Можливості прогнозування фізико-механічних властивостей твердих сплавів WC–Co за розподілом розмірів карбідних зерен
Висвітлено можливості використання комп’ютерної програми для прогнозування фізико-механічних та експлуатаційних властивостей твердих сплавів WC–Co у широкому діапазоні розмірів зерен WC та вмісту з’вязуючої фази....
Збережено в:
| Дата: | 2017 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
2017
|
| Назва видання: | Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/135020 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Можливості прогнозування фізико-механічних властивостей твердих сплавів WC–Co за розподілом розмірів карбідних зерен / В.П. Бондаренко, Н.В. Литошенко, В.П. Ботвинко // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2017. — Вип. 20. — С. 395-398. — Бібліогр.: 4 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-135020 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1350202025-02-09T13:55:55Z Можливості прогнозування фізико-механічних властивостей твердих сплавів WC–Co за розподілом розмірів карбідних зерен Possibilities of forecasting physico-mechanical properties of solid alloys WC-Co by distribution of double grade dimensions Бондаренко, В.П. Литошенко, Н.В. Ботвинко, В.П. Разработка и внедрение оборудования и инструмента, оснащенного твердыми сплавами, в различных отраслях промышленности Висвітлено можливості використання комп’ютерної програми для прогнозування фізико-механічних та експлуатаційних властивостей твердих сплавів WC–Co у широкому діапазоні розмірів зерен WC та вмісту з’вязуючої фази. Освещены возможности использования компьютерной программы для прогнозирования физико-механических и эксплуатационных свойств твердых сплавов WC–Co в широком диапазоне размеров зерен WC и содержания связующей фазы. Using a computer program to predict physical, mechanical and performance properties for carbide WC–Co in a wide range of grain size WC and concentration of cobalt. 2017 Article Можливості прогнозування фізико-механічних властивостей твердих сплавів WC–Co за розподілом розмірів карбідних зерен / В.П. Бондаренко, Н.В. Литошенко, В.П. Ботвинко // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2017. — Вип. 20. — С. 395-398. — Бібліогр.: 4 назв. — укр. 2223-3938 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/135020 669.018.25.002.35 uk Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения application/pdf Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| topic |
Разработка и внедрение оборудования и инструмента, оснащенного твердыми сплавами, в различных отраслях промышленности Разработка и внедрение оборудования и инструмента, оснащенного твердыми сплавами, в различных отраслях промышленности |
| spellingShingle |
Разработка и внедрение оборудования и инструмента, оснащенного твердыми сплавами, в различных отраслях промышленности Разработка и внедрение оборудования и инструмента, оснащенного твердыми сплавами, в различных отраслях промышленности Бондаренко, В.П. Литошенко, Н.В. Ботвинко, В.П. Можливості прогнозування фізико-механічних властивостей твердих сплавів WC–Co за розподілом розмірів карбідних зерен Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
| description |
Висвітлено можливості використання комп’ютерної програми для прогнозування фізико-механічних
та експлуатаційних властивостей твердих сплавів WC–Co у широкому діапазоні розмірів зерен WC
та вмісту з’вязуючої фази. |
| format |
Article |
| author |
Бондаренко, В.П. Литошенко, Н.В. Ботвинко, В.П. |
| author_facet |
Бондаренко, В.П. Литошенко, Н.В. Ботвинко, В.П. |
| author_sort |
Бондаренко, В.П. |
| title |
Можливості прогнозування фізико-механічних властивостей твердих сплавів WC–Co за розподілом розмірів карбідних зерен |
| title_short |
Можливості прогнозування фізико-механічних властивостей твердих сплавів WC–Co за розподілом розмірів карбідних зерен |
| title_full |
Можливості прогнозування фізико-механічних властивостей твердих сплавів WC–Co за розподілом розмірів карбідних зерен |
| title_fullStr |
Можливості прогнозування фізико-механічних властивостей твердих сплавів WC–Co за розподілом розмірів карбідних зерен |
| title_full_unstemmed |
Можливості прогнозування фізико-механічних властивостей твердих сплавів WC–Co за розподілом розмірів карбідних зерен |
| title_sort |
