Особливості формування структури середньозернистого твердого сплаву ВК20 за температури існування рідкої фази
The paper describes the peculiarities of the formation of the medium-grained cobalt WC –
 20Co cemented carbide at temperatures of 1300, 1350, 1360, 1400, 1450, 1470, 1500, 1550 and
 1750 °C which permit formulating the principles of serial production of two-phase WC – Co cemented&am...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
|---|---|
| Datum: | 2009 |
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
2009
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/22647 |
| 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: | Особливості формування структури середньозернистого твердого сплаву ВК20 за температури існування рідкої фази / М.О. Юрчук // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2009. — Вип. 12. — С. 424-428. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860023738930561024 |
|---|---|
| author | Юрчук, М.О. |
| author_facet | Юрчук, М.О. |
| citation_txt | Особливості формування структури середньозернистого твердого сплаву ВК20 за температури існування рідкої фази / М.О. Юрчук // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2009. — Вип. 12. — С. 424-428. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
| description | The paper describes the peculiarities of the formation of the medium-grained cobalt WC –
20Co cemented carbide at temperatures of 1300, 1350, 1360, 1400, 1450, 1470, 1500, 1550 and
1750 °C which permit formulating the principles of serial production of two-phase WC – Co cemented
carbides having optimal carbon – free structure.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:48:48Z |
| format | Article |
| fulltext |
Выпуск 12. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
424
УДК 669.018.025
М. О. Юрчук, канд. техн. наук
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М.Бакуля НАН України, м. Київ
ОСОБЛИВОСТІ ФОРМУВАННЯ СТРУКТУРИ СЕРЕДНЬОЗЕРНИСТОГО
ТВЕРДОГО СПЛАВУ ВК20 ЗА ТЕМПЕРАТУРИ ІСНУВАННЯ РІДКОЇ ФАЗИ
The paper describes the peculiarities of the formation of the medium-grained cobalt WC –
20Co cemented carbide at temperatures of 1300, 1350, 1360, 1400, 1450, 1470, 1500, 1550 and
1750 °C which permit formulating the principles of serial production of two-phase WC – Co ce-
mented carbides having optimal carbon – free structure.
Одним із чинників, що значною мірою впливають на формування структури та фізи-
ко-механічні властивості твердих сплавів є температура спікання. Здійснено багато дослі-
джень по впливу температури спікання і тривалості витримки, отримано кілька апроксима-
цій, здійснено низку припущень щодо механізмів формування структури сплавів. Проте че-
рез не систематичність досліджень, акцентування уваги на одному з чинників впливу чи ме-
ханізмі досліджуваного процесу неможливо всебічно описати процес формування структури
сплавів. До того ж крім технологічних чинників, на нього істотно впливають вміст вихідних
компонентів, структурних складових, розмір вихідних частинок карбіду вольфраму (WС) і
зв’язуючого металу, наявність домішок та ін. Охопити в одному дослідженні вплив усіх цих
чинників на сплаву практично неможливо.
Одним з найпоширеніших є середньозернистий багатокобальтовий сплав із вмістом
кобальту 20 % по масі. Тривалість витримки при спіканні сплаву найчастіше не перевищує 1
год, а температура змінюється від 1340 до 1380 ºС. Проте для дослідників становлять інтерес
особливості формування структури сплаву за більш розширеного діапазону температур спі-
кання, тому акцентуємо увагу на впливі на процес формування структури таких температур
спікання: 1300, 1350, 1360, 1400, 1450, 1470, 1500, 1550 та 1750 °C. При цьому дослідимо
також механізми зародження, зростання і перекристалізації через рідку фазу зерен WС.
Методика досліджень
Вихідною було взято серійну порошкову суміш сплаву ВК20 (СТП 00196144-0727-
2004), виготовлену ВАТ «Кіровградський завод твердих сплавів».
Підготовку суміші до пресування дослідних зразків (штабиків) здійснювали за загаль-
но прийнятою методикою. Середній розмір зерна карбіду вольфраму (WC) у вихідній поро-
шковій суміші становив d wc = 1,5±0,1 мкм, вміст загального вуглецю Сзаг = 5,175,27 % (по
масі) при стехіометричному складі 4,9 % (по масі).
Спресовані штабики спікали у дві стадії. Першу стадію – нормалізуюче спікання здій-
снювали за температури Т = 900 °С в контрольованому газовому середовищі прохідної печі,
другу стадію – остаточне спікання – в електричній вакуумній печі моделі СНВЭ-1.3.1/16-И3-
УХЛЧ.1 за температур 1300, 1350, 1360, 1400, 1450, 1470, 1500, 1550 °С і тривалості витрим-
ки 1 год. Остаточне спікання штабиків за температури 1750 °С і тривалості витримки 1 год
здійснювали в середовищі водню прохідної печі з графітовою трубою.
Стереологічні параметри структури сплаву визначали за шліфами штабиків, які роби-
ли на торцях штабиків. Обстежили близько 2000 зерен карбіду вольфраму на шліфу в 16 точ-
ках зразка сплаву. Загальна площа знімків структури на зразку сплаву становила 80320 мкм2.
