Фазовый состав и формирование механических свойств твердых сплавов карбид вольфрама - структурнонеустойчивая связка тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

ОРДЕНА ЛЕНИНА СИБИРСКОЕ ОТДЕШШЗ АЗДЕЖИ НШ СССР Институт физики прочности и материаловедения

ГШ/СОВ Сергей Федорович

ЗАЗОЕНЙ СОСТАВ И ЗСРЖРОВАНИЗ МЕШШЕЖИХ СВОЙСТВ ТВЕРДЦХ СМАВОВ КАРБВД ВОЛЬФРАМА - СТРЖГЗРНОНЮСТШЧИВАЯ СВЯЗКА

01.0-1.07 - 5:юика твердого тела C5.I6.0I - Металловедение я термическая обработка металлов

На праваг рукописи Дзя слугеб

Автореферат

:ссзрг1!г:л на соискание ученой с^епэки кандидата 7с~»:г-:ес:с1 на узе

Работа выполнена в дения СО АН СССР.

Институте физики прочности и иатериалсве-

Научний руководитель - кандидат фкзиго-матеыатическнх наук

Кульков С.Ы.

Официальные оппоненты - профессор, доктор технических наук

Хазанов И.О.;

кандидат физико-иатеьгатнческкх наук Паскаль D.U.

Ведущая организация - $изико-?ехническк8 институ? mszax температур АН УССР (г.Харьков).

Защита состоится " ОТп 06 1991 г. в час.

на заседании специализированного совета Д 003.61.01 при Института физики прочности и ыатериаловедения СО АН СССР по адресу: 634055, г.Тоыск, пр.АкадешгаасккЯ, 8.

С диссертацией ыозно ознакомиться в библиотеке Ш!М СО АН СССР. Ваш отзыв в 2-2 экземплярах, скрепленный гербовой печати) организации, просим направлять по адресу: 634055, г.Тсиск, пр.Академический, 8, Спецсоват Д 003.61.01 при И5Ш СО АН СССР.

Автореферат разослан я„

23 . 1591 г.

Ученый секретарь спецсовета, догтор фаз.-мат. наук

/Ъ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работа. Развитие промышленного производства,использование новых материалов и технологий предъявляет жесткие требования к гаструментальным материалам, детали из которых должны кадета о работать длительнее время под воздействием высоких температур, давлений, агрессивных сред и значительных механически нагрузок. Зтгел требования:-» в достаточной степени удовлетворяют кс?.гаоз!шконпкз материалы, разработке и внедрению которых отводится большее внимание.

садним из видов композиционных материалов являются твердые сплавы, типична представителем которые выступает сплавы ВК.Зти. сплавы продолжают оставаться лучлим инструментальным материалом, благодаря высоки.; значениям физико-механических характеристик.В то г.е время основным недостатком .карбидовольфрамовых, как впрочем и всех ТЕерднх сплавов, является недостаточная пластичность. Особенно остро эта проблема встает для сплавов с высоки;.! содержанием упрочнителя. Это обусловлено тем, что как принято считать, сенсвн:-.: механизмом деформации связувчей фазы является дислокационное скольжение, которое становится малоэффективны!.! из-за сильного закрепления дислокаций в случае малых мепчастичных прослоек.

В последнее время в литературе обсуждается точка зрения,что альтернативны:.! механизмом деформации связущой фазы мо.т.ет быть структурное фазовое превращение. На примерз композита 7\С-лт показано, что неоднородное напряженное состояние в композите при его нагружен;«! вызывает структурное превращение в связке с формированием г.:сскоднсперсно.1 структуры. Зто приводит :: пластическое плгруг.ениэ и >я!С7.естЕ5Нне!<у растрескиванию уя^чЛпполя. При этом одновременно достигается высокие значения про-згостл и пддст:п-но:тл.

-'"сг'-изогшгле подобной структуры не только зля

сплагоз. сбладзгггас термоупругим :: превращением¡но и для сталей и сплавов нс;сод.'Т5ссся з уетастабялшсм осстсдки!! гус-с-::--*та и харз::тер:^у.е"лкхе:! яззхей энергией дефектов упаковки. 3 •-с-нести, в стал;' 11СГ13 " условиях сдеигл. под давлен;:¿ор-л-л ультрг.'здхсггспзссг.'чя структура о ¿сльтп! .соллчзствсм де-; ;::тоз уамсек»:!.

