CC BY
16
6. Варич Н. И., Колесниченко К. Е. Влияние большой скорости охлаждения на структуру и свойства алюминиевых сплавов// Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия. - 1960. - №4. - С. 131-136.
7. ГОСТ 23.208 - 79. Метод испытания материалов на износостойкость при трении о нежестко закрепленные абразивные частицы. - Введ. 01.03.1981. - М.: Изд-во стандартов, 1980. - 6 с.
Одержано 12.06.2007
HaeedeHi результати поверхневого змщнення алюмiнieвих сплавiв методом лазерной обробки. Results of surface hardening of aluminium alloys by laser treatment are presented.
УДК 621.762.5.
Канд. техн. наук М. М. Прокотв 1нститут надтвердих матер1ал1в ¡м. В. М. Бакуля НАН Укра'ши, м. Кшв
ТЕРМОКОМПРЕС1ЙНА ОБРОБКА СПЛАВ1В ВК6Р I ВК6 П1СЛЯ IX СП1КАННЯ У ВОД HI ТА ВАКУУМ I
HaeedeHi результати до^джень впливу термокомпресшног обробки на структуру, фiзико-мeхaнiчнi та рiзaльнi влaстивостi стандартного сплаву ВК 6 i ВК 6Р, отриманого зрегенерованог сумiшi, як були спeчeнi у воднi та вaкуумi.
Вступ
Сьогодш одним i3 привабливих риншв в Укра1ш е ринок металорiзального твердосплавного шструмен-ту, щорiчний обсяг iмпорту якого складае приблизно 70 млн. дол. США. Специфiчнi екожмчт умови, що склалися в Укра1ш, вiдсутнiсть власно! твердосплав-но! сировини, висока щна на первинну сировину i вщносно низьш цiни на твердосплавну продукцш ро-сiйського виробництва змушують вичизняних спе-цiалiстiв ефективно використовувати для виготовлен-ня металорiзального iнструменту ввдходи твердих сплавiв.
В Iнститутi надтвердих матерiалiв НАН Укра!ни iм. В. М. Бакуля розроблено технолопю регенерацп сплавiв групи ВК у воднево-метановому середовищi [1] i щорiчно випускаеться продукцiя, в основному кон-струкцiйного призначення на 2-3 млн. грн. Варто заз-начити, що ВК-сплави на сьогодш едиш з уах видiв твердосплавно! продукцп матерiали, для яких розроблено декшька ефективних технологiй регенерацп' в яюсну порошкову твердосплавну сировину. Спроби ви-користати регенерованi твердосплавнi сумiшi за тра-дицiйною технологiею для виготовлення виробiв iнструментального призначення зазнали невдачi через низьк1 та нестабiльнi мехашчш й експлуатацiйнi влас-тивостi. Вважаеться, що основною причиною цього е низька як1сть само! техногенно! продукцп i негативный вплив процесу регенерацп, хоча в лiтературi ввдсут-ня наукова iнформацiя, яка б тдтверджувала або спро-стовувала таку думку.
У промисловому виробництвi продукцп з твердих сплавiв вiтчизнянi, як i бiльшiсть росшських пiдприeмств, використовують традицiйну технологiю сткання в атмосферi водню та в вакууш, як1 не забез-печують високого рiвня И властивостей.
У той же час провщш фiрми свiту для виготовлення сучасного твердосплавного iнструменту застосову-ють компресшне спiкання пiд тиском газу до 10 МПа, яке дозволяе отримати високощшьш матерiали з ви-сокими фiзико-механiчними та експлуатацiйними вла-стивостями [2]. Незважаючи на це, основний iмпорт на украшський ринок металорiзального iнструменту для роботи в важких умовах - це хоч i невисоко! якостi, але дешевi пластини росшських фiрм, для технологи виробництва яких використовують тiльки стандартнi технологи сткання. Як випливае з [3, 4], перспек-тивтсть використання шструменту з ВК-сплавiв обу-мовлена ефектившстю його для механобробки сплавiв на основi нiкелю, як1 iнтенсивно розвиваються для ав-iакосмiчноl промисловостi.
