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

Описан способ импульсной плазменной обработки – электровзрывное легирование, заключающееся в накоплении энергии батареей импульсных конденсаторов и последующем разряде в течение 100 мкс через проводник в виде титановой фольги с порошком карбида кремния, при этом проводник испытывал взрывное разрушение. Способ электровзрывного легирования вольфрамокобальтового твердого сплава включает расплавление поверхности и насыщение ее продуктами взрыва с последующей самозакалкой путем отвода тепла в глубь материала и окружающую среду. На поверхности твердого сплава ВК10КС получено покрытие толщиной до 15 – 20 мкм с нанотвердостью 26 000 МПа. С помощью рентгенофазового анализа и растровой электронной микроскопии установлено, что в поверхностном слое формируются новые фазы TiC, W2C, (W, Ti)C1 – x , WSi2 с высокими твердостями. В результате этого коэффициент трения снизился до 0,18 по сравнению с исходным 0,41. Исследованиями с помощью просвечивающей электронной микроскопии выявлены изменения при электровзрывном легировании, возникающие в поверхностной карбидной и приповерхностной кобальтовой фазах. В карбидной фазе обнаружены скопления дислокаций. В кобальтовой связующей выявлены деформационные полосы (полосы скольжения), единичные дислокации, 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 в зоне термического влияния после импульсной плазменной обработки положительно повлияет на эксплуатационную стойкость вольфрамокобальтовых твердых сплавов в целом из-за своей стабилизации.

1. Табаков В.П., Чихранов А.В. Повышение работоспособности твердосплавного инструмента путем направленного выбора рациональных параметров состава износостойкого покрытия // СТИН. 2016. № 3. С. 14 – 18.

2. Oskolkova T.N. Wear resistant coating on tungsten carbide hard alloy // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2015. Vol. 91. Article 012020.

3. Tabakov V.P., Chikhranov A.V. Selecting the composition of wearresistant coatings // Russian Engineering Research. 2018. Vol. 38. No. 2. P. 105 – 109.

4. Осколкова Т.Н., Глезер А.М. Современное состояние научной проблемы поверхностного упрочнения карбидовольфрамовых твердых сплавов (обзор) // Изв. вуз. Черная металлургия. 2017. Т. 47. № 12. С. 980 – 991.

5. Табаков В.П., Худобин Л.В. Повышение работоспособности твердосплавного инструмента путем направленного выбора механических свойств слоев многослойного покрытия с учетом функциональных параметров процесса резания // Упрочняющие технологии и покрытия. 2018. Т. 14. № 9 (165). С. 414 – 418.

6. Верещака А.А., Табаков В.П. Исследование влияния архитектуры многослойного покрытия на работоспособность твердосплавного инструмента // Упрочняющие технологии и покрытия. 2019. Т. 15. № 9 (177). С. 427 – 429.

7. Волхонский А.О., Блинков И.В., Аникин В.Н., Белов Д.С., Сергевнин В.С. Упрочнение твердосплавного лезвийного инструмента, используемого для резания труднообрабатываемых титановых сплавов и хромоникелевых сталей, многослойными наноструктурными покрытиями // Изв. вуз. Цветная металлургия. 2015. № 5. С. 64 – 73.

8. Yuan J.H., Ma C.W., Yang S.L., Yu Z.S., Li H. Improving the wear resistance of HVOF sprayed WC–Co coatings by adding submicronsized WC particles at the splats’ interfaces // Surface & Coatings Technology. 2016. Vol. 285. P. 17 – 23.

9. Аникин В.Н., Пьянов А.А. Основные закономерности нанесения алюминия на твердый сплав при получении оксидного покрытия // Упрочняющие технологии и покрытия. 2015. № 1 (121). С. 26 – 31.

10. Табаков В.П., Сизов С.В. Повышение работоспособности твердосплавного режущего инструмента путем направленного выбора механических свойств функциональных слоев многослойного покрытия // Вестник МГТУ Станкин. 2017. № 4 (43). С. 16 – 21.

11. Oskolkova T.N. A new technology for producing carbide alloys with gradient structure // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2015. Vol. 91. Article 012019.

12. 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.

13. Сизов С.В., Табаков В.П. Моделирование воздействия импульс- ной лазерной обработки на композицию «твердосплавная основа – износостойкое покрытие» // Вестник машиностроения. 2019. № 6. С. 80 – 84.

14. 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.

15. Осколкова Т.Н., Глезер А.М. Износостойкие покрытия на WС–Cо твердых сплавах, синтезируемые концентрированными потоками энергии // Материаловедение. 2018. № 6. С. 21 – 30.

16. Пинахин И.А., Черниговский В.А., Брацихин А.А., Ягмуров М.А., Сугаров Х.Р. Исследование физико-механических свойств твердых сплавов ВК6, ВК8 и Т5К10, прошедших объемное импульсное лазерное упрочнение // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2017. Т. 83. № 3. С. 37 – 40.

17. Zhang F.G., Zhu X.P., Lei M.K. Surface characterization and tribological properties of WC–Ni cemented carbide irradiated by high intensity pulsed electron beam // Vacuum. 2017. Vol. 137. Р. 119 – 124.

18. Tyurin A., Nagavkin S., Malikov A., Orishich A. Microstructure of WC–Co hard alloy surface after laser treatment // Surface Engineering. 2015. Vol. 31. No. 1. Р. 74 – 77.

19. Zhang F.G. Dry sliding wear mechanism of WC-13Ni hard alloy irradiated by high-intensity pulsed electron beam // Tribology Letters. 2017. Vol. 65. No. 4. Article 143.

20. Пинахин И.А., Черниговский В.А., Брацихин А.А., Ягмуров М.А., Сугаров Х.Р. Особенности изнашивания твердого сплава ВК8, прошедшего объемное импульсное лазерное упрочнение (ОИЛУ), в производственных условиях // Трение и износ. 2017. Т. 38. №. 2. С. 86 – 91.

21. Пинахин И.А., Черниговский В.А., Брацихин А.А., Ягмуров М.А. Повышение износостойкости твёрдых сплавов ВК6, ВК8, Т5К10, Т15К6 методом объёмного импульсного лазерного упрочнения // Трение и износ. 2015. Т. 36. № 4. С. 429 – 432.

22. Осколкова Т.Н., Будовских Е.А., Горюшкин В.Ф. Особенности структурообразования поверхностного слоя при электровзрывном легировании карбидовольфрамового твердого сплава // Изв. вуз. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2012. № 3. С. 46 – 50.

23. Lisovsky A.F. Physico-chemical bases of forming nanostructures in the binding phase of cemented carbides – In book: Proc. Sci. Powder Metal 1998, World Congress and Exhibition, 18–22 October 1998, Granada, Spain, in 4 vols., Hard Materials, vol. 4. – London: EPMA, Р. 115 – 118.

24. Чернявский К.С., Туманов В.И., Конюхова Л.А. и др. Распространение трещин в структуре сплавов WC-Со при различных видах нагружения. Исследование и разработка твердых сплавов. – В кн.: Науч. тр. ВНИИТС. – М.: Металлургия, 1988. С. 24 – 32.

25. Lisovsky A.F., Tkachenko N.V. Composition and structure of cemented carbides produced by MMI-process // Int. Journal of Powder Metallurgy. 1991. No. 3. Р. 157 – 161.