Влияние процесса термоцентробежного распыления на свойства сферических частиц карбидов вольфрама
Исследовано влияние процесса термоцентробежного распыления на структуру, микротвердость и стехиометрический состав сферических гранул карбидов вольфрама. Проведен сравнительный анализ исходных материалов для распыления (слитков) и сферических частиц. Установлено, что получение гранулированных частиц...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Datum: | 2009 |
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2009
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/100737 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Влияние процесса термоцентробежного распыления на свойства сферических частиц карбидов вольфрама / В.И. Дзыкович // Автоматическая сварка. — 2009. — № 4 (672). — С. 52-54. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859612697761415168 |
|---|---|
| author | Дзыкович, В.И. |
| author_facet | Дзыкович, В.И. |
| citation_txt | Влияние процесса термоцентробежного распыления на свойства сферических частиц карбидов вольфрама / В.И. Дзыкович // Автоматическая сварка. — 2009. — № 4 (672). — С. 52-54. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | Исследовано влияние процесса термоцентробежного распыления на структуру, микротвердость и стехиометрический состав сферических гранул карбидов вольфрама. Проведен сравнительный анализ исходных материалов для распыления (слитков) и сферических частиц. Установлено, что получение гранулированных частиц WC–W2C, имеющих наивысшую микротвердость и износостойкость, возможно только в результате повторного переплава распыляемого материала.
Effect of the centrifugal thermal spraying process on structure, microhardness and stoichiometric composition of spherical tungsten carbide granules was investigated. Comparative analysis of initial spraying materials (ingots) and spherical particles was conducted. It is established that the granulated WC-W2C particles, having the highest microhardness and wear resistance, can be produced only as a result of remelting of a spraying material.
|
| first_indexed | 2025-11-28T13:14:56Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.81:621.337
ВЛИЯНИЕ ПРОЦЕССА ТЕРМОЦЕНТРОБЕЖНОГО
РАСПЫЛЕНИЯ НА СВОЙСТВА СФЕРИЧЕСКИХ ЧАСТИЦ
КАРБИДОВ ВОЛЬФРАМА
В. И. ДЗЫКОВИЧ, инж. (Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины)
Исследовано влияние процесса термоцентробежного распыления на структуру, микротвердость и стехиометрический
состав сферических гранул карбидов вольфрама. Проведен сравнительный анализ исходных материалов для рас-
пыления (слитков) и сферических частиц. Установлено, что получение гранулированных частиц WC–W2C, имеющих
наивысшую микротвердость и износостойкость, возможно только в результате повторного переплава распыляемого
материала.
К л ю ч е в ы е с л о в а : карбиды вольфрама, центробежное
распыление, стехиометрический состав, сферические час-
тицы, износостойкие композиционные покрытия, дифрак-
тометрические исследования
В последние годы широкое применение получил
плавленый карбид вольфрама в сферических гра-
нулах, который выгодно отличается от традицион-
ного дробленого карбида вольфрама повышенной
твердостью (до НV 3000), высокой прочностью и
хорошей сыпучестью. Эти качества позволили
значительно расширить возможности применения
данного материала, особенно в области плазмен-
но-порошковой и лазерной наплавки, а также по-
лучения износостойких композиционных покры-
тий методом пропитки.
Важнейшими характеристиками сферических
частиц литых карбидов вольфрама (WC–W2C) яв-
ляется их микротвердость и микроструктура. При
соответствии каждой частицы стехиометрическо-
му составу, который представляет собой эвтек-
тический сплав, состоящий из 78…82 % W2C и
18…22 % WC (при 3,9…4,1 % C) [1], показатели
микротвердости имеют максимальные значения.
Соблюдение такого соотношения является необ-
ходимым условием получения материала с целью
создания композиционных покрытий, имеющих
наивысшую износостойкость.