В умовах жорстко! конкуренци вже недостатньо ставити завдання про досягнення властивостей реге-нерованих твердих сплавiв, як1 регламентуються ГОСТом, а необхiдно шукати шляхи пiдвищення 1х до рiвня властивостей закордонних аналогiв. Виходячи з цього, при розробщ конкурентноздатного твердосплавного металорiзального iнструменту важливо не тшьки використовувати дешевi регенерованi сумiшi, але й виз-начити технолопю виготовлення, яка б забезпечувала йому максимальну працездатнiсть.
© М. М. Прокотв, 2007
90
В 1нституп надтвердих матерiалiв iм. В. М. Бакуля розроблено технолопю термокомпресшно! обробки (ТКО) щд тиском газу (до 5 МПа), спечених за стандартною технолопею твердих сплавiв [5], пiсля яко! в !х струк-Tурi лiквiдуються крупш (>50мкм) пори, тдвищуеться (на 10-15%) мехатчна мiцнiсть при згинi КЬт. Ввдомо, що ТКО пiд тиском 3,0МПа тангенщальних пластин зi сплаву М221 виробництва Юровградського заводу твердых сплашв (Росiя) тдвищила !х спйюсть рiзання в 2 рази при обробц ввдпрацьованих колюних пар [6].
В роботi проведено комплексне дослщження впли-ву ТКО на фiзико-механiчнi i експлуатацiйнi власти-востi твердих сплавiв ВК6 i ВК6Р, як1 були спеченi в середовищi водню та у вакууш.
Для дослiдження використовували стандартну сумш ВК6 виробництва Кiровоградського заводу твердих сплавiв, а регенеровану сумiш ВК6Р отримували з вiдходiв вставок апарапв високого тиску пiсля ввдпра-цювання !х на Полтавському алмазному завода за тех-нологiею [1]. Дослщження фiзико - механiчних власти-востей i структури проводили на штабтах розмiром 5 х 5 х 35 мм, як1 попередньо нормалiзували при 970 °С, пiсля чого одну парпю (А) спiкали в прохвдних водне-вих печах при 1450 °С, а другу (Б) - у вакууш за режимом, який забезпечував одержання структури матерiа-лу i властивостей, ввдповщних струкIурi i властивос-тям сплавiв, спечених у водн1.
Термокомпресiйну обробку обох груп зразк1в проводили за режимом, схема якого наведена в [4] при тиску аргону 2,5 МПа, температурi 1420-1440 °С i 30-ти хвилиннш iзотермiчнiй витримцi. На зразках роз-мiрами 5 х 5 х 35 мм визначали коерцитивну силу, межу м!цносп при згинi в умовах триточкового навантажен-ня з вщстанню мiж нижнiми опорами 30 мм. Густину зразк1в вимiрювали методом пдростатичного зважу-вання, а твердiсть за Роквеллом i Вiккерсом при на-вантаженнi 60 i 30 кг вщповщно.
Таблиця 1 - Структурш характеристики сплавiв
Структуру зразк1в до^джували на полiрованих шлiфах за допомогою оптичного мiкроскопа МИМ-8М, дрiбну (до 50 мкм) пористiсть, скупчення пластично! i WС-фаз ощнювали вiдповiдно до ГОСТ 9391-80 на оптичному мжроскош МИМ-6 при збiльшеннi в 100 раз.
Розподш зерен по фракцiях визначали за методом Глаголева на оптичному мшроскош М1М-8М при збiльшеннi в 1350 раз.
Результата та 1х обговорення
У табл. 1 наведет характеристики структури зразшв зi сплавiв ВК6Р та ВК6, спечених у водш за стандартною технологiею (парпя А), у вакуумi (партiя Б) i пiсля ТКО партп А-ТКО i Б-ТКО вiдповiдно.
