Исследование процессов взаимодействия металлокерамических твердых сплавов типа ВК и ТК с железоуглеродистыми расплавами
Изучены возможные реакции, протекающие на межфазных границах «твердый сплав-газовая фаза», «твердый сплав-железоуглеродистый расплав». Установлены наиболее вероятные реакции окисления твердосплавных частиц типа ВК и ТК, их взаимодействия с компонентами железоуглеродистых расплавов, а также реакции в...
Saved in:
| Published in: | Процессы литья |
|---|---|
| Date: | 2010 |
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2010
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49771 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Исследование процессов взаимодействия металлокерамических твердых сплавов типа ВК и ТК с железоуглеродистыми расплавами / Л.М. Диюк, О.А. Пеликан, И.О. Шинский, Л.М. Клименко // Процессы литья. — 2010. — № 2. — С. 74-78. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859797796125671424 |
|---|---|
| author | Диюк, Л.М. Пеликан, О.А. Шинский, И.О. Клименко, Л.М. |
| author_facet | Диюк, Л.М. Пеликан, О.А. Шинский, И.О. Клименко, Л.М. |
| citation_txt | Исследование процессов взаимодействия металлокерамических твердых сплавов типа ВК и ТК с железоуглеродистыми расплавами / Л.М. Диюк, О.А. Пеликан, И.О. Шинский, Л.М. Клименко // Процессы литья. — 2010. — № 2. — С. 74-78. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Процессы литья |
| description | Изучены возможные реакции, протекающие на межфазных границах «твердый сплав-газовая фаза», «твердый сплав-железоуглеродистый расплав». Установлены наиболее вероятные реакции окисления твердосплавных частиц типа ВК и ТК, их взаимодействия с компонентами железоуглеродистых расплавов, а также реакции взаимодействия кобальтовой связки с железоуглеродистыми расплавами. Результаты работы использованы при разработке нового технологического процесса изготовления композиционных отливок применительно к условиям экстремальных нагрузок и активного изнашивания.
Вивчено можливі реакції, що протікають на міжфазних границях «твердий сплав-газова фаза», «твердий сплав-залізовуглецевий розплав». Встановлено найбільш імовірні реакції окислювання твердосплавних часток типу ВК і ТК, їхньої взаємодії з компонентами залізовуглецевих розплавів, а також реакції взаємодії кобальтової зв’язки з залізовуглецевими розплавами. Результати роботи використані при розробці нового технологічного процесу виготовлення композиційних виливків стосовно до умов екстремальних навантажень й активного зношування.
The possible reactions carrying out on the interface borders “solid alloy – gaseous phase”, “solid alloy - iron-carbon melt” were studied. The most probable oxidation reactions of high-alloy particles of VK and TK type, their interaction with iron-carbon melts` components, as well as interaction reactions of cobalt bundle with iron-carbon melts were set. The results of the research work were used by developing of new technological process of composite castings production regarding the conditions of extreme loadings and active wear out.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:11:10Z |
| format | Article |
| fulltext |
74 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 2 (80)
Новые литые материалы
1. Лахненко В. Л. Применение синхронного термического анализа для исследования процес-
сов перехода сплавов из аморфного в кристаллическое состояние // Процессы литья.
– 2009. – № 5. – С. 50-56.
2. Homer E. Kissinger. Variation of Peak Temperat�re With Heating Rate in Differential Thermal
Analysis // Jo�rnal of Research of the National B�rea� of Standards. – 1956. – Vol. 57, № 4.
– P. 217-221.
Поступила 03.10.2009
УДК 546.78:661.878.669.112.2
Л. М. Диюк, О. А. Пеликан, И. О. шинский,
Л. М. Клименко
Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины , Киев
ИссЛЕДОВАНИЕ ПРОцЕссОВ ВзАИМОДЕйсТВИЯ
МЕТАЛЛОКЕРАМИчЕсКИХ ТВЕРДЫХ сПЛАВОВ ТИПА
ВК И ТК с жЕЛЕзОУГЛЕРОДИсТЫМИ РАсПЛАВАМИ
Изучены возможные реакции, протекающие на межфазных границах «твердый сплав-газовая
фаза», «твердый сплав-железоуглеродистый расплав». Установлены наиболее вероятные
реакции окисления твердосплавных частиц типа ВК и ТК, их взаимодействия с компонента-
ми железоуглеродистых расплавов, а также реакции взаимодействия кобальтовой связки
с железоуглеродистыми расплавами. Результаты работы использованы при разработке
нового технологического процесса изготовления композиционных отливок применительно
к условиям экстремальных нагрузок и активного изнашивания.
