CC BY
83
УДК 621.762
П.В. Бурков
ГОРЯЧЕЕ ПРЕССОВАНИЕ СПЛАВОВ 'ЛС-М'П С НАГРЕВОМ ТВЧ
Важное направление развития производства в порошковой металлургии связано с разработкой гетерогенных по структуре многофазных материалов с особыми физико-механическими свойствами [1]. Такие материалы изготавливают смешением порошков различных по своей природе, способу получения и составу, с последующим спеканием. В ряде случаев полученные таким методом спеченные или пропитанные заготовки подвергают обработке давлением с целью придания им более высоких физико-механических свойств. На подобной технологии основано современное производство твердых сплавов для режущего инструмента типа карбид вольфрама-кобальт, их заменителей, в которых используется карбид титана со связкой из сплавов никеля и титана [2-4]. Спекание твердых сплавов при температурах достаточно высоких для получения плотного материала, приводит к огрублению структуры, росту зерна и
возникновению химической неоднородности, что ведет к снижению их механических свойств. Основной целью горячего прессования является устранение пористости. Принципиально это всегда достигается за счет комбинированного воздействия на материал давления и температуры. Длительность процесса горячего прессования составляет 102-104с.
Для уплотнения структуры проведены опыты по горячему прессованию смесей, обеспечивающих получение связующей фазы в виде интерме-таллида никелид титана. Исследования данной работы направлены для установления закономерностей формирования микроструктуры при изготовлении твердых сплавов с целью оптимизации режимов горячего прессования сплава Т1С-№Т1.
Пористость сплавов при спекании (табл. 1), определяли металлографическим способом. При рассмотрении пористости не только сплавы, полу-
Таблица 1. Пористость образцов, полученных по различным режимам горячего прессования сплава Т1С-
№Т1
№№ режимов горячего прессования образцов из сплава ТЮ-№Т1: 1 2 3 4 5 6 7
Время спекания, кс 4,2 1,8 1,8 1,8 1,8 0,6 1,2-1,8
Температура спекания, К 1673 1673 1723 1473 1623 1623 1648-1673
Давление прессования, МПа 35 15 35 35 35 35 35-45
у*;
Г,' -}■-'-г
и ■
ж
¿Г
-к* - V
у • £ ^ ^
^ |81 там " ^ ^ . V*
Рис. 1. Структуры сплава Т1С - №Т1, полученных по различным режимам горячего прессования соответствующие номерам образцов таблицы 1: а - 1; б - 2; в - 3; г - 4; д - 5; е - 6; ж - 7; з - 7.
б
а
в
г
64
П.В. Бурков
ченные по режиму спекания образцов под № 7, соответствуют требованиям, предъявляемым к материалам для использования в качестве режущего инструмента, но и сплавы, полученные по другим режимам спекания, например, №№ 1, 3, 5. Определение соответствия полученных сплавов требованиям, а точнее выбор режимов изготовления образцов, проводили путем исследования структуры и испытания их работоспособности в качестве пластин режущего инструмента. Пористость образцов под №№ 6, 2, 4, и соответственно
используемые для их изготовления режимы спекания, не соответствуют требованиям.
Микроструктуры сплавов, полученных по режимам горячего прессования образцов №№ 1-7, приведены на рис. 1.
Режим №1 (рис. 1а) - образцы со структурой, полученной в результате спекания по этому режиму, непригодны для использования в качестве пластин для резания металлов, т.к. участки связующей фазы существуют раздельно от карбидного каркаса и не обеспечено требование по формированию структуры с большой межфазной границей.
Режим №2 (рис. 1б) - образцы с этой структурой, а точнее, полученные по режимам спекания, соответствующим этой точке, не удовлетворяют требованию по формированию структуры еще и из-за высокой пористости образцов, которая является определяющим показателем низкого уровня свойств.
Режим №3 (рис. 1в) - в структуре образцов, спеченных по этим режимам также нет большой межфазной границы, т.к. при повышении температуры происходит более интенсивное образование агрегатов зерен и рост зерен, что не способствует формированию структуры металла с удовлетворительными режущими свойствами.
Режим №4 (рис. 1г) - при спекании образцов по режимам, соответствующим этой точке, снижение температуры спекания не позволяет получить компактного материала, и эти режимы не удовлетворяют требованию пористости, которая является необходимым условием формирования
структуры металла соответствующей для режущих материалов.
