CC BY
61
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
УДК 621 762 536.2 В. В. АКИМОВ
А. Ф. МИШУРОВ Ю. К. КОРЗУНИН
Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия
ЗАВИСИМОСТЬ
ТВЕРДОСТИ И ТЕПЛОСТОЙКОСТИ ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ TiC - TiNi ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ НАГРЕВА_
Приведены данные по динамике изменения твердости и теплостойкости композиционных материалов TiC — TiNi при нагревании их до 620°С и 820°С, выдержке при этих температурах 4 часа и сравнении с теплостойкостью быстрорежущей сталей Р18 , Р6М5 и твердых сплавов ВК6, ВК8 при тех же условиях.
Безвольфрамовые твердые сплавы находят широкое применение в качестве конструкционного и инструментального материала, поэтому необходимо исследовать изменение твердости и теплостойкости этих сплавов при нагревании в печи от комнатной температуры до 700°С. Наибольшей теплостойкостью должны обладать материалы, идущие на изготовление инструмента, работающего на больших скоростях резания. Оценить теплостойкость твердых сплавов на основе "ПС со связующей матрицей "ПКЧ можно при нагреве от комнатной температуры до 620°С и 820°С, выдержке при этой температуре в течение 4-х часов с последующим охлаждением образ-
цов материалов и сравнением их с теплостойкостью быстрорежущих сталей Р18, Р6М5 и твердых сплавов ВК6.ВК8, находящихся при одинаковых условиях.
Исследуемые образцы сплавов готовили из смеси спрессованных порошков карбида титана (ТУ —48 -19-73) инакелидатитана (ТУ- 14- 127- 104-48) с добавлением 6% раствора каучука в чистом бензине. Размер исходных частиц карбида титана составлял от 1 до5мкм, никелидатитана от 10до25мкм. Образцы получали холодным односторонним прессованием при давлении не выше 100 — 200 МПа. Вакуумное спекание проводили в печи СШВ 1,25/25— И1 — IPOO при давлении не выше 74 0'Па и температуре 1300"С
г
3 г £
Изменение твердости сплавов TIC — TiNi
Таблица 1
Состав сплава, об % Температура нагрева сплава, "С
100 150 200 250 300 350 400 500 600 700
Твердость сплава (HRA)
60TÎC -40TiNi 82,8 80 76,7 74,6 74 69,3 66,3 65,3 65,2 61
50TiC -50TiNi 84,7 81,5 79 77,5 75,5 73,5 68,5 65.2 63,3 62
40TiC -60TiNi 83,6 82 80,3 80 76,3 74,6 71,5 68 66,5 63
Рис. 1. Изменение твердости твердых сплавов, выдержанных при различных температурах: • - 50Т1С - 50Т11М1 Л - 60Т1С - 40Т11Ч1.
в течение 1 часа с последующим охлаждением. Объемное содержание связующей фазы изменяли в пределах от 40 до 60 (об %). Пористость полученного материала оценивали гидростатическим методом. Фазовый состав образцов определяли на рентгеновской установке «ДРОН — 3,0» с фильтрованным медным излучением. Образцы имели пористость от 1 до 3(%). После спекания цилиндрические образцы имели размеры: диаметр 18 мм, высота 10 мм, шероховатость поверхности Иа 1,25-0,63.
Твердость образцов при комнатной температуре составляла НЯА86, НЯА85, Н11А84, Измерение твердости после термической обработки при определенной температуре проводили пять раз на одном образце, потом вычисляли среднюю твердость (табл. 1).
Нагрев образцов твердых сплавов проводили в печи СНО — 2,55.1,7/12, измерение температуры проводили контактным методом термопарой «хромель-алюмель» на столике прибора определения твердости по Роквеллу. Потом в образец внедряли алмазный конус при нагрузке весом в 60 кг, продолжительностью 10 с, с последующим снятием нагрузки и определением твердости НЯА твердого сплава.
На рис. 1 представлены результаты измерения твердости сплавов составов 50Т1С - 50Т1№ и бОТЮ -40Т1№. Видно, что происходит монотонное снижение твердости от НИА 86 до НИА (61 -62).
По данным о рентгеновских отражениях [1,2,3] в сплавах могут присутствовать три фазы: "ПС, и небольшое количество фазы Спеченные твердые сплавы практически не содержат кислорода, поэтому можно утверждать, что в процессе нагрева до 700°С происходит упорядочение в связующей фазе Т1№ сверхструктуры с утроенным параметром решетки СбС1. Это приводит к снижению твердости сплава "ПС — "ПМ примерно на20НЯА (рис.1, табл.1).
Аналогичные результаты были получены при анализе изменения твердости в сплавах ВК6, ВК8 при нагреве до 700°С [4].
