Влияние импульсно-плазменного модифицирования титаном и бором поверхности твердого сплава ВК10КС на его структуру и свойства

Рассмотрено модифицирование поверхности твердого сплава ВК10КС титаном совместно с бором способом импульсно-плазменного воздействия (электровзрывного легирования). При этом формируется сверхтвердый (нанотвердость 27 500 МПа) слой толщиной 2,0 – 2,5 мкм с низким (µ = 0,10) коэффициентом трения по сравнению с коэффициентом трения твердого сплава в спеченном состоянии (µ = 0,41). Этот слой состоит из мелкодисперсных высокотвердых фаз TiB₂, (Ti, W)C, W₂C (по данным растровой, просвечивающей электронной микроскопии и рентгенофазового анализа). Ниже располагается упрочненный (с нанотвердостью 17 000 МПа) приповерхностный слой (зона термического влияния) толщиной 10 – 15 мкм, идентифицированный карбидами W₂C и WC и легированный кобальтовой связующей. Этот слой плавно переходит в основу. Профилометрическими исследованиями установлено, что после электровзрывного легирования титаном с бором шероховатость увеличивается (Rа = 2,00 мкм) по сравнению с исходной (Rа = 1,32 мкм), но сохраняется в пределах технических требований (Rа = 2,50 мкм). Исследованиями выявлены изменения, возникающие в поверхностной карбидной и приповерхностной кобальтовой фазах при электровзрывном легировании. В карбидной фазе выявлены скопления дислокаций. В кобальтовой связующей выявлены деформационные полосы (полосы скольжения), единичные дислокации, а также мелкодисперсные выделения карбидов вольфрама). Указанное изменение можно объяснить стабилизацией кубической модификации кобальта, кристаллическая решетка которого обладает большим числом плоскостей скольжения при деформации и большей способностью к упрочнению по сравнению с гексагональной модификацией кобальта. Дополнительное легирование кобальтовой связующей положительно повлияет на эксплуатационную стойкость карбидовольфрамовых твердых сплавов в целом из-за своей стабилизации.

импульсная плазменная обработка, твердые сплавы, нанотвердость, износостойкость, взрываемый проводник, микроструктура, кобальтовая связующая

1. Верещака А.С., Верещака А.А. Повышение эффективности инструмента путем управления составом, структурой и свойствами покрытий // Упрочняющие технологии и покрытия. 2005. № 9. С. 9 – 18.

2. Табаков В.П. Формирование износостойких ионно-плазменных покрытий режущего инструмента. – М.: Машиностроение, 2008. – 311 с.

3. Liu Y., Vid Q., Li Y. Synthesis and tribological behavior of electroless Ni-P-WC nanocomposite coatings // Surface and Coatings Technology. 2007. Vol. 201. No. 16-17. P. 7246 – 7251.

4. Oskolkova T.N. Wear resistant coating on hard alloy // Applied Mechanics and Materials. 2015. Vol. 788. Р. 281 – 285.

5. Veprek S., Veprek-Hejman M.G.J, Kavrankova P., Prohazka J. Different approaches to superhard coatings and nanocomposition // Thin Solid Films. 2005. Vol. 476. P. 1 – 29.

6. Ramkumar J., Aravindan S., Malhotra S.K., Krishnamurthy R. Enhancing the metallurgical properties of WC insert (K-20) cutting tool through microwave treatment // Material Letters. 2002. Vol. 53. No. 3. Р. 200 – 204.

7. Осколкова Т.Н., Глезер А.М. Современное состояние научной проблемы поверхностного упрочнения карбидовольфрамовых твердых сплавов (обзор) // Изв. вуз. Черная металлургия. 2017. Т. 60. № 12. С. 980 – 991.

8. Тюрин Ю.Н., Кульков С.Н., Колисниченко О.В. Импульсноплазменное модифицирование поверхности изделия из сплава WC + 20 % Co // Физ. инженерия поверхности. 2009. Т. 7. № 3. С. 262 – 267.

9. Богодухов С.И., Козик Е.С., Свиденко Е.В., Игнатюк В.Д. Термическая обработка неперетачиваемых пластин из твердого сплава Т15К6 непрерывным лазерным излучением // Упрочняющие технологии и покрытия. 2019. Т. 15. № 1 (169). С. 26 – 30.

10. Богодухов С.И., Козик Е.С., Свиденко Е.В. Исследование влияния температурных полей нагрева при непрерывной лазерной обработке на эксплуатационные свойства пластин твердого сплава Т15К6 // Изв. вуз. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2018. № 2. С. 76 – 84.

11. Tyurin Yu.N., Kulʹkov S.N., Kolisnichenko O.V. Improving the wear resistance of hard-alloy rolling disk by pulsed-plasma treatment // Steel in Translation. 2009. Vol. 39. No. 10. Р. 948 – 951.

12. Kozakov A.T., Yaresko S.I. Using auger electron spectroscopy for studying the composition of the surface of multicomponent alloys under the effect of pulsed laser irradiation // Inorganic Materials: Applied Research. 2011. Vol. 2. No. 3. P. 254 – 260.

13. Oskolkova T.N., Glezer A.M. Wear-Resistant Coatings on WC–Co Hard Alloys Synthesized by Concentrated Energy Flows // Inorganic Materials: Applied Research. 2019. Vol. 10. No. 1. Р. 146 – 154.

14. Физические основы электровзрывного легирования металлов и сплавов / А.Я. Багаутдинов, Е.А. Будовских, Ю.Ф. Иванов, В.Е. Громов. – Новокузнецк: изд. СибГИУ, 2007. – 301 с.

15. Лидин Р.А., Молочко В.А., Андреева Л.Л. Реакции неорганических веществ: справочник. – М.: Дрофа, 2007. – 637 с.

16. Oskolkova T.N., Budovskikh E.A., Goryushkin V.F. Features of structure formation of the surface layer in the course of electroexplosive alloying tungsten carbide hard alloy // Non-Ferrous Metals. 2014. Vol. 55. No. 2. Р. 196 – 200.

17. Shourong L., Jianmin Н., Lianging С., Junting S. Mechanism of hard-facing alloy‘s WC-Co boronizing with rare-earth metals // Rare Metal Materials and Engineering. 2003. Vol. 32. No. 4. P. 305 – 308.

18. Хижняк В.Г., Долгих В.Ю., Король В.И. Строение и некоторые свойства диффузионных покрытий титана, ванадия, хрома и бора на твердых сплавах // Научные вести национ. техн. ун-та Украины «Киевский политехнический институт». 2002. № 1. С. 74 – 79.

19. Панов В.С., Чувилин А.М., Фальковский В.А. Технология и свойства спеченных твердых сплавов и изделий из них. – М.: МИСиС, 2004. – 464 с.

20. Yaresko S.I. The influence of the composition of cobalt phase of hard alloys on tool wear upon laser hardening // Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2009. Vol. 50. No. 5. С. 556 – 562.