Структуру сплаву фотографували за допомогою оптичного мікроскопу МІМ-8 зі збільшен-
ням у 1350 разів з імерсійним (кедровим) маслом цифровою камерою С-120 DC6V.
Параметри структури розраховували на комп'ютері за допомогою програми "Scion
Image”. Попередньо зерна карбіду вольфраму обвели на комп'ютері вручну. Розрахували такі
РАЗДЕЛ 3. ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ
И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ИНСТРУМЕНТЕ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
425
стереометричні параметри структури: середній розмір зерна карбіду вольфраму d WC, серед-
ню умовну товщину прошарку кобальтової фази L Cо, відносну частку контактної поверхні
СWC-WC (коефіцієнт суміжності).
Результати
Структуру сплаву ВК20, спеченого за температури 1300–1750 °С, показано на рис. 1.
а
б
в
г
д
е
ж
з
і
Рис. 1. Структура сплаву ВК20, спеченого за температури: а – 1300 оС; б – 1350 оС;
в – 1360 оС; г – 1400 оС; д – 1450 оС; е – 1470 оС; ж – 1500 оС; з – 1550 оС; і – 1750 оС
Як випливає з даних рис. 1, за температури 1300–1450 ºС структура сплаву складаєть-
ся з дрібних огранених зерен і значно більших скупчень (мікроагрегатів). При цьому візуаль-
но малопомітне збільшення середнього розміру зерна WC при переході від температури 1300
ºС до 1450 ºС. Водночас результати комп’ютерної обробки засвідчують, що за цих та пода-
льших температур значення d WC збільшується. Характер механізмів формування структури
сплаву ВК20 у цьому інтервалі температур подібний до таких самих механізмів сплаву ВК3,
але значно повільніший1. В інтервалі температур 1470–1550 ºС аномально збільшуються як
великі зерна, так і зерна основної фракції. Різке збільшення зерен, здебільшого аномально
великих, спостерігається в інтервалі температур 1550–1750 ºС. Результати аналізу структур
при збільшенні у 450 разів (рис. 2) засвідчують, що основний приріст кількості зерен прави-
1 Особливості формування структури середньозернистого твердого сплаву ВК3 при температурах існування рідкої фази. В.
П. Бондаренко, В. П. Ботвинко, Н. В. Літошенко, та ін. // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент –
техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр.–2008.– Вып. 11.–С. 331 – 336.
Выпуск 12. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
426
льної геометричної форми спостерігається до температури спікання 1450 °С (рис. 3). У діапа-
зоні температур 1450–1550 ºС кількість таких зерен змінюється неістотно, при подальшому
підвищенні температури спікання до 1750 ºС – набагато збільшується. Практично процес
формування зерен карбідної складової у сплаві відбувається постійно і майже без змін в
усьому діапазоні температур спікання.
Характеристики розподілу зерен WC за розмірами і стереометричні характеристики
структури сплаву наведено на рис. 4 та 5.
а
б
в
г
д
е
ж
з
і
Рис. 2. Структура сплаву ВК20, спеченого за температури: а – 1300 оС; б – 1350 оС;
в – 1360 оС; г – 1400 оС; д – 1450 оС; е – 1470 оС; ж – 1500 оС; з – 1550 оС; і – 1750 оС
Рис. 3. Залежність кількості сформованих зерен WC розміром понад 5 мкм від тем-
ператури спікання у структурі твердого сплаву ВК20
Рис. 4. Залежності від температури спікання: 1 – середнього розміру d WC зерен WC;
2 – товщини прошарків Со; 3 – коефіцієнта варіації зерен WC сплаву ВК20
РАЗДЕЛ 3. ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ
И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ИНСТРУМЕНТЕ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
427
Рис. 5. Залежності від температури спікання: 1 – площі питомої поверхні між кар-
бідних меж; 2 – міжфазних меж; 3 – коефіцієнта суміжності зерен WC сплаву ВК20
Значення SWC-WC, S WC-Co та коефіцієнт суміжності зерен WC зменшуються в усьому
діапазоні температур спікання сплаву (рис. 5). Важливо, що суттєвого зменшення до темпе-
ратури 1450 °С зазнає тільки питома поверхня міжкарбідних границь.
Результати дослідження структурних характеристик сплаву за нетравленими шліфами
та визначення на травлених шліфах розмірів зерен WC засвідчують, що існує певний темпе-
ратурний інтервал, за якого один процес збільшення розмірів зерен WC замінюється іншим
(див. таблицю).
С
тр
ук
ту
рн
і х
ар
ак
те
ри
ст
ик
и
тв
ер
до
го
с
пл
ав
у
ВК
20
, с
пе
че
но
го
за
р
із
ни
х
те
м
пе
ра
ту
р
сп
ік
ан
ня
η 1
–ф
аз
и
в
сп
ла
ві
н
е
ви
яв
ле
но
Выпуск 12. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
428
Дослідження вмісту вільного С у структурі сплаву (рис. 6), спеченого за температури
1300–1500 оС, підтверджують результати досліджень наведених в таблиці.
