Закономірності впливу залишкових термічних мікронапружень та дисперсії розмірів карбідних зерен - Автореферат

Це обумовлює суттєву різницю фізико-механічних властивостей різних марок твердих сплавів і забезпечує їх використання в якості штампів, прокатних валків, апаратів високого тиску для виробництва надтвердих матеріалів, ріжучих та бурових інструментів. Відзначаючи високий рівень сучасних технологій виробництва твердих сплавів, відмітимо актуальність проблеми їх подальшого удосконалення, що виражається в пошуку нових технологічних схем, відображених в сучасній науково-технічний літературі. Разом з тим, результати останніх експериментальних досліджень твердості сплавів WC-Co від параметрів структури свідчать про залежність цієї характеристики від ширини розподілу зерен карбідної фази за розмірами (B. Оскільки границя текучості на стиск знаходиться в прямій залежності від твердості, то параметри діаграм стиску цих сплавів також повинні залежати від дисперсії розмірів зерен WC в них. Метою роботи є встановити закономірності впливу залишкових термічних напружень в фазах та коефіцієнта варіації розмірів зерен карбідної фази на характеристики діаграм деформування твердих сплавів WC-Co при розтязі і стиску (за умови відсутності пошкоджень мікроструктури) та розробити рекомендації по їх використанню для підвищення якості твердих сплавів.У третьому розділі роботи нами прийнято припущення, що коефіцієнт суміжності карбідних зерен С є функцією двох незалежних характеристик мікроструктури твердих сплавів WC-Co: обємного вмісту кобальтової звязки і коефіцієнта варіації карбідних зерен VAR, який дорівнює відношенню середнього квадратичного відхилення до середнього розміру карбідних зерен . Таким чином, до збільшення коефіцієнта суміжності карбідних зерен С призводить як зменшення обємної концентрації кобальту в сплаві, так і зменшення неоднорідності сплаву за розміром зерен WC. Отримані ж в сплаві ВН15 з використанням методу дифракції нейтронів залишкові напруження в карбідній фазі добре відповідають обчисленому нами напруженню для сплаву ВК15 (проникливість нейтронів усередину матеріалу в 1000 разів перевищує проникливість рентгенівських променів). На основі проведеного аналізу зроблено наступні висновки: по-перше, запропоновані формули (4.2) дозволяють з достатньою практичною точністю обчислювати середні по обємам фаз залишкові термічні напруження в приповерхневих шарах твердих сплавів WC-Co; і, по-друге, формули (4.1) дають реалістичні результати для значень залишкових термічних мікронапружень в обємі твердого сплаву WC-Co. Крім того, стискаючі напруження sc(агр) суттєво перевищують середні по обєму карбідної фази напруження : для сплаву ВК4 sc(агр)/ ”3.3, для сплаву ВК25 аналогічне відношення дорівнює приблизно 1.4.Вирішення даної проблеми дає можливість покращити якість твердих сплавів групи ВК за рахунок зміни величин залишкових термічних напружень та параметрів структури в заданому напрямку, оптимізувати процеси виготовлення твердосплавних виробів для конкретних технічних умов їх експлуатації, а також спростити методи контролю якості твердих сплавів. Виявлено суттєву різницю між величинами залишкових термонапружень в обємі та в приповерхневому шарі твердого сплаву: напруження в обємі перевищують напруження біля поверхні більш ніж у два рази. Вперше встановлена аналітична залежність коефіцієнта суміжності карбідної фази від дисперсії розмірів її зерен в сплаві WC-Co дозволяє ввести в практику розрахунків деформаційних характеристик твердих сплавів ще один (в порівнянні з існуючими підходами) параметр VAR. Розроблено теоретичний метод побудови діаграм деформування твердих сплавів WC-Co при розтязі і стиску, що враховує залишкові термічні мікронапруження, фізико-механічні характеристики фаз та параметри мікроструктури. На відміну від розтягу, вплив залишкових термонапружень і коефіцієнта VAR на деформаційні характеристики твердих сплавів при стиску носять протилежний характер: залишкові термічні напруження зменшують величину границі пружності на 4%-22%, а границь текучості s0,1, s0,2 на 2%-34%, збільшення ж коефіцієнта варіації призводить до зменшення умовних границь текучості на 22%-32% для сплаві ВК6-ВК15.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

В результаті проведеного дослідження в рамках дисертаційної роботи встановлені закономірності впливу залишкових термічних мікронапружень та дисперсії розмірів карбідних зерен на деформаційні характеристики твердого сплаву WC-Co при розтязі та стиску. Вирішення даної проблеми дає можливість покращити якість твердих сплавів групи ВК за рахунок зміни величин залишкових термічних напружень та параметрів структури в заданому напрямку, оптимізувати процеси виготовлення твердосплавних виробів для конкретних технічних умов їх експлуатації, а також спростити методи контролю якості твердих сплавів.

В дисертації отримані такі найбільш важливі наукові результати.

1. Запропоновано формули для обчислення середніх по обєму залишкових термонапружень в фазах твердого сплаву WC-Co, що виникають під час охолодження після спікання. Виявлено суттєву різницю між величинами залишкових термонапружень в обємі та в приповерхневому шарі твердого сплаву: напруження в обємі перевищують напруження біля поверхні більш ніж у два рази.