Ключевые слова: металлокерамические сплавы, железоуглеродистые расплавы, твердо-
сплавные частицы.
Вивчено можливі реакції, що протікають на міжфазних границях «твердий сплав-газова фаза»,
«твердий сплав-залізовуглецевий розплав». Встановлено найбільш імовірні реакції окислю-
вання твердосплавних часток типу ВК і ТК, їхньої взаємодії з компонентами залізовуглецевих
розплавів, а також реакції взаємодії кобальтової зв’язки з залізовуглецевими розплавами.
Результати роботи використані при розробці нового технологічного процесу виготовлення
композиційних виливків стосовно до умов екстремальних навантажень й активного зно-
шування.
Ключові слова: металокерамічні сплави, залізовуглецеві розплави, тверосплавні частки.
The possible reactions carrying out on the interface borders “solid alloy – gaseous phase”, “solid
alloy - iron-carbon melt” were studied. The most probable oxidation reactions of high-alloy particles
of VK and TK type, their interaction with iron-carbon melts` components, as well as interaction
reactions of cobalt bundle with iron-carbon melts were set. The results of the research work were
used by developing of new technological process of composite castings production regarding the
conditions of extreme loadings and active wear out.
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 2 (80) 75
Новые литые материалы
Кeywords: metal of solid alloys, iron-carbon melts, high-alloy particles.
Разработка новых высокоэффективных технологий получения композиционных
отливок на базе железоуглеродистых сплавов и металлокерамических твердосплав-
ных частиц предусматривает проведение комплексных исследований особенностей
их формирования. К числу таких особенностей относятся физико-химические
процессы на межфазных границах «твердый сплав-газовая фаза» и «твердый
сплав-жидкий железоуглеродистый расплав», которые в значительной степени
определяют качество переходной диффузионной зоны между матричным сплавом
и армирующими частицами.
В настоящей работе выполнили теоретический анализ процессов взаимодействия
металлокерамических твердых сплавов типа ВК и ТК с кислородом воздуха и компо-
нентами железоуглеродистых расплавов, определили наиболее вероятные реакции
на межфазных поверхностях, что позволяет прогнозировать образование химических
соединений при формировании переходных зон в композиционных отливках.
В качестве исследуемых железоуглеродистых расплавов приняли низколегиро-
ванную сталь и высоколегированный чугун следующих составов (мас. доля, %):
– 0,35 С; 0,75 Si; 0,75 Mn; 2,70 Cr; 0,47 Mo;
– 3,0 C; 0,6 Si; 0,8 Mn; 20,0 Cr; 2,0 Mo.
Изобарно-изотермический потенциал (∆Z) определяли в интервалах температур
от 500 до 1000 К и от 1300 до 1800 К с применением метода термодинамического
расчета равновесия металлургических реакций Владимирова Л. П. [1].
На межфазной границе «твердый сплав-газовая фаза» в процессе подогрева
армирующих частиц типа ВК и ТК в атмосфере воздуха в интервале температур от
500 до 1000 К термодинамическому анализу были подвергнуты следующие реакции
окисления:
WC + O2 = W + CO2 ↑; (1)
WC + 2O2 = WO2 + CO2 ↑; (2)
2WC + 5O2 = 2WO3 + 2CO2↑; (3)
W + O2 = WO2; (4)
Co + 1/2O2 = CoO; (5)
TiC+ O2 = Ti + CO2↑; (6)
TiC + 2O2 = TiO2рут + CO2↑; (7)
4TiC + 7O2 = 2Ti2O3 + 4CO2 ↑. (8)
Расчеты показали, что наиболее вероятной является реакция (3) окисления карби-
да вольфрама до WO3, изобарно-изотермический потенциал которой уменьшается
при повышении температуры от -2140 до -1905 кДж/моль. Реакции (7), (8) также
относятся к числу наиболее вероятных. Изобарно-изотермический потенциал ре-
акции (7) уменьшается при повышении температуры от -1071 до -989 кДж/моль, а
реакции (8) увеличивается от -878 до -925 кДж/моль. Менее вероятны реакции (1),
( 2). Изобарно-изотермический потенциал реакции (2) уменьшается при повышении
температуры от -482 до -402 кДж/моль, а реакции (1) – незначительно увеличива-
ется от -360 до -364 кДж/моль. Маловероятна также реакция окисления карбида
титана кислородом воздуха по реакции (6). Изобарно-изотермический потенциал
этой реакции увеличивается при повышении температуры от -220 до -233 кДж/моль.