Як видно iз табл. 1, характеристики структур обох сплаыв е вдентичними i ввдповвдають стандарту. Крiм того, в струюул обох сплавiв пiсля сткання у воднi вмiст включень в№ного графiту не перевищував 0,1 % (за масою) i вiдсутня п -фаза, а розмiр кобальтово! фази станлвить 0,5-1,0 мкм. Слщ зазначити, що в структурi сплавiв тсля спiкання у водн1 наявнi окремi зерна WC розмiром 15-10 мкм, а також 1х скупчення (див. рис. 1, а) розмiром до 40 мкм, яш вiдсутнi в структурi сплавiв ВК6 i ВК6Р тсля вакуумного сткання. Крiм цього, на поверхт деяких шлiфiв виявлено скупчення пор розм-iром до 10 мкм ( рис. 1, б).
Незважаючи на однажш значення коерцитивно! сили зразк1в пiсля водневого i вакуумного спiкання, середн1й розмiр ё в CIрукIурi останн1х дещо менший (див. табл.2). Меншi також загальна порист1сть, розмiр i кшькють великих (>50 мкм) пор. Пюля ТКО в структурi обох сплашв велик! пори ввдсутт, з незначною мiрою зменшилась за-лишкова порист1сть, з6!льшився розм!р як середтх, так i великих карб1дних зерен (див. рис. 1, г) i не змшився розм!р (0,5-1,0 мкм) кобальтово! фази. Як видно, тер-мокомпресшна обробка суттево не вплинула на м!кро-
Режим бробки зразка Доля пор, %(за об'емом) К!ЛЬК!СТЬ пор > 50 мкм Розпод!л зерен по фракщях, мкм, % мкм
1 2 3 4-5 6-7 8-10
ВК6Р, А В1 0,2, Д1 0,1 2Ч73 43 20 14 18 3 2 2,46
ВК6Р, А-ТКО А1 0,2 ввдсутш 43 17 15 16 6 3 2,62
ВК6Р, Б Д1 0,2 57 57 15 10 8 7 3 2,29
ВК6Р, Б-ТКО А2 0,2 ввдсутш 54 20 8 9 6 3 2,32
ВК6, А Д2 0,2 65,104 44 18 17 16 5 2 2,5
ВК6, А- ТКО В1 0,1 в!ДСУТН! 41 16 18 15 5 5 2,59
ВК6, Б В2 0,2 61 55 17 11 7 5 5 2,3
ВК6, Б +ТКО А1 0,2 ввдсутш 50 16 15 7 8 4 2,37
1607-6885 Новi матерiали i технологи в металурги та машинобудувант №2, 2007
91
Рис. 1. Мжроструктура сплаву ВК6 тсля сткання: а, б - у воднц в - у вакуумц г - у вакуум1 з наступною ТКО, х 1600
Таблиця 2 - Фiзико-механiчнi властивостi сплавiв ВК6 i ВК6Р
б
а
г
в
Марка сплаву, партая Коерцитивна сила, НС, кА/м Густина, у, г/см3 Твердасть, ГПа * Коефщент штенсивносл руинування К1С, МПа м1/2* Границя мщносп на згин, ^ МПа
ША ИУ30
ВК6Р, А 10,0-10,1 14,74 88,8 13,8 13,0 1980
ВК6Р, А-ТКО 9,1-9,4 14,82 88,6 13,6 13,5 2220
ВК6Р, В 10,2 14,77 88,7 13.7 13,1 1985
ВК6Р, В-ТКО 10,1 14,79 88,5 13,6 13,4 2180
ВК6, А 9,9-10,2 14,84 89,2 14,0 13,5 2050
ВК6, А-ТКО 9,2-9,7 14, 65 89,1 13,8 14,3 2320
ВК6, В 102-10,5 14.78 89,3 13,9 13,4 2100
ВК6, В+ТКО 9,6-9,9 14,83 89,0 13,6 14,3 2310
*Результати отримат к.т.н. Александровою Л. I.
структуру твердих craaBiB (табл.1, рис. 1, г) шсля сткання у вакуучш.
