Исследование фазового состава и его влияние на механические свойства карбидосталей WC-(Fe-Mn-C)

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. При разработке композиционных материалов, способных выдерживать высокие статические и динамические нагрузки, большое внимание уделяется связующей фазе. Использование сталей со структурной неустойчивостью, например, Fe-Mn-C сталей в качестве связующей фазы композитов является перспективным направлением, благодаря их высокой способности к деформационному упрочнению и наличия нескольких мартенситных превращений. Они обеспечивают в композите эффективную релаксацию возникающих вблизи карбидных частиц, концентраторов напряжений при нагружении материала вследствие свободного формоизменения в межкарбидном пространстве и передают внешнюю нагрузку карбидным зернам. Подобным исследованиям посвящено ряд работ, однако при получении карбидосталей WC-(Fe-Mn-C) возможно изменение элементного состава связующей фазы вследствие технологических особенностей их изготовления методами порошковой металлургии. Поэтому исследования влияния изменения содержания марганца в стальной связке Fe-Mn-C на фазовый состав и механические свойства карбидосталей WC-(Fe-Mn-C) важны и актуальны. Цель работы: исследование фазового состава и его влияние на механические свойства карбидосталей WC-(Fe-Mn-C) при изменении концентрации марганца в связующей фазе. В работе исследованы карбидостали WC-(Fe-Mn-C), содержание марганца в связующей фазе которых менялось от 4 до 18 вес. %. Материалы и методы. Карбидостали получены методом пропитки каркасов WC с последующей закалкой в масло при температуре 1150 °С. Исследования карбидосталей после получения и испытаний на осевое сжатие проводили методами рентгенофазового, рентгеноструктурного анализа, растровой электронной микроскопии. Результаты и обсуждение. Содержание карбидной фазы в полученных карбидосталях составило 82 об. %, средний размер зерна карбида вольфрама – 2,4 мкм, при этом пористость не превышала 0,5 %. Увеличение содержания марганца в связующей фазе карбидосталей приводит к изменению фазового состава связующей фазы, и увеличению параметра решетки аустенита. Когда связующая фаза находится в однофазном состоянии, при содержании марганца 8 вес.%, наблюдается максимальная относительная деформация до разрушения равная 6,5 %. При увеличении содержания марганца в связующей фазе предел прочности на осевое сжатие уменьшается с 4050 до 3500 МПа. Разработанные карбидостали могут быть использованы в качестве различного рода инструмента. Полученные данные могут быть применены при разработке новых композиционных материалов с высокими физико-механическими свойствами.

Об авторах

И. Н. Севостьянова

Email: sevir@ispms.tsc.ru
канд. техн. наук, 1. Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, пр. Академический, 2/4, Томск, 634055, Россия; 2.Национальный исследовательский Томский государственный университет, пр. Ленина, 36, г. Томск, 634050, Россия, sevir@ispms.tsc.ru

Т. Ю. Саблина

Email: sabtat@ispms.tsc.ru
канд. техн. наук, 1. Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, пр. Академический, 2/4, Томск, 634055, Россия; 2.Национальный исследовательский Томский государственный университет, пр. Ленина, 36, г. Томск, 634050, Россия,, sabtat@ispms.tsc.ru

Д. В. Федоров

Email: fedorovdv@virial.ru
ООО «Вириал», пр. Энгельса, 27, г. Санкт-Петербург, 194156, Россия, fedorovdv@virial.ru

А. В. Голуб

Email: dr.sasgol@yandex.ru
ООО «Вириал», пр. Энгельса, 27, г. Санкт-Петербург, 194156, Россия, dr.sasgol@yandex.ru

С. Н. Кульков

Email: kulkov@ms.tsc.ru
доктор физ.-мат. наук, Профессор, 1. Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, пр. Академический, 2/4, Томск, 634055, Россия; 2.Национальный исследовательский Томский государственный университет, пр. Ленина, 36, г. Томск, 634050, Россия,, kulkov@ms.tsc.ru