гг.::;гс енлавез с рлз.—.-л ."¡.г? типе:: еттуктуг:;':'.! ■ -"-с-

тойчивости в условиях твердого сплава иог.ет значительно улуч*лпть их вязкость. Этот эффект будет еще более значительнее если использовать в качестве упрочнителя карбид вольфрама, который обладает некоторой пластичностью при комнатной теклоратурз. Поскольку никелид титана термодинамически но стабилен б композиции с карбидом вольфрама, из группы сплавов обладающих тер:.:оупруг;гл мартенситнкм превращением был взят сплав /Л - 25-J3 ,

близкий по свойства;'-; к ,'¿l!l

Уст.ъ работы. Изучение фор&эфодешя кьэггисягских сзойсть s:ap-оидовэль±ра;.:озых твердых сплавов со структурнонеустойчивой свя-зукцей фазой.

исновные положения, енноскмыз на заычту.

1. 11ластичность твердого сплава обусловлена наличием нгуе-

' тсГг-глвсстп кристаллической структуры связующей фазы, в результате чего достигается совместность пластической деформации матрицы и упрочннтсля и эффективная передача нагрузки на карбидные частицы.

2. Способ получения, твердого сплава WC - сталь ПЗ с тжальной структурой.^основанный ка изучен;-;! взаимодействия сга-

1 лИ ri¿ с" карбид ом во)1ьфра:,!а.

S. Экспериментальные данные о фазовой к структурном состоянии компонент, реализующихся з процессе спекания, пропитки к термической обработки сплавов , которые составил:; основу технологии получения твердого сплава, защищенного авторски;,: свидетельством.

Нлучная новизна. В работе впервые проведено созЕКительпоз_ о комплексное исследование влияния различного типа кетастабильностк <

<--—_________¿п^г, ------^-v^

. кристаллической реыегки свяэу-оце^¡ фазы ка повшгение 1к£сгичн0стк композита. Показано, что'ТгаЗоТГТГТПГ'сгг^ \/

матрицы приводит к значительному гюыдвшв пластичности _е_одно-

"сохранением высокий значений твердости"и прочности.Изучено взаимо7гейСтЕиё~карбида

ком концентрационном интервале содержания упрочнителя. Определены состав и температура кристаллизации эвтектики (33,5 зес.% ; 1500 К), температурные интервалы перекристаллизации двойного карбида ГеьКС a VJC (1220-1320 К) и частичного ^-вС превращения {870-1090 л).

Практическая ценность. Разработаны твердые сплаЕЫ i-!С - сталь TU и yC-(t'i-Jlf) , имеющие одновременно высокие значен:-:я тбзп-

дсстп, прочности и пластичности, и способы их полу-;е:гкя.

Твзрд::й сплав УС - сталь ПЗ испытал в сгштно-прс:.кзленньк условиях на заводах Элехтротснприбор, Электротехническом им.Карла ?.'лрхса (г.Смск) з качества кс;|дукторов для сверления отверстий в прзтлцх планах и птагяюз для гарубхи деталей глзгнитофона.В ходз испытан:!?. позн:5. материал показал рав!1уа стойкость в качестве кондукторов со еялавамп 2Ко :г ВКЗ и псбилзпиэ стойхсстя на 25-30? в :са^8с?зэ сгзипоэ по сравнгниэ с тгердш сплазок ВК20.

Св::1дае:.а!Я экономический эффект от гнедрзнкя нового сплава тольчо на этих предприятиях составил 9 тыс.рублей в год.

/.лпобгцня работы. У.атерлалы диссертации доложен:-: на: Всесоюзном сеганарз "Яластжэсхая деформация з условиях енз'л-:их снер-гетичэских воздействий" (Новокузнецк, 1953 г.), Региональной на,-учно-техническо.ч конференции по перозковьз! материалам и плазмен-;ггГ.; покръггнта (Барнаул, 1935 г.), IX Республиканской казной конференции по пороговой металлургии (Донецк, 1988 г.), Наут-аной зо-у.ояьнсЯ ¡'с'фзренцпи "Структура и свойства материалов" (Новсхуэ-г.-зцх, 1583 г.), Всесоюзном секинарэ "!.!атери£лц с эффектом памяти фег-гы и ;пс применение (Ленинград-Новгород, 1979 г.), Сессии по пластической дефор/ации в пороглковых технологиях (Тула, 1990г.), Хснгзрзнппи молоднх ученых и специалистов "Зизическое материаловедение ¡1 физико-химические основы создания новы-: материалов" (Киев. 1589 г.), Республиканской конференции "Современные проблема перогковол металлургии, керг?а*ки и кохлозашонтгс :*ат«::иадсзп (лиез. 1990 г.), Всесоюзном семинаре "Структура яисяокасй и кг-•:а:г:гсескйО сзолства металлов :: сплава-'1 (Сззрллозс;:, 1990 г.), а Регн'-в'альноП игугис-тзтнячоской конрзрз'':-па ;: зреете г¡д» мате-

1.а::озназ зааару.-на' з: :•::;': а~ "огзна з

со-ер..ар: --г - .а

гп

•азтхоч; спаса;

- 6 -

щиту, даются сведения об апробации работа.