Изобарно-изотермический потенциал реакции (5) уменьшается при повышении
температуры от -200 до -165 кДж/моль. Реакция (4) в рассматриваемом интервале
температур невозможна.
Для случая ввода армирующих твердосплавных частиц типа ВК в расплав стали
76 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 2 (80)
Новые литые материалы
или чугуна в интервале температур от 1300 до 1800 К изучили реакции взаимодей-
ствия карбида вольфрама с кислородом, серой, хромом, молибденом [2], кремнием,
марганцем, а также кобальта с кислородом, углеродом, серой и реакции перехода
кобальта из твердого состояния в квазиидеальное:
WC + O2 = [W] + CO2 ↑ ; (1) [W] + 3/2O2 = WO3 ; (15)
WC + 2O2 = WO2 + CO2↑; (2) Co+1/2O2 =CoO ; (5)
WC + 2O2 = WO3 + CO ↑ ; (9) 2[Co] + O2= 2CoO ; (16)
WC + 2[S] = WSтв + [C] ; (10) 3[Co] + 2O2= Co3O4 ; (17)
WC + 4[Cr] = [W] + Cr4C ; (11) 2[Co] +[C] = Co2С ; (18)
WC + 2Mo = Mo2C + W ; (12) [Co] +[ S] = CoS ; (19)
WC + [Si] = [W] + SiC ; (13) Coтв = [Co]1 % ; (20)
WC + 3[Mn] = Mn3С + W ; (14) Coтв = [Co]2 % ; (21)
W +O2 = WO2 ; (4) Coтв = [Co]3 % . (22)
Зависимости изобарного потенциала от температуры реакций (1), (2), (4), (5), (9)-
(22) приведены на рис. 1.
Карбид вольфрама взаимодействует с кислородом, серой, хромом и молиб-
деном с образованием [W], WO2, WO3, WS, Cr4C и Mo2C, но не взаимодействует с
кремнием и марганцем. Вольфрам, растворенный в железоуглеродистом расплаве,
окисляется с образованием WO2 и WO3.
Рис. 1. Зависимости изобарного потенциала от температуры для реак-
ций взаимодействия металлокерамических твердых сплавов типа ВК с
железоуглеродистыми расплавами
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 2 (80) 77
Новые литые материалы
Кобальт, входящий в состав твердосплавных материалов типа ВК, вероятно,
взаимодействует с кислородом по реакциям (5), (16), (17) с образованием СоО,
Со3О4, но не взаимодействует с углеродом и серой – реакции (18) и (19). Имеют
место также реакции (20)-(22) перехода кобальта из твердого состояния в квази-
идеальный раствор.
Наиболее вероятными являются реакции (9) – окисления карбида вольфрама
до оксида WO
3
, (1) – окисления карбида вольфрама до [W], (15) – окисления воль-
фрама до оксида WO3, (2) – окисления карбида вольфрама до оксида WO2,
(4) –
окисления [W] до оксида WO2 и (17) – окисления кобальта до Со3О4. С повышением
температуры вероятность реакций (9), (15), (2), (4), (17) несколько снижается, а
вероятность реакции (1) остается практически без изменений. Менее вероятны
реакции (10) – взаимодействия карбида вольфрама с серой с образованием WS,
(11) – взаимодействия карбида вольфрама с хромом c образованием карбида Cr4C,
(12)
– взаимодействия карбида вольфрама с молибденом с образованием карбида
Mo2C, (5) и (16) – окисления кобальта до оксида СоО, а также реакции (20)-(22) –
перехода твердого кобальта в квазиидеальный раствор.
Невозможны реакции (13), (14) – взаимодействия карбида вольфрама с крем-
нием и марганцем.