Список литературы

  1. Термические напряжения в твердом сплаве WC-Co после спекания / В.А. Погода, В.П. Кебко, М.Г. Лошак, Л.И. Александрова // Проблемы прочности. – 1990. – № 12. – C. 87–93.
  2. Compressive deformation and fracture in WC materials / D. Rowcliffe, V. Jayaram, M. Hibbs, R. Sinclair // Materials Science and Engineering: A. – 1988. – Vol. 105/106, pt. 2. – P. 299–303. – doi: 10.1016/0025-5416(88)90710-0.
  3. In situ loading response of WC–Ni: origins of toughness / J.W. Paggett, A.D. Krawitz, E.F. Drake, M.A.M. Bourke, V. Livescu, B. Claussen, D.W. Brown // Journal of Refractory Metals and Hard Materials. – 2006. – Vol. 24, iss. 1–2. – P. 122–128. – doi: 10.1016/j.ijrmhm.2005.06.005.
  4. Measurement and modeling of room temperature co-deformation in WC–10 wt.% Co / V. Livescu, B. Clausen, J.W. Paggett, A.D. Krawitz, E.F. Drake, M.A.M. Bourke // Materials Science and Engineering: A. – 2005. – Vol. 399, iss. 1–2. – P. 134–140. doi: 10.1016/j.msea.2005.02.024.
  5. Mechanical deformation of WC–Co composite micropillars under uniaxial compression / J.M. Tarragó, J.J. Roa, E. Jiménez-Piqué, E. Keown, J. Fair, L. Llanes // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. – 2016. – Vol. 54. – P. 70–74. – doi: 10.1016/j.ijrmhm.2015.07.015.
  6. Microstructure and anodic dissolution mechanism of brazed WC–Ni composite coatings / L.X. Gao, T. Zhou, D.Q. Zhang, K.Y. Lee // Corrosion Engineering, Science and Technology. – 2014. – Vol. 49, iss. 3. – P. 204–208. – doi: 10.1179/1743278213y.0000000124.
  7. Erosion–corrosion behaviour of zirconia, WC–6Co, WC–6Ni and UNS S31600 / N. Andrews, L. Giourntas, A.M. Galloway, A. Pearson // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. – 2015. – Vol. 48. – P. 229–237. – doi: 10.1016/j.ijrmhm.2014.09.001.
  8. Chang S.-H., Chang P.-Y. Study on the mechanical properties, microstructure and corrosion behaviors of nano-WC–Co–Ni–Fe hard materials through HIP and hot-press sintering processes // Materials Science and Engineering: A. – 2014. – Vol. 618. – P. 56–62. – doi: 10.1016/j.msea.2014.08.081.
  9. Chang S-H., Chen S-L. Characterization and properties of sintered WC–Co and WC–Ni–Fe hard metal alloys // Journal of Alloys and Compounds. 2014. – Vol. 585. – P. 407–413. – doi: 10.1016/j.jallcom.2013.09.188.
  10. Rafiaei S.M., Bahrami A., Shokouhimehr M. Influence of Ni/Co binders and Mo2C on the microstructure evolution and mechanical properties of (Ti0.93W0.07) C–based cermets // Ceramics International. – 2018. – Vol. 44, iss. 15. – P. 17655–17659. – doi: 10.1016/j.ceramint.2018.06.227.
  11. Effect of Fe/Ni ratio on the microstructure and properties of WC-Fe-Ni-Co cemented carbides / Y. Gao, B-H. Luo, K-J. He, W.-W. Zhang, Z.-H. Bai // Ceramics International. – 2018. – Vol. 44, iss. 2. – P. 2030–2041 – doi: 10.1016/j.ceramint.2017.10.148.
  12. Ferritic chromium steel as binder metal for WC cemented carbides / M. Tarraste, J. Kübarsepp, K. Juhani, A. Mere, M. Kolnes, M. Viljus, B. Maaten // International Journal of Refractory Metals & Hard Materials. – 2018. – Vol. 73. – P. 183–191. – doi: 10.1016/j.ijrmhm.2018.02.010.
  13. Structural-phase changes in hard alloy WC-steel 110G13 after dynamic loading / A.V. Paul', S.F. Gnyusov, Y.F. Ivanov, S.N. Kul'kov, E.V. Kozlov // Russian Physics Journal. – 1994. – Vol. 37, iss. 8. – P. 757–761. – doi: 10.1007/bf00559871.