можливості прогнозування фізико-механічних властивостей твердих сплавів wc–co за розподілом розмірів карбідних зерен |
| publisher |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| publishDate |
2017 |
| topic_facet |
Разработка и внедрение оборудования и инструмента, оснащенного твердыми сплавами, в различных отраслях промышленности |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/135020 |
| citation_txt |
Можливості прогнозування фізико-механічних властивостей твердих сплавів WC–Co за розподілом розмірів карбідних зерен / В.П. Бондаренко, Н.В. Литошенко, В.П. Ботвинко // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2017. — Вип. 20. — С. 395-398. — Бібліогр.: 4 назв. — укр. |
| series |
Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
| work_keys_str_mv |
AT bondarenkovp možlivostíprognozuvannâfízikomehaníčnihvlastivostejtverdihsplavívwccozarozpodílomrozmírívkarbídnihzeren AT litošenkonv možlivostíprognozuvannâfízikomehaníčnihvlastivostejtverdihsplavívwccozarozpodílomrozmírívkarbídnihzeren AT botvinkovp možlivostíprognozuvannâfízikomehaníčnihvlastivostejtverdihsplavívwccozarozpodílomrozmírívkarbídnihzeren AT bondarenkovp possibilitiesofforecastingphysicomechanicalpropertiesofsolidalloyswccobydistributionofdoublegradedimensions AT litošenkonv possibilitiesofforecastingphysicomechanicalpropertiesofsolidalloyswccobydistributionofdoublegradedimensions AT botvinkovp possibilitiesofforecastingphysicomechanicalpropertiesofsolidalloyswccobydistributionofdoublegradedimensions |
| first_indexed |
2025-11-26T13:17:36Z |
| last_indexed |
2025-11-26T13:17:36Z |
| _version_ |
1849859049146810368 |
| fulltext |
РАЗДЕЛ 3. РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ И ИНСТРУМЕНТА, ОСНАЩЕННОГО
ТВЕРДЫМИ СПЛАВАМИ, В РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЯХ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
395
УДК 669.018.25.002.35
В. П. Бондаренко, член-кор. НАН України,
Н. В. Литошенко, В. П. Ботвинко, кандидати технічних наук
Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ
МОЖЛИВОСТІ ПРОГНОЗУВАННЯ ФІЗИКО-МЕХАНІЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ
ТВЕРДИХ СПЛАВІВ WC–Co ЗА РОЗПОДІЛОМ РОЗМІРІВ КАРБІДНИХ ЗЕРЕН
Висвітлено можливості використання комп’ютерної програми для прогнозування фізико-механічних
та експлуатаційних властивостей твердих сплавів WC–Co у широкому діапазоні розмірів зерен WC
та вмісту з’вязуючої фази.
Ключові слова: твердий сплав WC–Co, структурні параметри, фізико-механічні та експлуатаційні
властивості, комп’ютерна програма.
Вступ
Теоретичні методи і підходи для розрахунку структурних характеристик та властивостей
вольфрамо-кобальтових твердих сплавів, що базуються на фундаментальних положеннях
фізичного матеріалознавства та механіки пружно-пластичних композитів наведено в [1–4]. З
огляду на хорошу узгодженість отриманих в цих роботах теоретичних значень з відповідними
сучасними експериментальними даними відомих світових виробників твердих сплавів WC–Co,
створено комп’ютерну програму, за допомогою якої можна швидко розраховувати параметри
мікроструктури а також визначити фізико-механічні і експлуатаційні характеристики твердих
сплавів WC–Co в широкому діапазоні вмісту кобальтової зв’язки (3–30% мас.) і розмірів
карбідних зерен (0,1–20 мкм). Мета даного повідомлення – продемонструвати можливості
застосування розробленого програмного продукту на прикладі твердих сплавів марки ВК8,
спечених за різними технологіями.
Числовий експеримент
Для дослідження впливу легування на стан карбідного скелету та властивості твердих
сплавів виготовили зразки зі стандартної суміші марки ВК8. Як легуючі добавки
застосовували карбіди танталу ТаС і ванадію VC концентрації яких складали 0,05 і 0,1%.
Спікання здійснювали в метано-водневому середовищі за температури 1450, 1470 і 1500 оС. У
результаті металографічних досліджень цих сплавів отримали розподіли карбідних зерен WC
за розмірами. Результати наведено в перших восьми графах табл. 1. Надалі використовуємо
цю інформацію для комп’ютерних розрахунків
Необхідні вхідні дані для розробленої програми: масова концентрація кобальту в сплаві
WC–Co, яку визначаємо за маркою сплаву – 8, розподіл карбідних зерен WC за розмірами,
який отримуємо відповідно до ГОСТ 9391-80 металографічним методом (див. табл. 1 графи 3–
8).
