Вплив умов отримання на мікроструктуру, фазовий склад та властивості евтектичного сплаву системи WC–W₂C

Встановлено вплив умов отримання на мікроструктуру, фазовий склад і властивості евтектичного сплаву системи WC–W₂C – реліту, який широко використовується в якості наплавочного матеріалу для зміцнення швидкозношуваних деталей. Методами растрової електронної мікроскопії, рентгенофазового та дюрометрич...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2019
Автори:	Троснікова, І.Ю., Лобода, П.І.
Формат:	Стаття
Мова:	Ukrainian
Опубліковано:	Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України 2019
Назва видання:	Сверхтвердые материалы
Теми:	Одержання, структура, властивості
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/167292
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:	Вплив умов отримання на мікроструктуру, фазовий склад та властивості евтектичного сплаву системи WC–W₂C / І.Ю. Троснікова, П.І. Лобода // Надтверді матеріали. — 2019. — № 1 (237). — С. 66-70. — Бібліогр.: 5 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-167292
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1672922025-02-09T14:30:54Z Вплив умов отримання на мікроструктуру, фазовий склад та властивості евтектичного сплаву системи WC–W₂C Influence of Obtaining Conditions on Microstructure, Phase Composition and Properties of Eutectic Alloy of WC-W₂C System Троснікова, І.Ю. Лобода, П.І. Одержання, структура, властивості Встановлено вплив умов отримання на мікроструктуру, фазовий склад і властивості евтектичного сплаву системи WC–W₂C – реліту, який широко використовується в якості наплавочного матеріалу для зміцнення швидкозношуваних деталей. Методами растрової електронної мікроскопії, рентгенофазового та дюрометричного аналізів виявлено, що підвищення механічних властивостей задовільно корелює зі зменшенням співвідношення між кількістю фаз W₂C, WC і WC₁₋х, товщиною прошарків фаз в зернах та витягнутістю останніх. Установлено влияние условий получения на микроструктуру, фазовый состав и свойства эвтектического сплава системы WC–W₂C – релита, который широко используется в качестве наплавочного материала для упрочнения быстроизнашивающихся деталей. Методами растровой электронной микроскопии, рентгенофазового и дюрометрического анализов выявлено, что повышение механических свойств удовлетворительно коррелирует с уменьшением соотношения между количеством фаз W₂C, WC, WC₁₋х, толщиной слоев фаз в зернах и вытянутостью последних. The influence of the obtaining conditions on microstructure, phase composition and properties of eutectic alloy of the WC–W₂C system (relit), which is widely used as a surfacing material to strengthen the wearing parts, was installed. Using scanning electron microscopy, X-ray diffraction and durometric analyzes, it was found that the increase in mechanical properties is satisfactorily correlated with a decrease in the ratio between the number of phases of W₂C, WC and WC₁₋х, the thickness of the phase layers in the grains, and the elongation of the latter. 2019 Article Вплив умов отримання на мікроструктуру, фазовий склад та властивості евтектичного сплаву системи WC–W₂C / І.Ю. Троснікова, П.І. Лобода // Надтверді матеріали. — 2019. — № 1 (237). — С. 66-70. — Бібліогр.: 5 назв. — укр. 0203-3119 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/167292 621.762 uk Сверхтвердые материалы 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	Одержання, структура, властивості Одержання, структура, властивості
spellingShingle	Одержання, структура, властивості Одержання, структура, властивості Троснікова, І.Ю. Лобода, П.І. Вплив умов отримання на мікроструктуру, фазовий склад та властивості евтектичного сплаву системи WC–W₂C Сверхтвердые материалы
description	Встановлено вплив умов отримання на мікроструктуру, фазовий склад і властивості евтектичного сплаву системи WC–W₂C – реліту, який широко використовується в якості наплавочного матеріалу для зміцнення швидкозношуваних деталей. Методами растрової електронної мікроскопії, рентгенофазового та дюрометричного аналізів виявлено, що підвищення механічних властивостей задовільно корелює зі зменшенням співвідношення між кількістю фаз W₂C, WC і WC₁₋х, товщиною прошарків фаз в зернах та витягнутістю останніх.
