ПРОПИТКА ПОДЛОЖЕК ИЗ МОНОКАРБИДА ВОЛЬФРАМА НИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛЬЮ КОНТАКТНЫМ И БЕСКОНТАКТНЫМ МЕТОДАМИ

Представлено исследование взаимодействия монокарбида вольфрама и низкоуглеродистой стали контактным и бесконтактным вариантами. Подложки из спрессованного порошка карбида вольфрама, спеченные в вакуумной печи, пропитывались низкоуглеродистой сталью определенного химического состава. Весь процесс фиксировался на высокоскоростную видеокамеру, что позволяло измерить контактный угол смачивания в любое время эксперимента. Практическое исследование проводилось на экспериментальном комплексе в  Центре высокотемпературных исследований Научно-исследовательского института литья (Foundry Research Institute, г.  Краков, Польша). Представлен ход эксперимента, исследование микроструктур полученных подложек. Изучение химического состава продуктов взаимодействия монокарбида вольфрама с низкоуглеродистой сталью проводили на сканирующем электронном микроскопе Jeol JSM-6460 LV. Пропитка всех образцов прошла успешно, во всех областях на срезах подложек наблюдается одинаковая структура, состоящая из трех фаз: зерен карбида вольфрама и железо-углерод-вольфрамовых соединений с различным содержанием железа (86,72  % и 22,86 – 23,68 %). На  краевых областях, примыкающих к верхней грани, можно наблюдать большее количество Fe – C – W-соединений с содержанием железа 22,86 – 23,68 %. Это объясняется тем, что пропитка данных областей происходила в последнюю очередь, и железо растворило карбид в большей степени, чем в других областях. В местах непосредственного взаимодействия подложек и металла четко идентифицируются зерна карбида вольфрама, скрепленные между собой расплавом на основе железа (с различным содержанием железа в разных фазах). На обоих образцах на горизонтальной грани подложек в области, прилегающей к области впитывания, наблюдается частичное покрытие поверхности образцов пленкой железа. Краевые зоны горизонтальной грани подложек полностью покрыты пленкой железа, под которой располагаются зерна карбида вольфрама. Несмотря на применение различных методик изучения взаимодействия монокарбида вольфрама с низкоуглеродистой сталью (контактного и бесконтактного нагрева), значительной разницы между структурами образцов не наблюдается.

1. Harris I.R., Jones I.P. Grain boundaries: their character, characte zation and influence on properties. – London: Institute of Materials, 2001.

2. Chumanov I.V., Chumanov V.I., Anikeev A.N. Preparation of pre ci pitation-strengthened hollow billets for rotary dispersers // Metallurgist. 2011. Vol. 55. P. 439 – 443.

3. Chumanov I.V., Kareva N.T., Chumanov V. I., Anikeev A.N. Study and analysis of the structural constituents of billets hardened by fine-grained particles and formed by centrifugal casting // Russian Metallurgy (Metally). 2012. Vol. 6. P. 540 – 543.

4. Шульга А.В. Композиты. Часть 1: Основы материаловедения композиционных материалов. – М.: НИЯУ МИФИ, 2013. – 96 с.

5. Тарнопольский Ю. М., Жигун И. Г., Поляков В. А. Пространственно-армированные композиционные материалы: Справочник. – М.: Машиностроение, 1987. – 224 с.

6. Нейман А. Материалы будущего: перспективные материалы для народного хозяйства / Пер. с нем. – Л.: Химия, 1985. – 239 с.

7. Чувильдеев В.Н., Москвичева А.В., Болдин М.С. Электроимпульсное плазменное спекание наноструктурированного карбида вольфрам и твердых сплавов на его основе // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. 2013. № 2(2). С. 115 – 119.

8. Григорович В.К., Шефтель Е.Н. Дисперсионное упрочнение тугоплавких металлов. – М.: Наука, 1988. – 296 с.

9. Комшуков В.П., Фойгт Д.Б., Черепанов А.Н., Амелин А.В. Модифицирование непрерывнолитой стали нанопорошками тугоплавких соединений // Сталь. 2009. № 4. С. 65 – 67.

10. Гуревич Ю.Г., Нарва В.К., Фраге Н.Р. Карбидостали. – М.: Металлургия, 1988. – 144 с.

11. Федорченко И.М., Андриевский Р.А. Основы порошковой металлургии. – Киев: АН УССР, 1961. – 420 с.

12. Зайцев А.А., Вершинников В.И., Панов В.С. и др. Влияние технологических параметров спекания на структуру и свойства твердого сплава ВК5 из СВС-порошка вольфрама // Изв. вуз. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2013. № 3. С. 21 – 27.

13. Сумм Б.Д., Горюнов Ю.В. Физико-химические основы смачивания и растекания. – М.: Химия, 1976. – 232 с.

14. Костиков В.И., Антипов В.И., Кривцун В.М., Кошелев Ю.И. Исследование смачивания углеродных материалов расплавами металлических матриц // Композиционные материалы: Сб. тр. – М.: Наука, 1981. С. 89 – 92.

15. Либенсон Г.А. Процессы порошковой металлургии. Т. 2. Формование и спекание. – М.: МИСиС, 2002. – 320 с.

16. Sobczak N., Nowak R., Radziwill W. etc. Experimental complex for investigations of high temperature capillarity phenomena // Materials Science and Engineering A. 2008. Vol. 495 (1 – 2). P. 43 – 49.

17. Аникеев А.Н., Бигеев А.В., Гордеев Е.Н. и др. О возможности введения твердых тугоплавких частиц при получении трубной заготовки методом центробежного литья // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия. 2009. № 36 (169). С. 24 – 27.

18. Chumanov I.V., Anikeev A.N., Chumanov V.I. Fabrication of functionally graded materials by introducing wolframium carbide dispersed particles during centrifugal casting and examination of FGM’s structure // Procedia Engineering. 2015. Vol. 129. P. 816 – 820.

19. Sobczak N. Some methodological aspects of high temperature capillarity phenomena investigations. Part I // Transactions of the Foundry Research Institute. 1994. Vol. XLIV (4). P. 221 – 238.

20. Eustathopoulos N., Sobczak N., Passerone A., Nogi K. Measurements of contact angle and work of adhesion at high temperatures // Materials Science. 2005. Vol. 40 (9/10). P. 2271 – 2280.