Первая глава посвящена обзору литературных данных о структуре, механических свойствах известных твердых сплавов. Рассмотрена кристаллическая структура, особенности пластической деформаций карбида вольфрама и его взаимодействие с металлами группы железа. Изучены экспериментальные и теоретические представления характера деформации и разрушения твзррах сплавов типа ВК. Выяснена роль структурного превращения в связующей фазе на повышение ■прочности и пластичности. Особенно перспективными в это:.: плане отмечаются сплавы, обладающие термоупругкм мартекситкым превращением.

Вторая глава посвящена постановке задачи, обоснована выбора исходных материалов, описаны способы получения твердых сплавов, экспериментальные методики и методы расчета.

Стормулированы следующие конкозтнью засачп:

1. Исследовать фазовый состав, температуры и температурные интервалы картенситного превращения в зависимости от состава и термической обработки в сплавах rti-.IE , полученных из промышленных порошков.

2. Получить компактные твердые сплавы UC-[rii-JE) и UС - сталь ИЗ. Для этого исследовать процессы спекания к пропитки карбида вольфрама расплавом tfi-J? и-сталью ПЗ в широком концентрационном интервале содержания связующей фазы. Выяснить роль микролегирующих добавок и термической обработки.

3. Исследовать процесс деформации и разрушения тверды?: сплавов "UC-(rft-JE) и УС - сталь FIS, выяснить роль наличия ¡.сета-стабильности аустенита связующей фазы в формирован:;:; механических свойств композита.

4. определить основные механические характеристики, оценить возможные области применения предлагаемых сплавов, и провести опытные испытания разработанного материала.

Сплавы 53-69 в.и.%Ж'Ж для исследований готовил:! из смеси порошков сплава fkM (ПН70Ю50) и никеля (ПНЮ или tti}M С»;Н55Ю15) и алюминия С11А—4>.

Сплавы и УС - сталь Г13 для исследований ха-

рактера деформации и разрушения, приготавливали из порошков стандартными метода.«! порошковой металлургии. Были взяты твердые сплавы ) , температура Ms качала ыартенситного прэвра-

цекня связущеЯ фазы которые соответственно равна 290, 370 и 470 К, и твердые сплавн W£ - сталь Г13 с J8 и 30$ связующей фазы, непосредственно-после спекания и после дополнительной термической обработки: 'закалка от 1370 К з воду. Деформированные и разрушенные образцы твердых сплавов изучали методами оптической металлографии, электронной микроскопии угольных реплик, растровой электронной микроскопии и рентгено-структурного анализа.

¿дя определения основных физико-механических свойств твердых сплавов использовали соответствующие методики, изложенные в ГОСТах.

В третьей главе представлены результаты исследования мар- . тенситных преврощений в сплавах !h-М приготовленные из про-ьгьпленных порошковых компонентов, взаимодействие в системе UC /¡с-Pi при спекании и пропитке, фазовые превращения в стали Г13 при добавлении карбида вольфрама.

На основе исследования сплавов fk-М была построена зависимость "температура-состав" прямых и обратных мартенентных превращении j3 — Lls . базовый состав и ход температурных зависимостей критических точек 8-LL мартенситного превращения от состава сплавов th-JH хорошо согласуются с литературными данными, но нк.т.6 по обсолютной величине температур, максимальное отклонение которой составляет 150-200 К.

Для изучения возможных структурных изменений з системе

смесь порозкоз УС и А-М подвергли спекания при различных темно par/pax . Началом изменения исходного разового состава можно считать те.'.ттегагуру 1570-ГГ20 К (рис. I). Лги этом з структуре обрззпоз появляются и бкетре растут с ростом температур) ггладеная иезо.1 <зазы

( 2 -раза). 3 отс-; ;:--о тсг.лерзтурнсч интервале наблюдается и рост пористости.

Для ;т.еньсс:!и.1 гул;енн контакта карбчд-с?-«яи:д з гзбете- бит «спсяглсгин метод проглткк харбилегед:-J-pa.v.C'-oro каркаса оасплаьсч . '"лкр^сз рунтура сплз.т-зз с пропит;::; де ЗГ.0 с?к.

Л'-у:': t.-.i' р -Нг.з). Бонго контакт кярбил-езлз-

;; \ г1 г.'-. т пс.--зл-;:--''1 з с "'рултр; з j чолпт'-стзо .-■стсрс;!

