A New the Chnology for Producing Carbide Alloys With Gradient Structure

1 Сибирский государственный индустриальный университет (654007, Россия, Кемеровская обл., Новокузнецк, ул. Кирова, 42) 2 Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина (105005, Россия, Москва, ул. Радио, 23/9, стр. 2) Аннотация. Представлен обзор работ отечественных и зарубежных исследователей по поверхностному упрочнению карбидовольфрамовых твердых сплавов с целью повышения износостойкости. Большой резерв повышения износостойкости и эксплуатационной стойкости твердосплавных изделий заключается в применении поверхностных методов упрочнения с использованием различных покрытий, а также покрытия с основными структурными составляющими до 100 нм. Наиболее распространенными на карбидовольфрамовых твердых сплавах являются покрытия из карбида и нитрида титана TiC и TiN, которые обладают высокой энергией связи решетки, высокой температурой плавления и твердостью. Применение карбида и нитрида титана в качестве поверхностных слоев на твердосплавном инструменте дает снижение коэффициента трения в паре со сталью в 1,5 - 2,0 раза, а использование ионно-плазменного покрытия состава TiN + ZrN снижает коэффициент трения в 5,9 раз по сравнению с исходным состоянием. В настоящее время широкое распространение нашли многослойные покрытия. Чаще всего используются покрытия составов TiN + TiC и Al 2 O 3 + TiC, их износ прямо пропорционален толщине покрытия. Описанные выше комбинированные многослойные покрытия не являются окончательным решением вопроса повышения износостойкости твердых сплавов. У нас в стране проводятся работы, которые основываются на теоретических возможностях получения градиентной прочности твердого сплава от вязкой и высокопрочной сердцевины до износостойкой поверхности. В ФГУП ВНИИТС разработан способ получения сплавов с переменным содержанием кобальта по толщине пластин. Благодаря этому представляется возможным по толщине образца изменять состав сплавов от ВК20 до ВК2, вследствие чего рабочая часть пластин имеет износостойкость, равноценную сплаву ВК2, а основа способна выдерживать значительные напряжения изгиба. В последнее время в нашей стране и за рубежом стали применять всевозможный режущий инструмент с алмазным покрытием на твердых сплавах. Для увеличения долговечности твердосплавных пластин группы ВК применяют методы упрочнения с использованием концентрированных потоков энергии, среди которых обработка поверхности твердых сплавов γ-квантами, ионными пучками, лазерным лучом, электровзрывное легирование, электроэрозионное упрочнение легированием и т.д.

unclassified

CURRENT STATE OF THE SCIENTIFIC PROBLEM OF WC–Co HARD ALLOYS SURFACE HARDENING (REVIEW)

Осколкова¹,

Глезер²

2017

Influence of pulse-plasma modification with titanium and silicon carbide of the surface of hard VK10KS alloy on its structure and properties

Осколкова¹,

Симачев²

2021

Electro-explosive alloying as a method of pulse-plasma treatment consists in accumulation of energy by a battery of pulsed capacitors and its subsequent discharge for 100 μs through a conductor in form of titanium foil with silicon carbide powder, while conductor is under explosive destruction. Method of electro-explosive alloying of tungsten-cobalt hard alloy includes melting of surface and its saturation with explosion products, followed by self-hardening by removing heat deep into the material and environment. On the surface of VK10KS hard alloy, the coating was obtained with thickness of up to 15 – 20 microns with nanohardness of 26,000 MPa. Using X-ray phase analysis and scanning electron microscopy, it has been established that new phases of TiC, W2C, (W, Ti)C1 – x , WSi2 with high hardness were formed in the surface layer. As a result, friction coefficient decreased to 0.18 compared to the initial 0.41. Investigations with transmission electron microscopy have revealed changes during electro-explosive alloying that occur in surface carbide and near-surface cobalt phases. Dislocations accumulations were found in the carbide phase. In cobalt binder, deformation bands (slip bands), single dislocations, and finely dispersed precipitates of tungsten carbides were revealed. This change can be explained by stabilization of cubic modification of cobalt, crystal lattice of which has a large number of slip planes upon deformation and greater ability to harden in comparison with hexagonal modification of cobalt. Additional alloying with cobalt binder in heat affected zone after pulse-plasma treatment have a positive effect on the service life of tungsten-cobalt hard alloys as a whole due to their stabilization.

Surface hardening of carbide tools based on tungsten carbide by concentrated energy flows

Осколкова

Glezer

Симачев

2022

Аннотация. Представлены результаты проведенного с использованием концентрированных потоков энергии поверхностного упрочнения карбидовольфрамовых твердых сплавов. На твердый сплав ВК10КС способом электроискровой обработки наносится сплав ВК6ОМ толщиной 20 мкм. При этом получается поверхностный упрочненный слой, состоящий из W 2 C. Твердость получаемого слоя составляет 22 000 МПа, коэффициент трения 0,23 (по сравнению с коэффициентом трения исходного твердого сплава 0,41), сохраняется прочная, но недостаточно износостойкая основа. В работе способом однокомпонентного электровзрывного легирования титаном был получен поверхностный слой на твердом сплаве ВК10КС толщиной 40 мкм, фазовый состав TiC, W 2 C. Нанотвердость данного слоя 25 000 МПа, коэффициент трения 0,14. На твердом сплаве ВК10КС способом многокомпонентного электровзрывного легирования титаном совмест но с бором получен поверхностный слой толщиной 3 -4 мкм фазовым составом TiB 2 , TiC, W 2 C. Нанотвердость упрочненного слоя 27 500 МПа, коэффициент трения 0,10. Применяя методику раздельных катодов, на поверхность твердого сплава ВК10КС было нанесено ионноплазменное TiN + ZrN покрытие (50 % Ti + 50 % Zr) толщиной 20 мкм. В качестве реакционного газа использовался азот. Нано твердость упрочненного таким способом поверхностного слоя составляет 38 500 МПа, коэффициент трения 0,07. Ионноплазменное TiN + ZrN покрытие обладает хорошей адгезией с основой. Использование предлагаемых способов поверхностного упрочнения твердого сплава ВК10КС дает возможность выбора одного из методов упрочнения исходя из условий эксплуатации твердосплавного инструмента, продлить его эксплуатационный срок; сэкономить дефицитные материалы (вольфрам и кобальт).