Режим №5 (рис. 1д) - структура образцов, сформированная при этих режимах спекания, не удовлетворяет требованию, так как карбидный каркас, сформированный при спекании, уменьшает ее, что сказывается на режущих свойствах.
Режим №6 (рис. 1е) - режимы спекания образцов, соответствующие этой точке, не могут удовлетворять требованиям, предъявляемым к режущему инструменту, в первую очередь из-за
высокой пористости.
Режим №7 (рис. 1ж, з) - структура образцов, полученная по режимам спекания основной линии, может быть улучшена за счет формирования большой межфазной границы, но этого не достигли, так как нет мелких карбидных зерен, менее 1 мкм, и они не составляют большинство. Наоборот, формируются агрегаты зерен, но нет карбидного каркаса. С точки зрения пористости эти режимы удовлетворяют требованиям, предъявляемым материалам для изготовления режущего инструмента, имеется в виду область режимов спекания: Рспек = 35-40 МПа, иек = 1,2...1,8 кс, Тспек = 1648-1673 К.
Основные физико-механические свойства сплава в сравнении со сплавами ТН-20, КНТ-16 и Т15К6 приведены в табл. 2.
Очевидно, что по твердости и прочности на изгиб полученный сплав ТіС-№Ті не уступает твердым сплавам, используемым в промышленности. Это проявляется в износостойкости и стойкости к сколу и поломкам твердого сплава ТіС-№Ті по отношению к используемым в промышленности твердым сплавам.
Сопротивление распространению трещины часто характеризуют критическим коэффициентом интенсивности напряжений [6]
К1С = а-4п ■ с
В работе [3] получены значения прочности при изгибе и размера зерна карбидной фазы. Из вышеизложенного можно оценить величину Кіс для сплава ТіС - №Ті при изменении фазового
Таблица 2. Физико-механические свойства твердых сплавов
Марка Состав, мас.% асж, Р ИЯЛ Приме-
ТіС Мі Мо МПа МПа 103 чание
ТН - 20 79 16 5 3500 1000 5,50 91,0 [5]
КТН - 16 75 ММо - 25 3900 1100 5,80 89,5 [5]
ТіС - МТі 75 №Ті - 25 3030 1100 5,18 89,0
Т15К6 18 Со - 5 4200 1100 12,20 90,0 [5]
Таблица 3. Величина К1С в зависимости от содержания углерода в сплаве
С/Ті в ТіСх - №Ті 0,96 0,75 0,65 0,6 0,53
К1С, Мпа-м1/2 3,9 4,9 6,6 5,6 4,7
состава, в зависимости от содержания углерода в сплаве. Результаты расчета приведены в табл. 3. Максимальное значение К1С в зависимости от содержания углерода в сплаве находится в интервале 0,6-0,7 СГТ\.
Вывод. Оптимизированы режимы горячего
прессования сплава Т1С0,65 -N1X1 с целью получения структуры сплава, удовлетворяющего требованиям, предъявляемым к материалам для изготовления режущего инструмента.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Лихачев В.А., Малинин В.Г. Структурно-аналитическая теория прочности в многоуровневой постановке // Изв. вузов. Физика. - 1990. - №2. - С. 121-139.
2. Кульков С.Н., Полетика Т.М., Чухломин А.Ю., Панин В.Е. Влияние фазового состава порошковых композиционных материалов ТіС - №Ті на характер разрушения и механические свойства // Порошковая металлургия - 1984. -№ 8. - С.88-92.
3. Полетика Т.М., Кульков С.Н., Панин В.Е. Структура, фазовый состав и характер разрушения спеченных композиционных материалов ТіС-№Ті // Порошковая металлургия. - № 7. - С.54-59.
4. Бурков П.В. Рентгенографические исследования изменений исходных продуктов, полуфабрикатов и спеченных твердых сплавов на разных стадиях технологического процесса // Изв. вузов. ТПУ -2004. - №1. - С. 113-119.
5. Порошковая металлургия. Справочник под ред. И.М. Федорченко. - Киев: Наукова думка, 1985. - 624 с.
6. Келли А. Высокопрочные материалы. - М.: Мир, 1976. - 263 с.
□ Автор статьи:
Бурков Петр Владимирович - канд.техн.наук., с.н.с. , зав. каф. горно-шахтного оборудования (Юр-гинский технологический институт-филиал ТПУ) Email: burkovDv@.mail.ru