псзр-ас:" ?т с прзпт-": \.:::..±).

ihy^Hi c:py'c:yp:i ссстаз зол По -

-'s -

б гароком концентрационном интервале содержания упрочнителя. При введении в сталь УС до SO вес.% включительно, на металлографической картине наряду с округлыми su-деленияхм ,f -фазы вкдкы кристалла в виде скелетообразной форзл, представление собой эвтектику ^¿ЦС + jp -фаза. В сплавах с 4СЙ \'С , наряду с н:.:ещиь^!ся фазами, видки частицы избыточного карбида Болнфрама. Двойной карбид fc"i К С представляет собой отдельное округлкэ выделения.Изучение сглагоз с содержание;.: УС ussfly SO и 40/j позволило установить состав и температуру кристаллизации эвтектш:и (S3.6*Ü.5S УС ; IöOOrlO К).

Растворение вольфрама к углерода в стали сказывается на температурных областях существования <L к $ тезделс' растворов. При охлакденик в температурной интервале 870-10Э0 К наблюдается частичное превращения, после.чего непрзвременный аустенит устойчив вплоть до 110 К.

Наряду с <£. прзвращениеа в процессе кдоркки в температурном интервале 1220-1320 К наблэдается перекристаллизация карбида Feb Ц С в \JC .

Полученные данные о составе п темпгратург кристаллизации эвтектики, температура перекристаллизации двойного карбида в карбид вольфрама и температуре частичного превращения,

были использованы для анализа вида псевдобикарной диагра:£.:ы сталь Г13 --УС . На основе получения и литературных данных о псездобинарных диаграммах \JC-Co , УС-Ж , XJC-Fe к др. имемдих эвтектический вил, в работе предложена пссвдобинар-кая диагарлиа карбид вольфрама - високсмаргаищовистая сталь (рис.2). Хотя значения критических температур и состава сплавов получены не в строго равновесных условиях, однако они даат воз-ис-яяость получения качественного твердого сплава с елгкк&гьной структурой.

U !_ о!_!____!__1

ИП ФО Т,/(

Рис.1. Зависимость пористости (I), относительной интенсивности линий р -фазы (2) от температуры спекания по-роекое \JC-A'l-Jg , относительной интенсивности линий '

£ -сазы ~ от времени пропитки (3).

т.к

/Тг',7 1573

то /г;э

//зпз го <ю бо го wc

Рг'.с. 2. Псевдобиларная диаграмма карбид вольфрама - высокомарганцовистая сталь НОГ 13. В tKiTF^ç-TCfi главе рассмотрено влияние микролегкрования молибденом h'i-Al связухдеЯ фазы на повигегае прочности твердого сплава УС-(гН-Я1) . Изучен характер деформации и разрушения гзердаа саласоз \'IC~ (;/i-J£j и WC - сталь Г13 в стабильном и метастабильном состояниях кристаллической решетки связукцей фазы. Сарзделеш! основные физико-механические свойства разработанных твердых сплавов.

В том случае если состав связующей фазы ' находится

т кснцэнтрац-лонком интервале мартенсктного превращения длк кемпо-з;гг*.с!п?сгэ материала характерно сущестг-гннсз прггсга

прочности при изгибе по сравнена е твзрдхг.и «кавомз, состав сэпэугщзй iasii ;to?opirc ¡сходится вне этого интервала (гнс.3,а). Сднзло по :.бссл"тнс:,!у значен:-:: предел прочности низок, что связано с сегрегация пр:с.:есеГ< на гр-ггис-х ¿эр?:!. Lis лозтгзоння пр-з-дгл-з. прочности твердого салага \JC-(:h-3C} j сапт.тгр ;азу был С?здея молибден (гас. 3,6). ПолучекниД зсс-жягхс .iphkix ссста-3'.<j: основу технологии получгннл тзсззсго сплава XJL-{;h-/n. J

Лсглггг^пя получение-: сплазоп 'Ж-(М •.'■(■' и - зт-ль сжатие пока..'зли., что з случае мстлст Сильного состсг>:ня

снпт.гел--.!'. - пгздель:;?^ ;тз~

i- ряор\-_:.-н:;г- (рис.-', 5/. : зз.^зз тг:ЛлГ'/. -

т-^пс-з-тусз. /V,: '.'дзт^нечтнсго тл ::."* тхтз- .го

/ Î ! r*wc /О 90 К

¡f+J. * ivr 1 I Л ! \ 1 1 i <

юоо

&С0

600

too

- 10 -

к температуре испытаний .прирост величины полной деформации составляет 255» по сравнению со сплавами,связующая фаза которых находится в картенситнок состоянии .В случае твердого, спдаьа МС -- сталь Г13 в «етастабилькогг состоянии пустенпть этот прирост более значителен и превышает в два с лианим раза пределънуэ деформации композита в стабильном состоянии аустенита.

