Влияние механической активации порошка ВК-8 на свойства спеченных твердых сплавов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. Для изготовления инструментов и деталей, подвергаемых значительному износу, широко используется метод порошковой металлургии. Улучшить структуру и свойства сплава, полученного методом порошковой металлургии, можно реализовав предварительную высокоинтенсивную механическую активацию порошка. В процессе такой обработки возможно формирование наноструктур, могут происходить аморфизация материала и фазовые превращения, что, безусловно, может отразится на свойствах материала. Подобным исследованиям посвящено ряд работ, однако не всегда механическая обработка приводит к положительному результату. Поэтому исследование влияния высокоинтенсивной механической активацией на структуру и свойства сплавов на основе карбида вольфрама важны и актуальны. Цель работы: изучить влияние высокоинтенсивной механической активации порошка ВК-8 на структуру и свойства спеченных образцов. В работе исследованы сплавы, полученные методом порошковой металлургии, при использовании механически активированных порошков в течение от 10 до 300 с в планетарно шаровой мельнице. Материалы и методы. Сплавы получены методом холодного одностороннего прессования с последующим спеканием при температуре 1400 °С в вакуумной печи. Морфология частиц порошков и структура сплавов изучались методом сканирующей электронной микроскопии. Металлографический анализ сплавов проводился на оптическом микроскопе. Структура и фазовый состав образцов исследованы методами рентгеноструктурного и рентгенофазового анализа. Твердость спеченных образцов измеряли на твердомере. Результаты и их обсуждение. Показано, что при спекании порошков формируются сплавы с WC- и Co-фазами, с параметром решетки WC-фазы, хорошо согласующимися с литературными данными. В образцах при механической активации более 100 с формируется вторая карбидная фаза Co3W3C. Установлена минимальная пористость 7,8 ± 1 % в спеченном образце при 30 с механической обработки. Твердость зависит от времени механической активации, размера зерна, пористости и содержания второго карбида. Таким образом, механическая активация может быть эффективна для увеличения физико-механических свойств и подавления роста зерна, однако в этом случае необходимо проводить механическую обработку в интервале времен 60…100 с.

Об авторах

Е. В. Абдульменова

Email: Ekaterina.V.Abdulmenova@yandex.ru
Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, пр. Академический, 2/4, Томск, 634055, Россия, Ekaterina.V.Abdulmenova@yandex.ru

С. Н. Кульков

Email: kulkov@ispms.ru
доктор физ.-мат. наук, профессор, Национальный исследовательский Томский государственный университет, пр. Ленина, 36, г. Томск, 634050, Россия, kulkov@ispms.ru