Известно, что одним из наиболее эффективных
методов получения сферических частиц карбидов
вольфрама является метод термоцентробежного рас-
пыления слитков, представляющих собой цилинд-
рические литые стержни диаметром 29…30 мм и
длиной 200…250 мм. Слитки могут быть изготов-
лены способом выплавки в печах электросопротив-
ления, либо с использованием печей индукционного
нагрева. Процесс распыления ведется при больших
скоростях вращения слитков (4000…10000 об/мин).
В качестве источника нагрева применяется энергия
струи дуговой плазмы [2, 3].
Целью данной работы является изучение вли-
яния факторов концентрированного нагрева и
мгновенной кристаллизации микрообъемов жид-
кого расплава (капель), образующихся в процессе
распыления, на изменение структуры и свойств
исходных материалов (слитков).
Для проведения экспериментов были отобраны
пробы исходных материалов (литых стержней),
полученных методом выплавки в печах электро-
сопротивления и индукционным способом. Соот-
ветственно проводили оценки сферических час-
тиц, полученных методом термоцентробежного
распыления из этих же слитков. Параллельно оп-
ределяли содержание углерода в слитках и частицах
химическим способом. Кроме того, слитки карбидов
вольфрама и сферические частицы проходили тес-
тирование на микротвердость и микроструктуру.
Процесс распыления проводили на режимах, обес-
печивающих гранулометрический состав сферичес-
ких частиц в пределах 180…200 мкм [4]. Для ус-
реднения результатов опытов размер партии рас-
пыляемых слитков составлял 10 штук (15…17 кг).
От каждой распыленной партии для изучения от-
бирали две пробы сферических частиц в количестве
по 100 г каждая. Для тестирования исходных ма-
териалов от каждой партии слитков отбирали пробы
в количестве 100 г, которые изготавливали методом
механического дробления.
Результаты химического анализа на содержа-
ние углерода и результаты тестирования на мик-
ротвердость представлены в таблице, микрострук-
тура исследуемых образцов приведена на рис. 1.
Из данных табл. 1 видно, что при повторном
переплаве содержание углерода в материале нес-
колько снижается, однако уровень значений мик-
ротвердости сферических частиц повышается по
сравнению с исходным материалом, что позволяет
прогнозировать высокие служебные характерис-
тики износостойких покрытий, полученных с при-
менением сферических частиц (WC–W2C).
© В. И. Дзыкович, 2009
52 4/2009
Микроструктуры исходных материалов (литых
стержней) (рис. 1, а) отличаются незначительно,
поэтому способы выплавки слитков не оказывают
влияния на формирование фазовых составляющих
сферических частиц при термоцентробежном рас-
пылении.
Микроструктуры сферических частиц (рис. 1, б)
имеют более мелкодисперсную структуру. Меха-
ническая смесь двух фаз имеет более упорядо-
ченный характер, т. е. именно при повторном пе-
реплаве происходит измельчение структурных
составляющих в результате создания множества
микрообъемов жидкого металла (капель), их мгно-
венного отрыва и моментальной кристаллизации
в полете. Именно эти факторы объясняют повы-
шение микротвердости сферических частиц WC–
W2C.
Наиболее интересные результаты получены
при проведении сравнительного рентгенострук-
турного анализа слитков и гранул, полученных
методом термоцентробежного распыления. В ка-
честве наиболее показательных представлены ре-
зультаты оценки проб 6/03-ст-И и 6/03-сф-1.