Анализ кривых б- д для твердых сплавов с различным типом структурной неустойчивости позволяет выделить в области пластической деформаций два прямолинейных участка с различный! показателями деформационного упрочнения (таблица).Величина этих прямолинейных участков,особенно второго из них,существенно болыле для твердых сплавов,связу^ая фаза которых находится в ыетастабильном состоянии.Укеньпеше показателя деформационного упрочнения сбязвно с релаксационными процессали в материале.Механизм этой релаксации мохет быть как за счет вовлечения карбидных частиц в пластическое течение, так и за счет образования кикротреэдк.

¿С. МПа -----£ X

2?00

66 am'/Â

Рис.3. Зависимость предела прочности при изгибе твердого сплава ус-(м-je) от содержания никеля в связующей фазе, а - без Ыа; б - с добавкой 1!э (0,5%).

¿600 -

гноо -

m Ht. 'К

Ркс.4.Зависимость пгедела,прочности пш сжатии (I) и продельной дофоошции до разрушения («О тЕесдого сплава ис-(л-/е) от

тс-.мпЬратуры î1s ыартекситного превпацания ß-LU в связудцей фазе.

Таблица

£нзико--механичзскиэ сцойства разработанных твзрдцзс сплавов WC - ( /// - J¡i ) и VIC - сталь ПЗ.

Состав сплава, % wc tit-ле Mo , Ws.'rt) вес- ПЗ Ca (fu (fa, <fa2 tiila Ma Mlk e? % Показа-C ТОЛЬ . UO\ Сил упроч- nnn ул пенил fi п г/я> % Термообработка

84 16(290) 480 84-85

64 I6(S7Q> 480: 8-1-85

64 16(470) 450 . 84-85

84 15,5(290) 0,5 10СЭ 270:} KGO 9,2 5,4 0.75/0.44 84-S5 12.2-12.5 1-2 ЗксДбОО К

84 15,5(3/0) 0,5 XG50 27CQ ÏC50 8,0 4.7 0.75/0.48 84-85 12.2-12.5 1-2" ....._!l_ll_

84 15,5(470) 0,5 ICOO 2600 I6CO 7.3 3.7 0.7 84-85 12.2-12.5 1-2 _íí_II

82 IS 1000 SOCO IIOQ 3:3 2.3 0:07/0.23 85-86 I3.2-I3.3 0.5

82 18 .1600 3>QQ IIOQ 8.1 7.2 0.57/0.31 -"- 0.5 3 tut .1370 К

70 SO e80 2900 I2CQ 5:0 4:3 0.61/0:25 82-83 II.9-12.0 I.ü

70 Z3 1400 3000 IIOO II.4 10:3 0.61/0.27 -"- -"- 1.0 3a¡c.I370 К

60 40 600 2700 1000 9:0 7.1 - 60-81 II.I-II.2 I.ü

60 •¿0 ' 1250 2360 1000 15:8 12:6 1.0 3ait.1370 К

80 • ' 20 2150 3330 1500 4.0 2.5 - 0.25 ■ 84.5 13.4-13.7 1.0

Pîjc.ô. Изменение ппрнни реакционного чикоауна (Iii) /f -сазы от cTbiieirï пластическое дефекации те8|г.огс crcisaa -

- стал;, TIS (Ó0S) поело спекания (а), после спекситлг. и (б). '

- 13 -

Подсчет деформированных частиц УС по металлографической картине указывает на возрастание в 7-3 раз количества дефоркиро-ван!2£: зерен в закалснккх сплава;: УС - сталь ИЗ по сравненктт со СПЗЧ5ННЗГЛ1 (рис.5). Вклэченка в процесс пластического -течзшш УС яризодят к частичкой рзлаксацин вознике2сц:х кгпрягенкй.про-ддлякщеЯся в умзньсекии показателя дефор:.;огдснного упрочнения.В спочзннс:.5 сплаве - сталь Г13 данная рзлаксапня проявляется п вкре образования больного количества ьякрстргзтм по кз^азгаз; гракицгм и в объеме связки.

Для выяенеьшя роли :.'.атрнгд! в повышении пластичности твердого ешгаза, были исследованы образцы после последовательного ::аг-рупа5над сг-атизм до различных степеней дефорглагри.

