ЗАКОНОМІРНОСТІ ФОРМУВАННЯ СТРУКТУРИ І ВЛАСТИВОСТЕЙ ІНСТРУМЕНТАЛЬНИХ СПЛАВІВ НА ОСНОВІ ЛЕГОВАНОГО КАРБІДУ ТИТАНУ Автореферат

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, сформульовано мету та завдання дослідження, визначено наукову новизну та практичне значення роботи, приведено інформацію про особистий внесок здобувача та структуру роботи, апробацію результатів дисертаційного дослідження.

У першому розділі проаналізовано основні проблеми й тенденції розвитку твердосплавного виробництва, розглянуто особливості формування структури інструментальних твердих сплавів на основі карбіду титану під час спікання, наведено результати досліджень їх фізико-механічних та експлуатаційних властивостей.

Дослідженню мікроструктури та властивостей, технологічним аспектам отримання твердих сплавів на основі карбіду титану присвячені роботи В.К. Вітрянюка, В.Н. Єременко, С.С. Кипарисова, М.С. Ковальченка, А.Ф. Лісовського, Г.В. Самсонова, В.В. Скорохода, С.С. Орданьяна, І. Осаму, В.І. Третьякова, Л. Вальдми, Р. Кіффера, М. Кумара, Р. Купера, Я. Кюбарсепа, Л. Лі, В. Рібока, В. Ріхтера, Г. Сузукі та ін. Показано позитивний вплив легування твердих сплавів на основі карбіду титану карбідами металів 5 – 6 груп Періодичної системи на їх механічні та експлуатаційні властивості. Проте, дані дослідження проведені, в основному, для сплавів з нікелевою або нікель-молібденовою зв’язкою.

З метою отримання дрібно- та особливо дрібнозернистої структури й підвищення механічних властивостей, зносо- та термостійкості сплавів на основі карбіду титану з нікель-хромовою зв’язкою на основі аналізу літератури обґрунтовано доцільність введення до їх складу легуючих добавок карбідів ванадію, ніобію та вольфраму. Зокрема, відомо, що карбіди ванадію та ніобію в кількості до 5% (мас.) є інгібіторами росту карбідних зерен і підвищують тріщиностійкість сплавів, а введення хрому до складу металевої зв’язки збільшує жаростійкість та опір повзучості. З метою підвищення міцності й тріщиностійкості запропоновано легування тугоплавкої основи невеликою, в межах області розчинності, кількістю карбіду вольфраму.

Аналіз технологічних процесів отримання твердих сплавів показав, що тверді сплави на основі карбіду титану виготовляють, в основному, за стандартною технологією, що включає операції приготування шихти, пресування та спікання у вакуумі. Недоліком цієї технології є неможливість отримання безпористого матеріалу, а це, як було сказано вище, знижує фізико-механічні та експлуатаційні властивості сплавів.

Одним із шляхів зниження залишкової пористості, підвищення міцнісних характеристик та якості твердих сплавів є їх об’ємне зміцнення. Серед них заслуговує на увагу перспективний метод термокомпресійної обробки, хоча його вплив на формування структури і властивостей сплавів на основі карбіду титану ще до кінця не з’ясований.

У другому розділі наведено характеристику матеріалів, які використовували у роботі, технологію отримання сплавів та методи їх дослідження.

Для дослідження впливу карбіду вольфраму на формування структури і властивостей інструментальних твердих сплавів у якості тугоплавкої основи використовували карбід титану, легований карбідами ванадію і ніобію в кількості по 5% (мас.) та карбідом вольфраму в кількості 5, 10, 15 % (мас.). Варіювали також вміст Ni-Cr металевої зв’язки – 10, 12, 18, 24% (мас.) при співвідношенні металів 3:1.

Сплави готували за двома технологічними варіантами, які відрізнялися способом введення карбідів у сплави: стандартною технологією, що передбачала введення вихідних карбідів у шихту разом із металами зв’язки (технологія А) та з додатковою операцією отримання твердого розчину (Тi, V, Nb, W)C (технологія Б). Стандартний технологічний варіант включав такі основні операції: приготування шихти, розмелювання у кульковому млині в середовищі етилового спирту протягом 72 годин, введення пластифікатора – 5-% розчину синтетичного каучуку у бензині, холодне пресування та суміщене попереднє й кінцеве спікання у вакуумі. Спікання проводили у високотемпературній печі СНВ 1.3.1/20И1 при температурах від 1350 до 1450 ⁰С і тривалості ізотермічної витримки 5, 20, 40, 60 хв.

За технологією Б з метою отримання твердого розчину карбідів здійснювали попередній синтез вихідних порошків карбідів шляхом їх спікання при температурі
1600 ⁰С протягом 2 годин. Далі сплави отримували за стандартною технологією.

З метою зниження залишкової пористості проводили термокомпресійну обробку спечених сплавів на установці, створеній в Інституті надтвердих матеріалів АН України, при нагріванні сплавів до температури 1450 ⁰С протягом 75 хвилин під тиском аргону 3 МПа.

У розділі описано методи досліджень мікроструктури, фазового та структурного складу, фізико-механічних властивостей, термо- і зносостійкості та експлуатаційних властивостей сплавів.

Третій розділ присвячено дослідженню закономірностей спікання сплавів TiC-5VC-5NbC-xWC-yNiCr (де х = 5, 10, 15 % (мас.), у = 10, 12, 18, 24 % (мас.), отриманих за технологією Б. Для порівняння процесу консолідації використовували результати відомих досліджень щодо ущільнення сплавів на подвійній (ТіС-VC, TiC-NbC) основі з 18% (мас.) NiCr металевої зв’язки.

Для досліджень виготовляли циліндричні зразки (d=8 мм, h=12 мм), які отримували методом двостороннього холодного пресування при питомому тиску пресування 150 МПа. Спікання сплавів проводили у високотемпературній вакуумній печі СНВ – 1.3.1/ 20И1 при температурах 1000, 1100, 1200, 1300, 1350, 1400, 1450 ^оС і тривалості ізотермічної витримки 5, 20, 40, 60 хвилин. Кінетику процесу спікання вивчали шляхом вимірювання ущільнення сплавів за діаметром зразків, спечених при різних ізотермічних витримках.

Залежність ущільнення зразків за діаметром від температури спікання і хімічного складу карбідної основи, вмісту карбіду вольфраму і металевої зв’язки наведено на рис.1.

Аналіз кривих ущільнення свідчить, що при зміні тугоплавкої основи з подвійної (TiC-VC, TiC-NbC) на полікарбідну (Ti, V, Nb, W)C (рис. 1а) процес спікання суттєво активується. Одночасне легування карбіду титану карбідами ванадію, ніобію і вольфраму збільшує усадку на 10…30%.