Дифрактометрию образцов проводили с по-
мощью дифрактометра «ДРОН-УМ-1» в монох-
роматическом CuKα-излучении методом шагового
сканирования (35 кВ, 35 мА; время экспозиции
в точке 3…7 с, шаг 0,05°). В качестве монохро-
матора использовали монокристалл графита, ус-
тановленный на дифрагированном пучке. Во вре-
мя съемки образец вращался вокруг нормали, про-
веденной к плоскости покрытия. Обработку данных
дифрактометрического эксперимента с расчетом
коэффициента текстуры фаз осуществляли с ис-
пользованием программы для полнопрофильного
анализа рентгеновских спектров от смеси полик-
ристаллических фазовых составляющих PowderCell
2.4 [5]. Текстуру описывали в рамках модели March-
Т а б л и ц а 1. Результаты тестирования отобранных
проб литых стержней и сферических частиц
№ образца Содержание
углерода, %
Значения микротвердости
HV 100
Литые стержни
15/03-ст.И 4,20 2317 ± 78
14/03-ст.П 4,06 2206 ± 424
6/03-ст.И 4,20 2394 ± 502
Сферические частицы
15/03-сф-1 3,98 2933 ± 366
15/03-сф-2 3,98 2904 ± 303
14/03-сф-1 3,80 2821 ± 312
14/03-сф-2 3,70 2801 ± 303
6/03-сф-1 3,70 2930 ± 300
6/03-сф-2 3,80 2914 ± 254
Пр и м е ч а н и е . В обозначении образцов, отобранных из
слитков, буква «И» — индукционный способ выплавки; «П»
— в печи электросопротивления.
Рис. 1. Микроструктуры ( 1000) литых стержней (а) и сферических частиц (б)
4/2009 53
Dollase, профили дифракционных максимумов ап-
проксимировали функцией псевдоФойгхта.
При оценке материала исходных литых стерж-
ней установлено, что соотношение между фазами
WC и W2C распределено следующим образом,
мас. %: 32,1 WC и 67,9 W2C (рис. 2, а). Это можно
объяснить тем, что несмотря на технологическую
стабильность процесса выплавки литых стержней
возникают обстоятельства, при которых строгий
контроль времени выдержки жидкого расплава в
лодочке и последующего его слива в
литник бывают крайне затруднены
(задымленность нагревательного эле-
мента, невозможность визуального
контроля за процессом плавления
шихтовой смеси и др.). При этом воз-
никают явные предпосылки для на-
рушения стехиометрического соотно-
шения между рассматриваемыми фа-
зами.
При дифрактометрии проб сфери-
ческих частиц обнаружено, что соот-
ношение между фазами WC и W2C максимально
стремится к эвтекти- ческому и составляет, мас.
%: 21,4 WC и 76,8 W2C (рис. 2, б). Эти данные
подтверждают предположение, что в процессе
термоцентробежного распыления создаются иде-
альные условия (мгновенный отрыв жидкой фазы
в виде малого объема (капли) и его моментальная
кристаллизация) для измельчения структуры и по-
лучения эвтектической пропорции WC/W2C =
20/80. Содержание свободного вольфрама состав-
ляет 1,8 мас. % и связано, по всей вероятности, с
выделением незначительного количества вольфра-
ма на поверхности частиц по теории, рассмотренной
в работе [6].
Таким образом, качество слитков карбидов
вольфрама, являющихся исходным сырьем для
производства сферических частиц, практически
не зависит от способа их получения. Изготовление
сферических частиц карбидов вольфрама с из-
мельченной и упорядоченной структурой, повы-
шенной микротвердостью и приближенных к
эвтектическому соотношению фаз WC/W2C =
= 20/80 возможно только при условии повторного
переплава литых карбидов вольфрама.
1. Самсонов Г. В., Витрянюк В. Н., Чаплыгин Ф. И. Карби-
ды вольфрама. — Киев: Наук. думка, 1974. — 176 с.
2. А. с. 1381840 СССР. Установка центробежного распыле-
ния стержней из тугоплавких материалов / А. И. Белый,
Б. В. Данильченко, В. С. Гончаренко, В. И. Дзыкович. —
Опубл. 15.10.1987.
3. Пат. 20516А Україна. Спосіб одержання гранульованих
тугоплавких матеріалів / К. А. Ющенко, О. П. Жудра,
О. І. Білий, В. І. Дзыкович. — Опубл. 15.07.1997.
4. Самсонов Г. В., Упадхай Т. Ш., Нешпор В. С. Физичес-
кое материаловедение карбидов. — Киев: Наук. думка,
1974. — 440 с.