Список литературы

  1. Plasma synthesis of tungsten carbide and cobalt nanocomposite powder / T. Ryu, H.Y. Sohn, K.S. Hwang, Z.Z. Fang // Journal of Alloys and Compounds. – 2009. – Vol. 481 (1–2). – P. 274–277. – doi: 10.1016/j.jallcom.2009.03.134.
  2. Properties and rapid consolidation of ultra-hard tungsten carbide / I.-J. Shon, B.-R. Kim, J.-M. Doh, J.-K. Yoon, K.-D. Woo // Journal of Alloys and Compounds. – 2010. – Vol. 489 (1). – P. L4–L8. – doi: 10.1016/j.jallcom.2009.09.040.
  3. Lee G.-H., Kang S. Sintering of nano-sized WC-Co powders produced by a gas reduction-carburization process // Journal of Alloys and Compounds. – 2006. – Vol. 419 (1–2). – P. 281–289. – doi: 10.1016/j.jallcom.2005.09.060.
  4. Kim J.Y., Kang S.H. WC platelet formation via high-energy ball mill // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. – 2014. – Vol. 47. – P. 108–112. – doi: 10.1016/j.ijrmhm.2014.06.024.
  5. Kim B.K., Ha G.H., Lee D.W. Sintering and microstructure of nanophase WC/Co hardmetals // Journal of Materials Processing Technology. – 1997. – Vol. 63. – P. 317–321. – doi: 10.1016/s0924-0136(96)02748-3.
  6. Achieving combination of high hardness and toughness for WC-8Co hardmetals by creating dual scale structured plate-like WC / W. Wang, Z. Lu, M. Zeng, M. Zhu // Ceramics International. – 2018. – Vol. 44 (3). – P. 2668–2675. – doi: 10.1016/j.ceramint.2017.10.190.
  7. Stewart D.A., Shipway P.H., McCartney D.G. Microstructural evolution in thermally sprayed WC-Co coatings: comparison between nanocomposite and conventional starting powders // Acta Materialia. – 2000. – Vol. 48 (7). – P. 1593–1604. – doi: 10.1016/s1359-6454(99)00440-1.
  8. Fabijanic T.A., Alar Z., Coric D. Influence of consolidation process and sintering temperature on microstructure and mechanical properties of near nano- and nanostructured WC-Co cemented carbides // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. – 2016. – Vol. 54. – P. 82–89. – doi: 10.1016/j.ijrmhm.2015.07.017.
  9. Consolidation of ultrafine WC and WC-Co hard materials by pulsed current activated sintering and its mechanical properties / H.-C. Kim, I.-J. Shon, J.-K. Yoon, J.-M. Doh // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. – 2007. – Vol. 25 (1). – P. 46–52. – doi: 10.1016/j.ijrmhm.2005.11.004.
  10. El-Eskandarany M.S. Structure and properties of nanocrystalline TiC full-density bulk alloy consolidated from mechanically reacted powders // Journal of Alloys and Compounds. – 2000. – Vol. 305. – P. 225–238. – doi: 10.1016/s0925-8388(00)00692-7.
  11. Raihanuzzaman R.M., Xie Z.H., Hong S.J. Powder refinement, consolidation and mechanical properties of cemented carbides – an overview // Powder Technology. – 2014. – Vol. 261. – P. 1–13. – doi: 10.1016/j.powtec.2014.04.024.
  12. Koch C.C. Synthesis of nanostructured materials by mechanical milling: problems and opportunities // Nanostructured Materials. – 1997. – Vol. 9. – P. 13–22. – doi: 10.1016/s0965-9773(97)00014-7.
  13. Mechanical activation of TiFe for hydrogen storage by cold rolling under inert atmosphere / L.E.R. Vega, D.R. Leiva, R.M. Leal Neto, W.B. Silva, R.A. Silva, T.T. Ishikawa, W.J. Botta // International Journal of Hydrogen Energy. – 2018. – Vol. 43 (5). – P. 2913–2918. – doi: 10.1016/j.ijhydene.2017.12.054.
  14. Amorphous and nanocrystalline Fe-Ti prepared by ball-milling / L. Zaluski, P. Tessier, D.H. Ryan, C.B. Doner, A. Zaluska, J.O. Ström-Olsen, M.L. Trudeau, R. Schulz // Journal of Materials Research. – 1993. – Vol. 8 (12). – P. 3059–3068. – doi: 10.1557/jmr.1993.3059.
  15. Mushnikov N.V., Ermakov A.E., Uimin M.A. Kinetics of interaction of Mg-based mechanically activated alloys with hydrogen // The Physics of Metals and Metallography. – 2006. – Vol. 102 (4). – P. 421–431. – doi: 10.1134/s0031918x06100097.