format	Article
author	Троснікова, І.Ю. Лобода, П.І.
author_facet	Троснікова, І.Ю. Лобода, П.І.
author_sort	Троснікова, І.Ю.
title	Вплив умов отримання на мікроструктуру, фазовий склад та властивості евтектичного сплаву системи WC–W₂C
title_short	Вплив умов отримання на мікроструктуру, фазовий склад та властивості евтектичного сплаву системи WC–W₂C
title_full	Вплив умов отримання на мікроструктуру, фазовий склад та властивості евтектичного сплаву системи WC–W₂C
title_fullStr	Вплив умов отримання на мікроструктуру, фазовий склад та властивості евтектичного сплаву системи WC–W₂C
title_full_unstemmed	Вплив умов отримання на мікроструктуру, фазовий склад та властивості евтектичного сплаву системи WC–W₂C
title_sort	вплив умов отримання на мікроструктуру, фазовий склад та властивості евтектичного сплаву системи wc–w₂c
publisher	Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
publishDate	2019
topic_facet	Одержання, структура, властивості
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/167292
citation_txt	Вплив умов отримання на мікроструктуру, фазовий склад та властивості евтектичного сплаву системи WC–W₂C / І.Ю. Троснікова, П.І. Лобода // Надтверді матеріали. — 2019. — № 1 (237). — С. 66-70. — Бібліогр.: 5 назв. — укр.
series	Сверхтвердые материалы
work_keys_str_mv	AT trosníkovaíû vplivumovotrimannânamíkrostrukturufazovijskladtavlastivostíevtektičnogosplavusistemiwcw2c AT lobodapí vplivumovotrimannânamíkrostrukturufazovijskladtavlastivostíevtektičnogosplavusistemiwcw2c AT trosníkovaíû influenceofobtainingconditionsonmicrostructurephasecompositionandpropertiesofeutecticalloyofwcw2csystem AT lobodapí influenceofobtainingconditionsonmicrostructurephasecompositionandpropertiesofeutecticalloyofwcw2csystem
first_indexed	2025-11-26T21:39:37Z
last_indexed	2025-11-26T21:39:37Z
_version_	1849890630447136768
fulltext	http://stmj.org.ua 66 УДК 621.762 І. Ю. Троснікова, П. І. Лобода Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського”, Київ, Україна irina2510@ukr.net Вплив умов отримання на мікроструктуру, фазовий склад та властивості евтектичного сплаву системи WC–W2C Встановлено вплив умов отримання на мікроструктуру, фазо- вий склад і властивості евтектичного сплаву системи WC–W2C – реліту, який широко використовується в якості наплавочного матеріалу для зміцнення швид- козношуваних деталей. Методами растрової електронної мікроскопії, рентге- нофазового та дюрометричного аналізів виявлено, що підвищення механічних властивостей задовільно корелює зі зменшенням співвідношення між кількістю фаз W2C, WC і WC1–х, товщиною прошарків фаз в зернах та витягнутістю останніх. Ключові слова: карбіди вольфраму, газове середовище, відцент- рове розпилення, швидкість охолодження, напружено-деформований стан. ВСТУП Деталі, що працюють в умовах великих динамічних наванта- жень, абразивного зношування, в агресивному середовищі та при високих температурах, наприклад, бури нафто- і гірничовидобувного обладнання, металообробного інструменту та ін., мають строк служби в 3–5 разів нижчий, аніж інші частини механізмів цієї техніки. Зношені деталі потребують заміни, що призводить до зниження рентабельності виробництва та збільшення ви- трат на ремонт обладнання. Проблема щодо підвищення зносостійкості для України є актуальною ще й у зв’язку з дефіцитом легуючих добавок та пос- тійним розширенням області їхнього застосування (наприклад, для видобутку сланцевого газу). Проблему підвищення зносостійкості можна вирішити ви- готовленням конструкційних деталей машин і механізмів з нових матеріалів з підвищеними твердістю, міцністю та в’язкістю або модифікуванням повер- хні традиційних шляхом нанесення зносостійких покриттів [1, 2]. Керамічні матеріали мають найбільш