После нагрунекия до напряжений, соответствующих сроднеьу участку пластической деформат:ш рэзко меняется характер поведения ксыхедуаок сплавов. Сплаш, сзязуггцая фага которых изводится з ^зртекситно:: либо в стабильно:; аустеннтнсл состоя«::!!,слабо подвержены пластичзсксГ: деформации, наблюдается отдельное грз~п-ни, преходящие чзрэз все структургс-гз составляющие. В сляагах с большем содер:а-п:зм связки оттачзно 'значительное о5р:1зов:зл;з тлн;-ротргцин по границе карбид-карбгл, карбид-связка и п са-

мой связки.

йироструктура сплавов, связующая фаза которых пшгодптсд в метастабильнс:.: состоянии ауетенита, после нггрузеИШ! до уродия напряжений непосредственно перед разрушение;-:, ссидотольстпуе? о сильно.! пластической деформации матрицы и карЗндоз. Ступекы:::, образующиеся в результате сдвига в частная упро?лп:геля вгсавеэт ¡штепсявиуп пластическую дезору.зп/з си сОгекс^.

Трзцкга, образующиеся по границе ''.арб^д-^-г/;::;:,. ц рззулзтпте раз-ругакнк сотого карбида тор^сзягсл з садсуг^сЯ

ЭлеитрСг:ногз:кроскоп;^ескп5 ;:е&"одо:. :-•;:! л реплик,снп-

тк« с поверхности дофортроЕгидпэс тг.зрл.'гг сялавоу, сЕисетгльстгу-я? о значительном фор.\:оиг:.:знс:н;;'Л саязукзей фазы 2 гзстсх уг:::з: прослоек ке.тду карбидгаялй частицата! с одновременна сохранением спло.-зности материала и пластпческгс.! натругение!.; карбидных частиц.

Анализ рентгенограг, 1.: свидетельствует о те:.;, что наряду с улиронием пиков относящихся к В2, и Цо фазан наблюдается перераспределен!!« ингенсквностеП, обусловленное и

мартенситньв.й превращения;,^ в сплавах , температура

¡1; для которых близка к кожатной теетературэ. Наблэдгзщееся

промежуточное ß-7H мартенситное превращение обусловлено слел-нонапряженным состоянием связуюцей фазы в условиях твердого сплава.

Для сплавов MC - сталь Г13 б кетастабильном состоянии аус-тенита,независимо от состава,деформация вызывает рост пирины дифракционного максимума (III) /'-фазы вплоть до разрушения (рис, 6,б),что свидетельствует о возрастании иикронапряжений и накоплении большого количества дефектов, деформационных двойников и • дефектов упаковки.

В случае деформации сплавов MC - сталь Г13 в стабильном состоянии аустенита наблюдается образование большого количества микротрещин как г.о границе раздела фаз, так и в объеме связки, посредством которых происходит релаксация упругих микронапряжений и уменьшение ширины дифракционного максимума (III) f -фазы (рис.6,а).

Наличие структурнонеустойчивой связующей фазы в композите увеличивает количество вязкой составляющей в изломе твердых сплавов УС-(М-М) и MC - сталь Г13.

Полученный комплекс данных свидетельствует с значительном влиянии связующей фазы на поведение твердого сплава под нагрузкой. Способность ее в процессе деформации в лкбом малом объеме формоизменяться.не образуя .несплошности,релаксируя возникающие пиковые напряжения и перераспределяя внешжо нагрузку ка карбидные частицы, позволяет получить на твердом сплаве одновременно высокие значения твердости,прочности и пластичности.

Данное свойство матрицы можно характеризовать как "подвижность" структуры, т.е. способность к перестройке регетки под внешним воздействием.В процессе деформации твердых сплавов в переем случае наблюдается мартенситное превращение, а во втором - накопление дефектов, деформационных двойников и дефектов упаковки, являющихся зародышами ПС структуры.

Релаксация напряжений за счет данного, механизма деформапии связующей фазы с одневроман:^-! ее упрочнением приводит к эффективному нагрухениэ карбидных позволяя максимально использовать запас :гх прочности и пластичности ♦

В зхигл'книи четвертой главы пригодятся оснобшю физккс-«в-халнческие свойства разработанных твердых Силаев (.таблица).

В nirro;: глав'.- приведены результаты п; сииглеиичх нспитапхП

разработанного твердого сплава УС - сталь ПЗ в качестве износостойкого, етвкпового и ударного инструмента.

Твердый сплав УС - сталь ПЗ в качества Ш1Дукторнкх втулок, применяемых при сверлении отверстий з кругли: wsazxax из стали 9ХС и ХЗГ, показал равнуэ стойкость со сплавом ВЫВ.

Для детальной и сопоставимой оценки характера износа бкл проведен модельный эксперимент m трзнкэ тверда: сплавов с примерно равным количеством езязусщей фазы (ЕК20 и МС - сталь Г13(18?% в паре с термосбработаннсй сталью P6I.S.