5. ftp://ftp.bam.de/Powder_Cell/pcw23.exe.
6. Математическое моделирование процесса получения
сферических гранул плавленых карбидов вольфрама /
В. И. Махненко, Е. А. Великоиваненко, А. П. Жудра и
др. // Автомат. сварка. — 2004. — № 2. — С. 3–10.
The effect of the centrifugal spraying process on structure, microhardness and stoichiometric composition of spherical
tungsten carbide granules was investigated. Comparative analysis of spraying raw materials (ingots) and spherical particles
was conducted. It was proved that only remelting of the spraying material can provide the granulated WC-W2C particles
with the highest microhardness and wear resistance.
Поступила в редакцию 23.12.2008
Рис. 2. Фрагмент полнопрофильного анализа дифракционной
картины образца 6/03-ст.И (а) и 6/03-сф-1 (б)
Т а б л и ц а 2. Результаты вычислений параметров решетки
№ образца Фазовое
состояние
Содержание
фазы, мас. %
Параметры решетки, нм Ориентация
решеткиа с
6/03-ст.И WC 32,07 0,29058 0,28373 0,6598
W2C 67,93 0,51850 0,47345 —
6/03-сф-1 WC 21,43 0,29078 0,28383 —
W2C 76,82 0,51909 0,47311 —
W 1,76 0,31667 — —
54 4/2009
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-100737 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0005-111X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-28T13:14:56Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Дзыкович, В.И. 2016-05-26T17:31:02Z 2016-05-26T17:31:02Z 2009 Влияние процесса термоцентробежного распыления на свойства сферических частиц карбидов вольфрама / В.И. Дзыкович // Автоматическая сварка. — 2009. — № 4 (672). — С. 52-54. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/100737 621.81:621.337 Исследовано влияние процесса термоцентробежного распыления на структуру, микротвердость и стехиометрический состав сферических гранул карбидов вольфрама. Проведен сравнительный анализ исходных материалов для распыления (слитков) и сферических частиц. Установлено, что получение гранулированных частиц WC–W2C, имеющих наивысшую микротвердость и износостойкость, возможно только в результате повторного переплава распыляемого материала. Effect of the centrifugal thermal spraying process on structure, microhardness and stoichiometric composition of spherical tungsten carbide granules was investigated. Comparative analysis of initial spraying materials (ingots) and spherical particles was conducted. It is established that the granulated WC-W2C particles, having the highest microhardness and wear resistance, can be produced only as a result of remelting of a spraying material. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Производственный раздел Влияние процесса термоцентробежного распыления на свойства сферических частиц карбидов вольфрама Effect of the centrifugal thermal spraying process on properties of spherical tungsten carbide particles Article published earlier |
| spellingShingle | Влияние процесса термоцентробежного распыления на свойства сферических частиц карбидов вольфрама Дзыкович, В.И. Производственный раздел |
| title | Влияние процесса термоцентробежного распыления на свойства сферических частиц карбидов вольфрама |
| title_alt | Effect of the centrifugal thermal spraying process on properties of spherical tungsten carbide particles |
| title_full | Влияние процесса термоцентробежного распыления на свойства сферических частиц карбидов вольфрама |
| title_fullStr | Влияние процесса термоцентробежного распыления на свойства сферических частиц карбидов вольфрама |
| title_full_unstemmed | Влияние процесса термоцентробежного распыления на свойства сферических частиц карбидов вольфрама |
| title_short | Влияние процесса термоцентробежного распыления на свойства сферических частиц карбидов вольфрама |
| title_sort | влияние процесса термоцентробежного распыления на свойства сферических частиц карбидов вольфрама |
| topic | Производственный раздел |
| topic_facet | Производственный раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/100737 |
| work_keys_str_mv | AT dzykovičvi vliânieprocessatermocentrobežnogoraspyleniânasvoistvasferičeskihčastickarbidovvolʹframa AT dzykovičvi effectofthecentrifugalthermalsprayingprocessonpropertiesofsphericaltungstencarbideparticles |