високі значення температури плав- лення, модуля пружності, температури початку інтенсивної повзучості, твердості. Серед перспективних традиційних матеріалів для захисту металевих виробів від зношування є евтектичний сплав системи WC–W2C (реліт). Голов- ним недоліком керамічних матеріалів є низька міцність та висока крихкість. З усіх механізмів зміцнення (подрібнення зерна, армування волокнами, введення пластичної зв’язки, створення внутрішніх напружень та ін.) тільки армування монокристалічними волокнами забезпечує збільшення міцності більше ніж на порядок. Одержання армованих керамічних матеріалів змішуванням порошків матричної фази та волокон з наступним спіканням, гарячим пресуванням, ізостатичним пресуванням не дозволяє зберегти цілісність і рівномірний розподіл волокон по об’єму матричної фази. Методи кристалізації із розплавів © І. Ю. ТРОСНІКОВА, П. І. ЛОБОДА, 2019 ISSN 0203-3119. Надтверді матеріали, 2019, № 1 67 евтектичних сплавів дозволяють отримувати регулярне розташування волокон і формування когерентних та напівкогерентних границь розподілу між матрич- ною фазою й волокнами, що є головною умовою підвищення термічної стабільності структури та поліпшення фізико-механічних властивостей матеріалу. Водночас ступінь когерентності, рівномірність розподілу за розмірами, розмір волокон залежать від теплових умов кристалізації, хімічного складу та природи фазових складових композиційного матеріалу [3, 4]. Головною умовою формування армованих керамічних матеріалів кристалізацією із розплавів є евтектичний характер діаграми стану. Відомо, що взаємодія між карбідом і напівкарбідом вольфраму описується евтектич- ною діаграмою стану, але не вивченими є питання впливу робочих умов кристалізації на мікроструктуру та фазовий склад сплавів системи WC–W2C. Тому актуальним є дослідження впливу умов отримання, а саме газового середовища на мікроструктуру, фазовий склад і властивості евтектичного сплаву системи WC–W2C з метою підвищення механічної міцності та зносостійкості. Метою роботи було встановлення впливу умов отримання на мікроструктуру, фазовий склад і властивості евтектичного сплаву системи WC–W2C. МЕТОДИКА ЕКСПЕРИМЕНТУ Вихідний евтектичний сплав карбідів вольфраму WC–W2C було отримано відцентровим розпиленням виливків, виплавлених в печі Таммана за темпе- ратури 3100 °С. Попередньо підготовлений електрод евтектичного сплаву карбідів вольф- раму, який з’єднаний з тримачем, встановлювали у камеру, заповнену інертним газом (аргоном, азотом або їх сумішшю). Торець стрижня оплавля- ли за допомогою плазмо-дугового розряду. В якості плазмоутворюючого газу використовували аргон, азот і аргонно-азотна суміш у співвідношенні 50:50. Розплав під дією відцентрових сил видаляється з торця стрижня у вигляді крапель і кристалізується у польоті. У міру розплавлення стрижень подавали догори. Поверхню камери охолоджували водою. Мікроструктуру отриманих сплавів вивчали за допомогою растрового електронного мікроскопу REM-106И (SELMI, Суми, Україна). Рентгенографічні дослідження фазового складу було проведено на дифрактометрі RIGAKU ULTIMA IV з використанням методів Рітвельда та Reference Intencity Ratio (RIR) при випромінюванні CuKα1,2 (λСuKα1 = 0,1541 нм). Твердість сплаву досліджували методом Віккерса на мікротвердомірі ПМТ-3 при навантаженні на алмазну пірамідку 150 г. РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕННЯ Для того, щоб підтвердити, що швидкість охолодження призводить до формування комірчастої структури [5], досліджували мікроструктуру евтек- тичного сплаву системи WC–W2C в залежності від робочого газового середо- вища (захисного та плазмоутворюючого газу) та розміру частинок порошку. Евтектичний сплав системи WC–W2C отримано відцентровим