При вводе твердосплавных армирующих частиц типа ТК в железоуглеродистые
расплавы изучили реакции (1), (2), (4), (9)-(15) взаимодействия карбида вольфрама
с кислородом, серой, хромом, молибденом, кремнием и марганцем, реакции (5),
(16) – (22) окисления кобальта кислородом воздуха, взаимодействия его с углеро-
дом, серой и реакции перехода кобальта из твердого состояния в квазиидеальный
раствор. Изучили также реакции (6)-(8), (23)-(29) окисления карбида титана кисло-
родом воздуха, взаимодействия с молибденом, хромом, кремнием, а также реакции
окисления титана и взаимодействия карбида вольфрама с титаном:
На рис. 2 представлены зависимости изобарного потенциала от температу-
ры для этих реакций. Реакции взаимодействия карбида вольфрама и кобальта с
кислородом и составляющими железоуглеродистых расплавов изучены выше. Из
реакций взаимодействия карбида титана с железоуглеродистыми расплавами наи-
более вероятными являются реакции (28) – окисления титана до Ti2О3, (8) – окис-
ления карбида титана до оксида Ti2О3 и (7) – окисления карбида титана до оксида
TiО2
рутил. Менее вероятной является реакция (6) - окисления карбида титана до
Ti. Маловероятны реакции (29) – взаимодействия карбида вольфрама с титаном,
(27) – окисления титана до оксида TiО и (24) – взаимодействия карбида титана с
молибденом с образованием карбида молибдена Мо2С. Невозможны реакции (23)
– разложения карбида титана, (25) – взаимодействия карбида титана с хромом и
(26) – взаимодействия карбида титана с кремнием.
WC + O2 → [W] + CO2 ↑; (1) [Co] +[ S] = Co S; (19)
WC + 2O2 = WO2 + CO2↑; (2) Coтв → [Co]1 %; (20)
WC + 2O2 = WO3 + CO ↑; (9) Coтв → [Co]2 %; (21)
WC + 2[S] = WSтв + [C]; (10) Coтв → [Co]3 %; (22)
WC + 4[Cr] = [W] + Cr4C; (11) TiC → Ti + [C]; (23)
WC + 2Mo → Mo2C + [W]; (12) TiC +O2 → Ti + CO2↑; (6)
WC + [Si] = [W] + SiC; (13) TiC +2O2 → TiO2 рут + CO2↑; (7)
WC + 3[Mn] = Mn3С + [W]; (14) 4TiC +7O2 → 2Ti2O3 + 4CO2↑; (8)
W + O2 = WO2; (4) TiC +2Mo → Mo2C + [Ti]; (24)
[W] + 3/2O2 = WO3; (15) TiC + 4Cr → Cr4C + [Ti]; (25)
Co+1/2O2 =CoO; (5) TiC + [Si]0,6 % → SiC + [Ti]; (26)
2[Co] + O2 =2 CoO; (16) Ti +O2 → TiO; (27)
3[Co] + 2O2 = Co3O4; (17) Ti +O2 → Ti2O3; (28)
2[Co] +[C] = Co2C; (18) WC + Ti→ TiC + [W]. (29)
78 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 2 (80)
Новые литые материалы
Выводы
• Термодинамический расчет равновесия металлургических реакций на границе
«твердый сплав-газовая фаза» в процессе подогрева армирующих твердосплавных
частиц типа ВК и ТК в атмосфере воздуха в интервале температур от 500 до 1000 К
показал, что наиболее вероятной является реакция окисления карбида вольфрама
до оксида WO3.
• При вводе твердосплавных частиц типа ВК в железоуглеродистые расплавы
образуются оксиды вольфрама и кобальта, а также сульфид вольфрама, карбиды
хрома и молибдена. Невозможны реакции образования карбидов кремния, марганца
и кобальта, а также сульфидов кобальта.
• Частицы типа ТК при взаимодействии с железоуглеродистыми расплавами
образуют оксиды вольфрама и титана. Невозможны реакции образования карбида
и сульфида кобальта, карбидов кремния, марганца и хрома, а также реакция раз-
ложения карбида титана.
1. Владимиров Л. П. Термодинамические расчеты равновесия металлургических реакций.
– М.: Металлургия, 1970. – 528 с.
2. Киреев В. А. Методы практических расчетов в термодинамике химических реакций. – М.:
Химия, 1975. – 536 с.