а б в
г д е ж
Рис. 6. Фрактографія структури сплаву ВК20, спеченого за температури:
а – 1300 оС; б – 1350 оС; в – 1360 оС; г – 1400 оС; д – 1450 оС; е – 1470 оС; ж – 1500 оС
Висновки
Результати кількісного аналізу структур сплаву, що не має карбідного скелету, засвід-
чують, що хоча розподіли розмірів зерен WC на відміну від малокобальтового сплаву (ВК3)
(див. зноску на початку статті) різняться, проте мають один порядок аж до температури 1550
°С. За температури 1300 °С ряд закінчується на розмірі 6 мкм, за температури 1350 °С – 8
мкм, за 1360 °С – 10 мкм, 1400 °С – 9 мкм, 1450 °С – 14 мкм, 1470, 1500 та 1550 °С – 11 мкм.
За температури 1750 °С розподіл розмірів зерен WC має дві складові: безперервний спектр,
що закінчується на розмірі зерна 16 мкм, окремі аномальні групи та зерна розміром 18–24,
26–31, 34–37, 40, 45 і 50 мкм. Тільки за такої температури у сплаві різко збільшуються як
граничні розміри зерен WC безперервного спектру, так і груп зерен і окремих аномально ве-
ликих зерен. При цьому кількість великих зерен (понад 6–8 мкм) майже в двічі менша, ніж у
малокобальтовому сплаві. Отже, у сплаві ВК20 процеси, що зумовлюють появу у структурі
сплаву великих зерен, відбуваються повільніше, ніж у сплаві ВК3. Можливо, вони виділя-
ються з рідкої фази і в більшому об’ємі рідини з’являється більше зародків зерен WC, а це не
дає їм можливості перевищувати розміри зерен у сплаві ВК3. Якщо у сплаві ВК3 максималь-
ний розмір зерен WC утворюється за температури 1500–1750 ºС, то у сплаві ВК20 зерна збі-
льшуються до аномально великих розмірів лише за температури 1750 ºС. За такої температу-
ри швидкість збільшення аномально великих зерен WC у розглянутих сплавах практично
однакова. Для сплавів ВК20 та ВК3 залежності d WC = (Т сп) суттєво різняться. У сплаві
ВК20 d WC збільшується в усьому інтервалі температур (1300–1750 ºС) і може апроксимува-
тися функцією d WC = 0,73 ехр (6,86 Тсп). Важливо, що стереологічні характеристики струк-
тури сплаву ВК20 різко змінюються за температури 1550 ºС, а не за 1470 ºС, як для сплаву
ВК3. Можливо, у сплаві ВК20 деякі механізми збільшення зерен WC, що спостерігаються у
сплаві ВК3, не проявляються.
Усі визначені фізико-механічні властивості сплаву ВК20 за температури спікання
1360 ºС і вище погіршуються хоча для стереологічних характеристик ця температура не є
знаковою. Ці явища потребують глибшого вивчення.
Надійшла 12.05.09
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-22647 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | XXXX-0065 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:48:48Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Юрчук, М.О. 2011-06-26T23:03:38Z 2011-06-26T23:03:38Z 2009 Особливості формування структури середньозернистого твердого сплаву ВК20 за температури існування рідкої фази / М.О. Юрчук // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2009. — Вип. 12. — С. 424-428. — укр. XXXX-0065 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/22647 669.018.025 The paper describes the peculiarities of the formation of the medium-grained cobalt WC –
 20Co cemented carbide at temperatures of 1300, 1350, 1360, 1400, 1450, 1470, 1500, 1550 and
 1750 °C which permit formulating the principles of serial production of two-phase WC – Co cemented
 carbides having optimal carbon – free structure. uk Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности Особливості формування структури середньозернистого твердого сплаву ВК20 за температури існування рідкої фази Article published earlier |
| spellingShingle | Особливості формування структури середньозернистого твердого сплаву ВК20 за температури існування рідкої фази Юрчук, М.О. Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности |
| title | Особливості формування структури середньозернистого твердого сплаву ВК20 за температури існування рідкої фази |
| title_full | Особливості формування структури середньозернистого твердого сплаву ВК20 за температури існування рідкої фази |
| title_fullStr | Особливості формування структури середньозернистого твердого сплаву ВК20 за температури існування рідкої фази |
| title_full_unstemmed | Особливості формування структури середньозернистого твердого сплаву ВК20 за температури існування рідкої фази |
| title_short | Особливості формування структури середньозернистого твердого сплаву ВК20 за температури існування рідкої фази |
| title_sort | особливості формування структури середньозернистого твердого сплаву вк20 за температури існування рідкої фази |
| topic | Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности |
| topic_facet | Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/22647 |
| work_keys_str_mv | AT ûrčukmo osoblivostíformuvannâstrukturiserednʹozernistogotverdogosplavuvk20zatemperaturiísnuvannârídkoífazi |