розпиленням в захисному середовищі аргону (рис. 1, а, б, г) та азоту (рис. 1, в). В якості пла- змоутворюючого газу було використано суміш газів азоту і аргону у співвід- ношенні 50:50 (рис. 1, а, в); азоту (рис. 1, б) і аргону (рис. 1, г). Твердість за Віккерсом евтектичного сплаву системи WC–W2C, отримано- го відцентровим розпиленням, в залежності від зміни захисного та плазмоут- http://stmj.org.ua 68 ворюючого газового середовища і дисперсності частинок порошку суттєво відрізняється (рис. 2). а б в г Рис. 1. Мікроструктура евтектичного сплаву системи WC–W2C, отриманого відцентровим розпиленням у різних газових середовищах: Ar, N/Ar (а); Ar, N (б); N, N/Ar (в); Ar, Ar (г). 23 26 29 32 35 38 41 44 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Розмір частинок порошку, мкм 1 2 3 4 Т ве рд іс ть з а В ік ке рс ом , Г П а Рис. 2. Вплив дисперсності частинок порошку евтектичного сплаву системи WC–W2C, отриманого відцентровим розпиленням в різних газових середовищах, на твердість: Ar, N (1); Ar, N/Ar (2); N, N/Ar (3); Ar, Ar (4). Методом рентгенофазового аналізу було ідентифіковано три фази (W2C, WC і WC1–х) для сплавів, отриманих в різних газових середовищах (Ar, N; Ar, N/Ar; N, N/Ar; Ar, Ar) та встановлено, що їх вміст змінюється (рис. 3). ISSN 0203-3119. Надтверді матеріали, 2019, № 1 69 Вміст фази WC1–х у сплаві, отриманому у захисному середовищі аргону, ро- зігрітого плазмою з азоту, дорівнює 11 % (за масою), а у сплаві, отриманому у захисному середовищі аргону, розігрітого плазмою з аргону, її кількість змен- шується вдвічі, вміст фази WC практично не змінюється – 18–20 % (за масою), а вміст фази W2C змінюється від 69 до 78 % (за масою). 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Ar,N N,N/Ar Ar,Ar Ar,N/Ar Газове середовище В м іс т ф аз , % 1 2 3 1 2 3 1 2 1 2 Рис. 3. Вміст фазових складових евтектичного сплаву системи WC–W2C, отриманого в різних газових середовищах: WC (1), W2C (2), WC1–x (3). ОБГОВОРЕННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ ДОСЛІДЖЕНЬ Металографічним аналізом встановлено, що частинки порошку реліту, от- риманого відцентровим розпиленням, мають майже ідеальну сферичну фор- му розміром 150–450 мкм без видимих дефектів на поверхні і високу щільність, а їх мікроструктура однорідна і надзвичайно дрібно-кристалічна за рахунок високої швидкості охолодження при кристалізації (див. рис. 1). Можна помітити різницю лише у формі пластин, товщині прошарків фаз в зернах та витягнутості останніх. Середня довжина пластин становить 20–40 мкм, а ширина – 0,5–2 мкм (див. рис. 1 а, б, г), а довжина і ширина пластин сплаву, отриманого в середовищі азот–азот/аргон, складають 50–70 і 4–8 мкм відповідно. Найбільші (41 ГПа) значення твердості, досягнуті у сплаві реліту з розмі- ром частинок порошку менше 160 мкм, отриманих під час розпилення в сере- довищі аргону розплаву, розігрітого плазмою азоту (див. рис. 2). Це поясню- ється основною властивістю газів – коефіцієнтом теплопровідності та потен- ціалом іонізації. Методом кількісного металографічного аналізу встановлено, що підвищення механічних властивостей задовільно корелює зі зменшенням співвідношення між кількістю фаз W2C, WC і WC1–х, товщиною прошарків фаз в зернах та витягнутістю останніх. Кількість W2C зменшується по мірі збільшення швидкості охолодження, що призводить до збільшення твердості сплаву із більш дрібних частинок порошку реліту в порівнянні з крупнішими. Встановлено, що під час розпилення в середовищі азоту зменшення твер- дості частинок порошку реліту обумовлено переважною втратою вуглецю. Втрата вуглецю спричиняє збільшення кількості й розмірів фази W2C, що призводить до зниження твердості. Через більшу теплопровідність азоту (2,57⋅10–2 