Выпуск 20. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
396
Таблиця 1. Структурні параметри твердих сплавів ВК8
Сплав Тсп , С
WC, % dWC,
мкм
lCo,
мкм
V C SWC/WC,
мкм-1
SWC/WC,
мкм-1
1
мкм
2
мкм
3
мкм
4–5
мкм
6–7
мкм
8–10
мкм
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
ВК8 вихідний 1450 48 20 20 10 1 1 2,1 0,9 0,68 0,65 0,54 0,59
1470 43 23 10 11 5 9 2,8 1,1 0,9 0,62 0,38 0,48
1450 54 27 13 5 - - 1,7 0,8 0,95 0,66 0,67 0,69
ВК8+0,05% VC 1470 49 18 17 11 4 1 2,2 0,9 0,73 0,64 0,50 0,57
1500 50 18 15 11 1 5 2,3 0,9 0,85 0,62 0,46 0,57
1450 63 21 9 5 1 1 1,7 0,7 0,75 0,63 0.65 0,75
ВК8+0,05%TaC 1470 52 22 12 8 3 3 2,1 0,9 0,83 0,62 0,50 0,61
1500 43 16 14 17 4 6 2,6 1,1 0,80 0,63 0,40 0,47
1450 66 18 12 1 1 2 1,7 0,7 0,83 0,62 0,65 0,78
ВК8+0,1% TaC 1470 55 20 10 10 3 2 2,1 0,9 0,81 0,63 0,52 0,63
1500 54 15 10 12 4 5 2,4 1,0 0,89 0,61 0,45 0,56
ВК8 серійний 1450 45 21 15 12 4 3 2,4 1,0 0,78 0,63 0,46 0,54
За допомогою формул лінійного аналізу та виразу для визначення коефіцієнта
суміжності карбідних зерен сплавів WC–Co [1] розраховуються такі структурні параметри:
середній розмір карбідних зерен dWC, коефіцієнт варіації розмірів зерен WC у сплаві V,
коефіцієнт суміжності карбідної фази С, середній розмір кобальтових прошарків lCo, а також
питома площа міжзеренної поверхні SWC/WC і міжфазної SWC/Co. Значення наведених
характеристик для досліджуваних сплавів розміщено в табл.1.
З’ясуємо, як впливає стан карбідного скелета на фізико-механічні та експлуатаційні
властивості сплавів, що розглядаються. Теоретичні, тобто отримані за допомогою
комп’ютерних розрахунків, (над рискою) і експериментальні (під рискою) значення деяких з
них розміщено в табл. 2. При цьому густину , твердість HRА, границю міцності при
випробовуванні на згин Rbm вимірювали за методиками ГОСТ 20019-74. Коерцитивну силу Нсм
визначали коерцитиметром ИКС-96М за ГОСТ 24916-81, міцність при випробуванні на
стискання Rcm – за допомогою універсальної тестової машини UТС-100 за ГОСТ 27034-86,
коефіцієнт інтенсивності напружень К1С – за ГОСТ 25.506-85. Слід зазначити, що для сплавів
ВК8 при всіх режимах спікання отримані середні значення Rbm та Rсm перебувають у досить
широких 95%-х довірчих інтервалах.
Границі міцності, що містяться у графах 7–9 табл. 2, розраховують за виразами, що
наведені в [3]. Теоретичні ж значення коерцитивної сили, твердості та тріщиностійкості (графи
5, 6, 10 табл. 2) – згідно з [4].
Як свідчать результати аналізу даних табл. 2, розрахункові значення досить добре
узгоджуються з експериментальними, за винятком коерцитивної сили. Для Hcм різниця між
теоретичними та виміряними значеннями становить 10–40%. Максимальна ж похибка
апроксимації для Hcм становить 5,5%. Оскільки Hcм істотно залежить від густини, то можна
припустити, що виміряне значення густини дещо занижене. Потрібно також зважати на те, що
на границях зерен WC містяться легуючі елементи, а математичні моделі побудовані для
двофазних технічних твердих сплавів групи ВК.
РАЗДЕЛ 3. РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ И ИНСТРУМЕНТА, ОСНАЩЕННОГО
ТВЕРДЫМИ СПЛАВАМИ, В РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЯХ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
397
Таблиця 2. Фізико–механічні властивості твердих сплавів
Сплав Тсп , С
dWC,
мкм
ρ,
г/см3
Hcм,
кА/м
HRA,
ГПа
Rcm,
ГПа
Rtm,
ГПа
Rbm,
ГПа
K1C,
МПа∙м1/2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
ВК8 вихідний 1450 2,1
14,7 8,7
9,6
89,5
89,0
5,0 1,0 2,2
1,9
13,2
1470 2,8
14,7 7,5
8,6
89,0
87,3
4,6 1,1 2,2
1,7
14,8
1450 1,7
14,7 9,8
11,0
89,8
89,5
5,2 1,0 2,1
2,0
12,2
ВК8+0,05% VC 1470 2,2
14,8 8,5
10,9
89,4
89,5
4,9 1,1 2,2
2,2
13,5
1500 2,3
14,8 8,5
9,8
89,3
89,0
4,9 1,1 2,2
1,9
13,8
1450 1,7
14,9 10,4
12,3
89,8
89,7
5,3 1,1 2,2
1,6
12,3
ВК8+0,05%TaC 1470 2,1
14,9 8,9
12,0
89,4
89,5
4,9 1,1 2,2
2,0
13,4
1500 2,6
14,9 7,4
11,0
89,0
89,2
4,6 1,1 2,1
1,7
14,7
1450 1,7
15,0 10,8
12,7
90,0
90,4
5,4 1,2 2,2
1,5
12,3
ВК8+0,1% TaC 1470 2,1
14,9 9,1
11,9
89,5
89,7
5,0 1,1 2,2
1,9
13,2
1500 2,4
14,9 8,4
11,5
89,2
89,1
4,8 1,1 2,2
1,6
14,0
ВК8 серійний 1450 2,4
14,7 8,0
9,8
89,2
89,0
4,8
4,0
1.1 2,1
2,0
13,9
13,6
Висновки
За допомогою розробленої комп’ютерної програми можна проводити аналіз зв’язку
мікроструктурних параметрів з фізико-механічними властивостями сучасних твердих сплавів
WC–Co у широкому діапазоні вмісту кобальтової зв’язки (3–30% мас.) і розмірів карбідних
зерен ( 0,1–20 мкм).