2. Вперше встановлена аналітична залежність коефіцієнта суміжності карбідної фази від дисперсії розмірів її зерен в сплаві WC-Co дозволяє ввести в практику розрахунків деформаційних характеристик твердих сплавів ще один (в порівнянні з існуючими підходами) параметр VAR. Завдяки цьому розширюються можливості цілеспрямованого впливу на механічні властивості сплавів WC-Co за рахунок вибору характеристик дисперсності вихідного порошку WC та технологічних режимів спікання.

3. Розроблено теоретичний метод побудови діаграм деформування твердих сплавів WC-Co при розтязі і стиску, що враховує залишкові термічні мікронапруження, фізико-механічні характеристики фаз та параметри мікроструктури. Порівняння теоретичних діаграм розтягу та стиску з експериментальними свідчить про адекватність побудованої теоретичної моделі реальним процесам деформування в сплавах WC-Co на початковому етапі (при умові відсутності пошкоджень мікроструктури).

4. Виявлено значний вплив залишкових термонапружень на умовні границі текучості при розтязі. Саме залишкові напруження зумовлюють підтверджену експериментально їх немонотонну залежність від VCO (з максимумом при VCO”30%). Збільшення рівня залишкових термонапружень призводить до підвищення умовних границь текучості при розтязі. Структурні параметри сплавів групи ВК також істотно впливають на умовні границі текучості при розтязі. При цьому збільшення середнього розміру карбідних зерен від 1 мкм до 5 мкм знижує границю пружності на 25%, а збільшення коефіцієнта варіації розмірів зерен WC від 0.5 до 0.8 підвищує границю пружності на 5%-7%.

5. На відміну від розтягу, вплив залишкових термонапружень і коефіцієнта VAR на деформаційні характеристики твердих сплавів при стиску носять протилежний характер: залишкові термічні напруження зменшують величину границі пружності на 4%-22%, а границь текучості s0,1, s0,2 на 2%-34%, збільшення ж коефіцієнта варіації призводить до зменшення умовних границь текучості на 22%-32% для сплаві ВК6-ВК15.

Отримані наукові результати дозволяють сформулювати наступні рекомендації щодо їх практичного використання.

1. Рекомендується використовувати отримані формули для обчислення залишкових термічних напружень як альтернативний підхід по відношенню до трудомісткого та дорогого експериментального методу дифракції нейтронів. При використанні рентгенівського методу оцінки рівня залишкових термічних напружень в обємі твердих сплавів групи ВК необхідно отримані дані збільшувати приблизно в 2 рази для марок ВК4-ВК25.

2. Використання алгоритмів обчислення деформаційних характеристик при розтязі та стиску дозволяє швидко отримувати достовірну інформацію про їх значення в залежності від структури та рівня залишкових напружень. Це дає можливість практично впливати на механічні властивості твердих сплавів ще на етапі проектування виробів з них. Так, наприклад, у випадку різців та волок, що працюють на розтяг, для підвищення їх довговічності необхідно забезпечити як мілкозернистість та неоднорідність матеріалу, так і збільшення рівня залишкових термонапружень в ньому. Якщо ж твердосплавний елемент працює в умовах навантаження на стиск (матриці, буровий інструмент), то для підвищення його довговічності необхідно зменшити за рахунок технологічних параметрів рівень залишкових термонапружень та неоднорідність зерен карбідної фази за розмірами. Величина напружень може змінюватися в умовах виробництва за допомогою режимів охолодження при спіканні. Характеристики ж дисперсності фази WC залежать від режимів спікання і від дисперсності вихідного порошку карбіду вольфраму та процесу змішування його з порошком кобальту.

Таким чином, запропоновані в дисертації ефективні алгоритми та побудовані на їх базі програми для ПК дозволяють оперативно визначати вплив на деформаційні характеристики твердого сплаву цілого комплексу фізико-механічних та мікроструктурних параметрів. Серед них температура затвердіння кобальтової фази в процесі охолодження після спікання, деформаційні характеристики фаз на участках зміцнення їх діаграм деформування, обємні концентрації фаз, середні розміри кобальтових прошарків та карбідних зерен, дисперсія розмірів карбідних зерен та їх коефіцієнт суміжності. Розроблені програми використовуються для оптимізації властивостей при створенні нових марок та для контролю якості твердих сплавів в ДНВП "Алкон-твердосплав".

1. Бондаренко В.П., Литошенко Н.В. Определение средних по объему остаточных термических напряжений в фазах твердого сплава//Сверхтв. мат.-1998.-№3(113).- С. 39-43.

2. Литошенко Н.В. Оценка условного предела упругости твердого сплава WC-Co при растяжении //Пробл. прочн.-1999.-№6.- С. 116-122.

3. Литошенко Н.В. Оценка условного предела упругости твердого сплава WC-Co при сжатии//Пробл. прочн.-2000.-№1.- С. 111-119.

4. Бондаренко В.П., Литошенко Н.В. Оценка влияния волокон на предел текучести волокнистого композита при деформации продольного сдвига// Прикл. механ.-1998.-Т.34, №9.- С. 83-89.

Размещено на .ru