Поступила 28.09.2009
Рис. 2. Зависимости изобарного потенциала от температуры для реакций
взаимодействия металлокерамических твердых сплавов типа ТК с желе-
зоуглеродистыми сплавами
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-49771 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0235-5884 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:11:10Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Диюк, Л.М. Пеликан, О.А. Шинский, И.О. Клименко, Л.М. 2013-09-27T20:33:37Z 2013-09-27T20:33:37Z 2010 Исследование процессов взаимодействия металлокерамических твердых сплавов типа ВК и ТК с железоуглеродистыми расплавами / Л.М. Диюк, О.А. Пеликан, И.О. Шинский, Л.М. Клименко // Процессы литья. — 2010. — № 2. — С. 74-78. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. 0235-5884 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49771 546.78:661.878.669.112.2 Изучены возможные реакции, протекающие на межфазных границах «твердый сплав-газовая фаза», «твердый сплав-железоуглеродистый расплав». Установлены наиболее вероятные реакции окисления твердосплавных частиц типа ВК и ТК, их взаимодействия с компонентами железоуглеродистых расплавов, а также реакции взаимодействия кобальтовой связки с железоуглеродистыми расплавами. Результаты работы использованы при разработке нового технологического процесса изготовления композиционных отливок применительно к условиям экстремальных нагрузок и активного изнашивания. Вивчено можливі реакції, що протікають на міжфазних границях «твердий сплав-газова фаза», «твердий сплав-залізовуглецевий розплав». Встановлено найбільш імовірні реакції окислювання твердосплавних часток типу ВК і ТК, їхньої взаємодії з компонентами залізовуглецевих розплавів, а також реакції взаємодії кобальтової зв’язки з залізовуглецевими розплавами. Результати роботи використані при розробці нового технологічного процесу виготовлення композиційних виливків стосовно до умов екстремальних навантажень й активного зношування. The possible reactions carrying out on the interface borders “solid alloy – gaseous phase”, “solid alloy - iron-carbon melt” were studied. The most probable oxidation reactions of high-alloy particles of VK and TK type, their interaction with iron-carbon melts` components, as well as interaction reactions of cobalt bundle with iron-carbon melts were set. The results of the research work were used by developing of new technological process of composite castings production regarding the conditions of extreme loadings and active wear out. ru Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України Процессы литья Новые литые материалы Исследование процессов взаимодействия металлокерамических твердых сплавов типа ВК и ТК с железоуглеродистыми расплавами Article published earlier |
| spellingShingle | Исследование процессов взаимодействия металлокерамических твердых сплавов типа ВК и ТК с железоуглеродистыми расплавами Диюк, Л.М. Пеликан, О.А. Шинский, И.О. Клименко, Л.М. Новые литые материалы |
| title | Исследование процессов взаимодействия металлокерамических твердых сплавов типа ВК и ТК с железоуглеродистыми расплавами |
| title_full | Исследование процессов взаимодействия металлокерамических твердых сплавов типа ВК и ТК с железоуглеродистыми расплавами |
| title_fullStr | Исследование процессов взаимодействия металлокерамических твердых сплавов типа ВК и ТК с железоуглеродистыми расплавами |
| title_full_unstemmed | Исследование процессов взаимодействия металлокерамических твердых сплавов типа ВК и ТК с железоуглеродистыми расплавами |
| title_short | Исследование процессов взаимодействия металлокерамических твердых сплавов типа ВК и ТК с железоуглеродистыми расплавами |
| title_sort | исследование процессов взаимодействия металлокерамических твердых сплавов типа вк и тк с железоуглеродистыми расплавами |
| topic | Новые литые материалы |
| topic_facet | Новые литые материалы |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49771 |
| work_keys_str_mv | AT diûklm issledovanieprocessovvzaimodeistviâmetallokeramičeskihtverdyhsplavovtipavkitksželezouglerodistymirasplavami AT pelikanoa issledovanieprocessovvzaimodeistviâmetallokeramičeskihtverdyhsplavovtipavkitksželezouglerodistymirasplavami AT šinskiiio issledovanieprocessovvzaimodeistviâmetallokeramičeskihtverdyhsplavovtipavkitksželezouglerodistymirasplavami AT klimenkolm issledovanieprocessovvzaimodeistviâmetallokeramičeskihtverdyhsplavovtipavkitksželezouglerodistymirasplavami |