Теплостойкость сплавов на основе TiC со связующей фазой TiNi, быстрорежущей стали марок PI 8 и Р6М5, твердых сплавов ВК6 и ВК8 определяли следующим образом. Образцы исследуемых материалов нагревали до 620°С или до 820°С, с выдерживанием в печи в течение 4-х часов, охлаждая вместе с печью до комнатной температуры. Твердость измеряли по Роквеллу (твердые сплавы по шкале HRA, быстрорежущие стали по шкале HRC) и сравнивали ее с исходной.
Как показали опыты (табл. 2) твердость сплавов на основе TiC со связующей фазой TiNi осталась неизменной, тоже самое наблюдается и у твердых сплавов ВК6, ВК.8, а твердость быстрорежущих сталей Р18 и Р6М5 снизилась с (64 - 65) HRC до (56 - 57) HRC. Очевидно, что в быстрорежущей стали, прошли процессы разупрочнения [5].
Эксперименты показали также, что в композиционных материалах TiC-TiNi не протекает процесс окисления при нагреве до 620°С, так как не отмечено изменение массы образцов. В образцах из быстрорежущей стали Р18 и Р6М5 имеет место небольшое изменение массы образцов (0,01 - 0,02)" 10-"кг, в твердых сплавах ВК6, ВК8 изменение массы составляет (0,02 - 0,03)*10'экг.
Интересные результаты были получены по определению теплостойкости сплава 60TiC-40TiNi и сплавов ВКб.ВКВ при нагреве до температуры 820°С. Исследуемые образцы выдерживались в печи при заданной температуре 4 часа, а затем охлаждались вместе с печью до комнатной температуры. Твердый сплав 60TiC-40TiNi полностью сохранял исходную твердость 86HRA. Небольшой прирост массы образ-
Твердость сплавов после нагревания и 4-часовой выдержки в печи
Таблица 2
Условия испытаний 50TiC — 50TiNi Сталь Р18 Сталь Р6М5 Сплав ВК6 Сплав ВК8
620°С 86HRA 57HRC 56HRC 87HRA 91HRA
820°С 86HRA -
Таблица 3
Изменение массы твердых сплавов и быстрорежущих сталей при нагревании с 4-часовой выдержкой
сплав 50TiC - 50TiNi сталь Р18 стальР6М5 сплав В Кб сплав ВК8
Изменение массы после нагрева до 620°С, 10 3кг 0 0,01 0,02 0.02 0,03
Изменение массы сплавов при нагреве до 820°С, 10 V 0,04 - 2,60 2,50
1 2 3
Рис. 2. Вид образцов твердых сплавов после нагрева до 820°С
и выдержке при этой температуре: 1 - сплав 60TiC - 40T1N1 ( об %); 2 - сплав ВК6; 3 - сплав ВК8.
ца в процессе нагрева примерно на 0,04г10кг, что позволяет констатировать незначительное окисление сплава 60TiC - 40TiNi. Твердые сплавы ВК6, ВК8 сильно окислились и разбухли, прирост массы образцов для них составил 2,6'10'3кг. (рис.2, итабл.З), твердость также снизилась. Образовавшиеся окислы у сплавов имели серо-фиолетовый цвет, что позволяет заключить, что произошло окисление связующей Со фазы. Это привело к разупрочнению материала. В сплавах же на основе карбида титана твердость полностью сохранилась, разупрочнение материала не произошло.
Проведенные исследования позволяют сделать вывод о высокой теплостойкости твердых сплавов TiC — TiNi при достаточно высоких температурах (700 — 850°С). Их можно применять для изготовления металлообрабатывающих инструментов и конструкционных изделий, работающих в условиях интенсивного износа и динамическом нагружении.
Библиографический список
1. Изучение спекания и формирования структур сплавов на основе TiC с неравновесным состоянием связующей фазы TiNi / B.B. Акимов, Б.А. Калачевский, М.В. Пластинииаи др. //Омский научный вестник, 2002 - Вып. 19. - С. 76 - 78.
2. Влияние добавок бора на фазовый состав TiC — TiNi/B.B. Акимов, С.Н. Кульков, В.Е. Панин, и др.// Порошковая металлургия. - 1985,-№8. - С. 63 - 65.
3. Чуприна В.Г. Изучение процесса окисления никелида титана //Порошковая металлургия, 1989. №4. С. 75 — 80.
4. Amman Е„ HinnuberJ., StahlU. //Eisen. 1951. №71. 1951.С. 1081.
5. Геллер Ю.А. Инструментальные стали — М.: Металлургия. 1975.580с.
АКИМОВ Валерий Викторович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Конструкционные материалы и специальные технологии». МИШУРОВ Александр Федорович, старший преподаватель кафедры «Конструкционные материалы и специальные технологии».
КОРЗУНИН Юрий Константинович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Конструкционные материалы и специальные технологии».