Необхідні вхідні дані для запропонованої програми: масова концентрація кобальту у
сплаві WC–Co залежно від марки сплаву та розподіл карбідних зерен WC за розмірами, який
визначають відповідно до ГОСТ 9391-80 металографічним методом.
У результаті виконання програми розраховують:
– об’ємний вміст кобальту у сплаві v;
– густину сплаву ρ (г/см3 );
– середній розмір карбідних зерен dWC (мкм);
– коефіцієнт варіації розмірів зерен WC в сплаві, V;
– коефіцієнт суміжності карбідної фази С;
– середній розмір кобальтових прошарків lCo (мкм);
– питому площу міжзеренної SWC/WC (мкм-1) та міжфазної SWC/Co (мкм-1)
поверхні;
– об’ємний модуль пружності сплаву К, (ГПа);
– модуль зсуву сплаву μ (ГПа);
– модуль Юнга сплаву Е (ГПа);
Выпуск 20. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
398
– коефіцієнт Пуассона сплаву υ;
– коефіцієнт теплового розширення сплаву α (К-1);
– залишкові термічні напруження в кобальтовій σСо (ГПа) і в карбідній
σWC (ГПа) фазах;
– границю міцності при випробовуванні на стискання Rcm (ГПа), розтягування
Rtm (ГПа), згинання Rbm (ГПа);
– твердість за Віккерсом HB30 (ГПа) та за Роквеллом HRA (ГПа);
– в’язкість руйнування K1C (МПа∙м1/2);
– коерцитивну силу Hcм ( кА/м);
– питоме магнітне насичення σS (Гс∙см3/г).
Розроблений програмний продукт можна використовувати як ефективний засіб для
контролю точності вимірювання фізико-механічних та експлуатаційних властивостей
промислових марок твердих сплавів, а також при розробленні нових матеріалів.
Освещены возможности использования компьютерной программы для прогнозирования
физико-механических и эксплуатационных свойств твердых сплавов WC–Co в широком диапазоне
размеров зерен WC и содержания связующей фазы.
Ключевые слова: твердый сплав WC–Co, структурные параметры, физико-механические и
эксплуатационные свойства, компьютерная программа.
POSSIBILITIES OF FORECASTING PHYSICO-MECHANICAL PROPERTIES OF SOLID
ALLOYS WC-CO BY DISTRIBUTION OF DOUBLE GRADE DIMENSIONS
Using a computer program to predict physical, mechanical and performance properties for carbide
WC–Co in a wide range of grain size WC and concentration of cobalt.
Key words: hardmetals WC–Co, structural parameters, physical, mechanical and performance
properties, computer program.
Література
1. Golovchan V. T., Litoshenko N. V. On the contiguity of carbide phase in WC–Co hardmetals
// Int. J. Refr. Met. Hard Mater. – 2003. – 21.– P. 241–244.
2. Литошенко Н. В. Закономірність впливу залишкових термічних мікронапружень та
дисперсії розмірів карбідних зерен на деформаційні характеристики твердих сплавів
WC–Со: автореф. дис. – К.: ІНМ ім. В. М. Бакуля НАН України, 2002.
3. Golovchan V. T., Litoshenko N. V. The stress-strain behavior of WC-Co hardmetals // Comp.
Mat. Sc. – 2010. –49. – N 3. – P. 593–597.
4. Golovchan V. T. Some analytical consequences of experimental data of properties of WC–Co
hardmetals // Int. J. Refr. Met. Hard Mater. – 2008. – 26. – P. 301–305.
Надійшла 12.06.17
|