Характер износа твердого сплава ЕК20 заключается в постепенном "выносе" кобальтовой связующей фазы за счет адгезионного схватывания с последующим выкрапкванкем частиц упрочнителя. 1.'дк-роструктура поверхности износа представляет собой характерный точный рельеф, образующийся за счет сыкрапашгния карбида вольфрама по всей повергност;: контакта.

Характер износа твердого сплага УС - сталь ПЗ представляет собой выгыбы отдельных объемов материала, основная гг поверхность контакта остается практически без изизпений. Дыпгый вид износа колю объяснить усталостным накоплением дефектов в связующей фазе с последующим отрывом этих объемов материала за счет сильного их упрочнения и неспособности выдергивать в дальнейшем контактные усилия. Такой вид износа требует больш~: затрат энергии, при этом оставшаяся контактная поверхность остается без изменений, что в условиях работа кондукторной зтулки является предпочтительным, так как рабочий диаметр остается неизменным и предотвращает биение свэрла.

Расная стойкость твердого сплава УС - сталь ПЗ (С0>),содержащего большие количества связующей фазы со сплавом Б'.'Б позволяет подучить 3KOHOMIEO дефицитного кобальта г. карбида вольфрама. Экономический эффект складывается из рягност:: з e?o;:::cc?s: исходных порезхов и составляет 6540 рублей па теину.

Стойкость сплавов УС - сталь в качестве ктампового инструмента на 25-32S ылаэ, чем сплава ВК20. При этом основной выход из строя сплава Вд откол рабочей кромки. Ресурс работы штампа из сплава УС - сталь Г13 определяется не материалом, а местом спая с металлической державкой. ибеспеченив прочного соед!П1е:-П1.1 в месте контшета позволит более полно использовать ресурс его работы.

-16 -

Прэвздэку сссяэдов&нкя поведения разработанного ко:,шозлцл~-саиого глатерпсла в услоЕпях высокоскоростного депортирования. Показано, что б услоцинх данной схемы нагрукевик сохраняется высокая пластичность твердого сплава УС - сталь Г13, в ыетаста-бнльнсм состояли;-: аустенита сзяэуицей фазы.

ССЙС2ШЕ ЕЫБ0Д1

1. Показано, гггс фазовый состав и температурная зависимость крлгычесюк тсчгк Ц» ьгартднсктного превращения от состава сплавов практически такие ке как сплзеое, приготовленных из компонентов высокой частоты, но шсг.е по абсолютной величина температур. Термообработки закаленных из области гомогенности /-фазы сплавов Ж-Аё при температурах ниже границы стой области приводят к резкому понижению температур мартенситного превращения на 150-ЗЮ К в зависимости от вида термической обработки.

2. Изучено взаимодействие \!С со сплавом 'Ж-М , мар-тгнситной области концентраций. Выявлено влияние добавок карби-дообразущнх элементов в связующую фазу на поЕьпление прочности твердого сплава. Показано, что шхролегироваяие матрицы молибденом в количестве прпводу.т к возрастанию предела прочности в два раза, при о том размер зерна связующей фазы уменьшается со 1000-1500 ш до 50-100 мкм. На основе дэнных исследований.разработан технологический процесс получения твердого сплава

\/С -('.'I- 1с) , защищенный авторским свидетельством.

3. Изучено взаимодействие карбида вольфрама со стальз Гад-ёнльда б шефском интервале содержания упрочните ля. Определена прздельная раствор;а!ость УС 'в стали разная 23,5+У,5й, теигера--■ура кристаллизации о в тактики 150С^1С К, происходящие фазовые пргдращоыя е г;р'.<"с.:о оглашения отк.с сплозсв. Лреддозгна пгев-дс&:::ар:-""-;- д:..агр;'-'-.::. во;:ьфрал:а - сталь ПЗ,

-1. ;:.чра;.;сср дг^ор.чгац;«: и разрушения складов

г, - с;-..:', ПЗ. 5 стабильном состоя:::'.:: кгле-.аллшчзскс,.; сиязу.чщс:. . ." . /агру^знпе кс\-.познта вызывает

с^розовгжз ^рещ;:;; по и в.чутрн связки,

что приводит к прупке:-/ твердого сплава.

2 случаз струк:ур::знеустс;.-..п:;ого состояния свдоуиыеП ¿азы до д;-.у;: с лпыпи:: раз везрестает пластичность «гюрдзс< сплавов по

сравкзииэ со стабильным состоянием аустекнта при одновременном сохранении прочности.нсзависимо от содержания упрочнителя. Ло-вьггение пластичности обусловлено возкснностьэ связующей фазы фор-моизменяться за счет изменения кристаллической структуры, з случае картекситной перзстрзКни реязткк в сплаве. A'i-fi и тдаохестгзгаого накопления дефектов, например, дефектов упгковкз, в стали ПЗ, что позволяет эффективно рзлаксировать пикоегз напряжения и перераспределять нагрузку на карбидные частнцы, б результате чэго одновременно достигается в твердом сплаве гмеокиз зкачапия твердости,прочности к пластичности.