Анaлогiчнi структури отримaнi i для сплаву ВК6Р. Фiзико-мехaнiчнi властивосп cплaвiв ВК6Р i ВК6, як1 cпiкaлиcя у водневому cередовищi, е однаковими i вiдповiдaють ГОСТу.
Термокомпресшна обробка cплaвiв зменшуе коер-цитивну силу, твердicть, несуттево збiльшуе густину (у випадку недостатньо високого значения !! у вихщ-ному сташ сплаву), збiльшуе мiцнicть при згиш i ко-ефiцiент в'язкоcтi руйнування. Збiльшения мiцноcтi при згинi i зменшення твердоcтi cплaвiв е наслщком зменшення пориcтоcтi i росту карбидного зерна в струк-турi cплaвiв.
Згiдно з [2], так1 закоюшрносп були вcтaновленi для умов компресшного cпiкaния пiд тиском газу до 10 МПа, але при цьому cпоcтерiгaлоcь зменшення ко-ефiцiентa в'язкосп руйнування порiвияно зi сплавами, спеченими у вакуума Причина такого зниження до цього часу не встановлена. В нашому випадку це, мож-ливо, викликано значно нижчим (2,5 МПа) тиском газу при сшканш, а також невеликою (20 хв.) iзотермiчною витримкою. Необхвдно зазначити, що cтупiнь зменшення коерцитивно! сили i твердоcтi cплaвiв не залежить вiд умов cпiкaния. В той же час стутнь збiльшения коефщента в'язкоcтi руйнування i мiцноcтi при згиш бшьша для зразк1в шсля ТКО у випадку сткання !х у вaкуумi, а не у воднi.
Таким чином, в'язк1сть руйнування i мiцнicть при згинi cплaвiв пicля ТКО залежать вiд вихшного !х структурного стану.
З отриманих результапв випливае, що, незалежно ввд технологи одержання, сплав ВК6Р за сво!ми влас-тивостями не поступаеться сплаву ВК6 зi стандартно! cj^^i в рaзi iдентичноcтi пaрaметрiв структури та хiмiчного складу.
Стiйкicть рiзaння визначали на пластинах форми (ISO) SCMT120412 (рис. 2, а) ¡з доcлiдних cплaвiв, як1 одержували за вищевказаними технологиями. Критична висота поверхш зносу, при як1й проводили замшу пластин, становила 1,2-1,5 мм. Пластини шсля експ-луатаци показан на рис. 2, б. Рiзaльнi властивосп вив-чали в промислових умовах при обробцi фасок торщв електрозварних труб ¡з Ст 08 кп.
Прaцеcпроможннicть пластин оцiнювaли за часом !х роботи, протягом якого чистота оброблювано! по-верхнi була незмшною (визначали вiзуaльно).
Як видно (див. рис. 2), зношування пластин проходило як по заднш (утворення cтрiчки), так i по переднш (утворення лунки) поверхнях незалежно ввд марки сплаву i ввд технологi! !х одержання. При цьому знос по заднш поверхш значно перевищуе знос по переднш, що свщчить про дом^вання мехaнiчного зносу пластини над адгезшним при обробш
На переднiй поверхнi пластин, спечених у водш та вакуум до досягнення h = 0,8 мм, ^м лунки, спосте-ршалися утворення неглибоких канавок, а при вели-
Рис. 2. Пластини до (а) i июля (б) експлуатацй
чин1 зносу бiльше 0,8 мм були зафшсоваш сколи р!заль-но! кромки, величина яких була тим бшьша, чим бшьшим був знос. Для пластин, спечених у водш з подальшим ТКО, сколювання по переднш поверхш спостершалось при к > 1,2 мм, а для пластин шсля вакуумного сткання i термокомпресшно! обробки при к =1,5 м, при цьому характер зношування пластин однаковий для обох сплавiв. З дiаграми спйкосп пластин при рiзаннi (рис. 3) видно, що пластини з! сплавiв ВК6 ! ВК6Р, одержаних за одшею техноло-пею мають однаков! значения спйкосп: спечених у водш - 45-50 хв., а у вакуум! - 70-77 хв.