  14. Influence of carbon content on the microstructure, martensitic transformation and mechanical properties in austenite/e-martensite dual-phase Fe–Mn–C steels / J.-B. Seol, J.E. Jung, Y.W. Jang, C.G. Park // Acta Materialia. – 2013. – Vol. 61. – P. 558–578. – doi: 10.1016/j.actamat.2012.09.078.
  15. Волынова Т.Ф. Высокомарганцовистые стали и сплавы – М.: Металлургия, – 1980. – 270 c. – ISBN 5-229-00069-4.
  16. Лысак Л.И., Николин Б.И. Физические основы термической обработки стали. – Киев: Техника, 1975. – 304 с.
  17. Богачев И.Н., Еголаев В.Ф. Структура и свойства железомарганцевых сплавов. – М.: Металлургия, 1973. – 296 с.
  18. High-concentration carbon assists plasticity-driven hydrogen embrittlement in a Fe-high Mn steel with a relatively high stacking fault energy / I.B. Tugluca, M. Koyama, B. Bal, D. Canadinc, E. Akiyama, K. Tsuzaki // Materials Science & Engineering: A. – 2018. – Vol. 717. – P. 78–84. – doi: 10.1016/j.msea.2018.01.087.
  19. Influence of annealing temperature on mechanical properties and microstructures of a high manganese austenitic steel / X. Yuan, L. Chen, Y. Zhao, H. Di, F. Zhu // Journal of Materials Processing Technology. – 2015. – Vol. 217. – P. 278–285. – doi: 10.1016/j.jmatprotec.2014.11.027.
  20. Влияние содержания C и Mn на свойства высокомарганцовистой стали / Б.Б. Винокур, С.Е. Кондратюк, Г.Г. Луценко, О.Г. Касаткин // Металлы. – 1986. – № 2. – C. 123–127.
  21. Филипов М.А., Зильберштейн М.Р. Стабильность аустенита и свойства высокомарганцовистых среднеуглеродистых сталей // Металлы. – 1992. – № 6. – C. 56–61.
  22. Влияние углерода и марганца на фазовый состав, мартенситные превращения при нагружении и механические свойства марганцовистых сталей / Л.С. Малинов, А.П. Чейлях, Е.Л. Малинова, Л.И. Бурлаченко // Металлы. – 1995. – № 2. – C. 67–73.
  23. Еголаев В.Ф., Богачев И.Н. Фазовые превращения и упрочнение при пластической деформации железомарганцевого сплава легированного молибденом и вольфрамом // Физика металлов и металловедение. – 1964. – Т. 18, № 3. – С. 423–427.
  24. Гуревич Ю.Г. Технология получения твердых сплавов на основе карбида титана методом пропитки, исключающим объемную усадку // Цветные металлы. – 2013. – № 11 (851). – С. 75–78.
  25. Кульков С.Н., Гнюсов С.Ф. Карбидостали на основе карбидов титана и вольфрама. – Томск: Изд-во науч.-техн. лит., 2006. – 240 с. – ISBN 5-89503-290-7.
  26. Гнюсов С.Ф. Фазовый состав и формирование механических свойств твердых сплавов карбид вольфрама – структурно-неустойчивая связка: дис. канд. тех. наук: 01.04.07. – Томск, 1991. – 198 с.
  27. Салтыков С.А. Стереометрическая металлография. – М.: Металлургия, 1976. – 270 с.
  28. Вишняков Я.Д. Современные методы исследования структуры деформированных кристаллов. – М.: Металлургия, 1975. – 480 с.
  29. Timoshenko S.P., Goodier J.N. Theory of elasticity. – New York: McGraw-Hill, 1951. – 506 с.
  30. Структурные превращения высокомарганцовистых аустенитных сталей при деформировании сдвигом под давлением / В.А. Теплов, Л.Г. Коршунов, В.А. Щабашов, Р.И. Кузнецов, В.П. Пилюгин, Д.И. Тупица // Физика металлов и металловедение. – 1988. – Т. 66, № 3. – С. 563–571.

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 с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».