Вт/(м⋅К)) у порівнянні з аргоном (1,71⋅10–2 Вт/(м⋅К)) частинки по- рошку реліту одного й того ж діаметру мають більшу твердість у випадку більшої швидкості охолодження, якщо хімічний склад (співвідношення між http://stmj.org.ua 70 кількістю вольфраму та вуглецю) залишається під час розпилення і кристалі- зації незмінним. Як видно на рис. 2, твердість за Віккерсом реліту зі збільшенням розміру частинок порошку зменшується, що можна пояснити формуванням більш однорідної дрібнокристалічної структури, що обумовлено високою швидкіс- тю охолодження та відсутністю видимих поверхневих дефектів. ВИСНОВКИ Мікроструктура евтектичного сплаву системи WC–W2C, отриманого в різ- них газових середовищах, суттєво відрізняється. Найбільш дрібнокристалічна структура спостерігається у сплаві, отриманому у захисному середовищі ар- гону з плазмоутворюючим газом азотом. Методами рентгенофазового, кількісного металографічного аналізів встано- влено, що підвищення механічних властивостей задовільно корелює зі змен- шенням співвідношення між кількістю фаз WC і W2C, товщиною прошарків фаз в зернах та їх витягнутістю. Показано, що твердість сплаву зростає в 1,5 рази з підвищенням швидкості охолодження, що задовільно пояснюється зменшенням розміру зерен та зміною напружено-деформованого стану фазових складових композиційного матеріалу і пояснюється механізмом зернограничного зміцнення. Установлено влияние условий получения на микроструктуру, фазовый состав и свойства эвтектического сплава системы WC–W2C – релита, который широко используется в качестве наплавочного материала для упрочнения быстроизнашивающихся деталей. Методами растровой электронной микроскопии, рентгенофазового и дюромет- рического анализов выявлено, что повышение механических свойств удовлетворительно коррелирует с уменьшением соотношения между количеством фаз W2C, WC, WC1-х, тол- щиной слоев фаз в зернах и вытянутостью последних. Ключевые слова: карбиды вольфрама, газовая среда, центробежное распыление, скорость охлаждения, напряженно-деформированное состояние. The influence of the obtaining conditions on microstructure, phase composition and properties of eutectic alloy of the WC–W2C system (relit), which is widely used as a surfacing material to strengthen the wearing parts, was installed. Using scanning electron microscopy, X-ray diffraction and durometric analyzes, it was found that the increase in mechanical properties is satisfactorily correlated with a decrease in the ratio between the number of phases of W2C, WC and WC1–х, the thickness of the phase layers in the grains, and the elongation of the latter. Keywords: tungsten carbides, gaseous medium, centrifugal sputtering, cool- ing rate, stress-strain state. 1. Ющенко К.А., Борисов Ю.С., Кузнецов В.Д., Корж В.М. Інженерія поверхні. Київ: Наук. думка, 2007. 553 с. 2. Жудра А.П. Наплавочные материалы на основе карбидов вольфрама. Автоматическая сварка. 2014. № 6–7. С. 69–74. 3. Лобода П.І. Спрямовано закристалізовані бориди. Київ: Праймдрук, 2012. 395 с. 4. Loboda P.I., Soloviova T.O., Bogomol Yu.I., Remizov D.O., Bilyi O.I. Effect of the crystalli- zation kinetic parameters on the structure and properties of eutectic alloy of the LaB6–TiB2 system. J. Superhard Mater. 2015. Vol. 37, no. 6. P. 394–401. 5. Trosnikova I.Yu., Loboda P.I., Karasevska O.P., Bilyi O.I. Effect of the cooling rate during melt solidification on the structure and properties of WC–W2C. Powder Metallurgy Metal Ce- ram. 2014. Vol. 52, no. 11. P. 674–679. Надійшла до редакції 02.05.2018 Після доопрацювання 25.05.2018 Прийнята до опублікування 25.05.2018

Вплив умов отримання на мікроструктуру, фазовий склад та властивості евтектичного сплаву системи WC–W₂C

Репозитарії

Схожі ресурси