/ europeanhard - materials - group.
2. Berger S, Porat R, Rosen R. Nanocrystalline materials: A study of WC-based hard metals. ProgMaterSci 1997;42(1–4):311–20.
3. McCandlish LE, Kear BH, Kim BK. Processing and properties of nanostructured WC-Co. NanostructMater 1992;1(1):119–24.
4. MilmanYuV, Chugunova S, Goncharuck V. Low and high temperature hardness of WC-6 wt.%Coalloys. Int J RefractMetHardMater 1997;15(1–3):97–101.
5. Kurlov AS, Gusev AI, Rempel AA. Vacuum sintering of WC – 8 wt.% Co hardmetals from WC powders with different dispersity. Int J Refract Met Hard Mater 2011;29(2):221–31.
6. Kurlov AS, Rempel AA. Effect ofWC nanoparticle size on the sintering temperature, density, and microhardness of WC-8 wt.% Co alloys. Neorg Mater 2009;45(4):428–33 (in Russian). (Engl. Transl.: Inorganic Materials 2009; 45 (4): 380–385).