5. Определены осноп-;;:э мехвничееккэ характеристики прздла-гае:лкх тверда сплавов и проЕодека испытания когятозктов УС -- сталь Г13 з условиях прег.апзленпого производства. Сплав в качестве кондукторных втулок работает на уровне сплавов ВК6 п EKB и на 25-oOft прешгае? стойкость сплава ВК20 при работе в качестве штагяювого инструмента. (ЧидаемкЯ экономический аффект составляет 9 тыс.рублей в год. Показало, что нсвиз сплавы обладает высокой работоспособностью п в условиях ударного нагрузазния."

Основное содержание диссертации опубликовано в еледу^цтп: • работах:

1. Кулькоз С.Н., Ппосоз С.5.,, Гладкий С.П. Взаимодействие з системах к УС-''iTt при спекании и пропитие // IT'. - 1589. ~ !г5. - С.77-30.

2. Посоз С.5,, Кульноз С.Н. Сазовнэ превращения в стая;! ИЗ при добавлении карбида вольфрам // Изв.вузов. Черная кзтат-лургия. - IS30. - ГЗ. - C.6/-5J.

3. Гшсов С.Ф., Гривп-:оз В.К., Кулькоз С.Н., Лотков АЛ!. 'Ьртсн-CüTHKG превращения в приготовленных из пороткогих ксмаззпзн-тоз сплавах th-ЛЕ . Структура, фазой.:.''. состав :: механические свойства сплава УС-(М-М) / Темза, 1963. - 26 с.

Деп. ВИНИТИ, 1Г-6131—В39.

4. Гнюсов С.5., Кульков С.Н. Экспериментальные наблюдения характера деформации и разрушения твердого сплава УС- (i'L-/S) /Томск, 1930 - 25 с. - Деп. ВИНИТИ, \!?Б20.

5- Кульков С.Н., Гнасов С.5., Лолетика Т.Н., {¿ельников А.Г. Твердые сплавы с демпфирующими связками // ВОТ - 1985. - Вкл. 1(9). - С.5о-62. ДСЛ.

6. A.C. 1517345, tîCI C22C 29/00., Композиционная материал на ос-крсз карбида вольфрама / Гнзсов С.О., Кульков С.Н. - ДСП.

7. Гнзсов С.С., Кульков С.Н. Сазовыз равновесия и механические свойства сплавов система '\IC-(t&-M) '// Сб.трудов "Но-Е'.:з конструкционные материалы и покрытия'.' - Томск, 1988. -

- C.4-II. - ДСП.

8. Пасов C.S., Гришков В.Н., Кульков С.Н., Лотков А.И. Структура, фазовый состаз и механические свойства сплава \JC(fh-Я) связущая фаза которых испытывает мартенсктное превращение // В kh'.î Материалы с эффектом памяти формы и их примзненке. -

- Новгород, 1989. - С.90-93.

9. Гнасов С.§., Гришков В.Н., Кульков С.Н., Лотков А.И. Мартен-ситные превращения в приготовленных из порошковых компонентов сплавах Ai-// // Там же. - С.I05-.I08.

М.Гнесов С.Е?, Структура и свойства сплава карбид вольфрама - гы-сокомарганцовкстая сталь // Тезисы докл. Барнаульской конференции "Порошковые материалы и покрытия". - Барнаул, 1988. -

- С.20-22.

11.Гнзсов С.5., Кульков С.Н. Фазовый состав « структура сплава карбид вольфрама - высонсмарганцовистая сталь // Сб.матер. зональной Hayxj.KOiiJ. "Структура vi свойства, материалов4« — Но— вокузнецк, 1988. - 4.1. - C.I60-I6I.

12.Кульков С.Н., Гнэсов C.S. Характер деформации и разрушения сплавов WC-(A/i'StJ //Тезисы докл. У Всесоюзного семинара "Структура дислокаций и механические свойства металлов к сплавов".. - Свердловск, 1990. - С.91.

ХЗ.Гтасов C.S., Кульков С.Н. Деформация и разрушение сплавов карбид вольфрама - Еысокомарганцовистоя сталь // Тезисы докл. U Региональной научи.-тсхнич.конф. "Пороговые материалы н пок-ритияУ - Барнаул; 1990. - С.52-54. ^

\