Бшьш висок! значення спйкосп р!зання для пластин, спечених у вакуум!, можна пояснити бшьш висо-ким комплексом властивостей. Термокомпресшна обробка пластин, спечених в обох середовищах, тдвищи-ло стшкють !х при р!занш ввдповвдно до 75 ! 105 хв. Як ввдомо, зменшення твердосп сплаву, яке мало мгсце при ТКО, повинно було би зменшити отр !х до меха-шчного ! адгезшного зносу в процеи р!зання при вшсутносп значних ударних навантажень.
Тому зменшення пористост сплав!в, а також збшьшення мщносп при згиш ! в'язкосп руйнування в бшьшш м!р!, шж зменшення !х твердосп, впливае на стшкють пластин при обробш фасок труб.
а
б
ISSN 1607-6885 Hoei MamepiaMU i технологи в металургп та машинобудувант №2, 2007
93
Рис. 3. Дiаграма стшкосп пластин з дослвдних сплавiв, одержаних за рiзними технологiями при об-робцi торщв електрозварних труб: - сткання у водн1: | | - те ж саме '5 подальшим ТКО (р = 2,5 МПа); | |- сп1кання у вакууми: | - те ж саме з подальшим ТКО (р = 2,5МПа)
Висновки
Вплив ТКО на структуру i властивостi сплаву ВК6 не залежить ввд технологи одержання порошково! сумiшi при однаковому и хiмiчному складi, а залежить ввд параметрiв структури та властивостей, сформова-них на стади сткання.
Термокомпресшна обробка сплавiв ВК6 i ВК6Р не впливае на мехатзми зношування пластин при обробцi торщв електрозварних труб, а зменшуе и кинетику.
Стiйкiсть при рiзаннi пластин i3 ВК6Р i ВК6 одержаних за одшею технологiею при обробщ торцiв електрозварних труб зi сталi 08 кп е однаковою i збiльшуеться в ряду: спечет в водт, спеченi у ваку-умi, спеченi у водш з подальшим ТКО, спечет ув ва-куумi з подальшим ТКО.
Перелж посилань
1. В. П. Бондаренко, Э. Г. Павлоцкая. Спекание вольфра-мових твердых сплавов в прецизионной контролируемой газовой среде. - Киев наукова думка 1995, - 202 с.
2. Бондаренко. В. П., Прокопив Н. М., Павлоцкая Э. Г. Компрессионное спекание твердых сплавов при давлении азота до 1,2 МПа. // 1нструментальний свге - 2000. - 8. -С. 4
3. Y.S. Liao, R.H. Shiue, Carbide tool wear mechanism in turning of Inconel 718 superalloy, Wear 193. - 1996. -Р. 16-24.
4. M. Alaudin, M.A. El Baradie, M.S.J. Hashmi, Tool life testing in the end milling of Inconel 718, Journal of Materials Processing Technology 55.-1995. - Р. 321-330.
5. Бондаренко В. П., Прокопив Н. М., Харченко О. В. Термокомпрессионная обработка твердых сплавов // По-родоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент - техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. - Киев: ИСМ им. В.Н. Бакуля НАН Украины, 2004. - Вып.7. - С. 56.
6. Прокопив Н. М., Харченко О. В., Романюха Н. А., Мо-ючий А. Ф. Перспективы разработки в Украине тангенциальных пластин для обработки колесных пар. // 1нструментальний свгг. - 2004. - 2. - С. 9-12.
Одержано 05.06.2007
Приведены результаты исследований влияния термокомпрессионной обработки на структуру, физико-механические и режущие свойства стандартного сплава ВК 6 и ВК 6 Р, полученного из регенерированной смеси, которые были спечены в водороде и вакууме.
The research results of termo-compression processing influence on structure, physicomechanical and cutting properties of standard alloys ВК 6 and ВК 6 Р, received from the recycled mix, which were sintered in hydrogen and vacuum, are resulted.