  16. Stepanov A., Ivanov E., Konstanchuk I. Hydriding properties of mechanical alloys Mg-Ni // Journal of the Less-Common Metals. – 1987. – Vol. 131. – P. 89–97. – doi: 10.1016/0022-5088(87)90504-2.
  17. Sun J.F., Zhang F.M., Shen J. Characterizations of ball-milled nanocrystalline WC-Co composite powders and subsequently rapid hot pressing sintered cermets // Materials Letters. – 2003. – Vol. 57. – P. 3140–3148. – doi: 10.1016/S0167-577X(03)00011-9.
  18. Effect of Co content on microstructure and mechanical properties of ultrafine grained WC-Co cemented carbide sintered by spark plasma sintering / K. Liu, Z.H. Wang, Z.B. Yin, L.Y. Cao, J.T. Yuan // Ceramics International. – 2018. – Vol. 44. – P. 18711–18718. – doi: 10.1016/j.ceramint.2018.07.100.
  19. Zhao Z.W. Microwave-assisted synthesis of vanadium and chromium carbides nanocomposite and its effect on properties of WC-8Co cemented carbides // Scripta Materialia. – 2016. – Vol. 120. – P. 103–106. – doi: 10.1016/j.scriptamat.2016.04.024.
  20. Microstructure and mechanical properties of new WC-Co base cemented carbide having highly oriented plate-like triangular prismatic WC grains / S. Kinoshita, T. Saito, M. Kobayashi, K. Hayashi // Journal of the Japan Society of Powder and Powder Metallurgy. – 2000. – Vol. 47 (5). – P. 526–533. – doi: 10.2497/jjspm.47.526.
  21. Nobuki T., Crivello J-C., Cuevas F. Fast synthesis of TiNi by mechanical alloying and its hydrogenation properties // International Journal of Hydrogen Energy. – 2019. – Vol. 44. – P. 10770–10776. – doi: 10.1016/j.ijhydene.2019.02.203.
  22. He M., Wang J.Y., He R.G., Yang H.L. Effect of cobalt content on the microstructure and mechanical properties of coarse grained WC-Co cemented carbides fabricated from chemically coated composite powder // Journal of Alloys and Compounds. – 2018. – Vol. 766. – P. 556–563. – doi: 10.1016/j.jallcom.2018.06.366.
  23. Scherrer P. Bestimmung der inneren Struktur und der Größe von Kolloidteilchen mittels Röntgenstrahlen // Kolloidchemie Ein Lehrbuch. – Berlin, Heidelberg: Springer, 1912. – P. 387–409. – doi: 10.1007/978-3-662-33915-2_7.
  24. Stokes A.R., Wilson A.J.C. The diffraction of X rays by distorted crystal aggregates // Proceedings of the Physical Society. – 1944. – Vol. 56. – P. 174–181. – doi: 10.1088/0959-5309/56/3/303.
  25. Phase transformations and change in TiNi intermetallic compound structure during destructive hydrogenation and recombination / T. Bratanich, O. Get’;man, V. Dobrovol’;skii, L. Kopylova, N. Krapivka, T. Permyakova, V. Skorokhod // Powder Metallurgy and Metal Ceramics. – 2006. – Vol. 45. – P. 582–587. – doi: 10.1007/s11106-006-0122-x.
  26. Ban Z.G., Shaw L.L. Synthesis and processing of nanostructured WC-Co materials // Journal of Materials Science. – 2002. – Vol. 37. – P. 3397–3403.
  27. Berger S., Porat R., Rosen R. Nanocrystalline materials: a study of WC-based hard metals // Progress in Materials Science. – 1997. – Vol. 42 (1–4). – P. 311–320. – doi: 10.1016/s0079-6425(97)00021-2.
  28. Zhang F.L., Wang C.Y., Zhu M. Nanostructured WC/Co composite powder prepared by high energy ball milling // Scripta Materialia. – 2003. – Vol. 49. – P. 1123–1128. – doi: 10.1016/j.scriptamat.2003.08.009.
  29. Effects of fine WC particle size on the microstructure and mechanical properties of WC-8Co cemented carbides with dual-scale and dualmorphology WC grains / Q. Ding, Y. Zhenga, Z. Ke, G. Zhang, H. Wu, X. Xu, X. Lu, X. Zhu // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. – 2020. – Vol. 87. – P. 105166-1–105166-7. – doi: 10.1016/j.ijrmhm.2019.105166.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).