Effect of mechanical activation of WC-based powder on the properties of sintered alloys

OBRABOTKAMETALLOV Vol. 23 No. 1 2021 69 MATERIAL SCIENCE Введение Твердые сплавы на основе карбида вольфра - ма и кобальта (WC–Co) широко используются при изготовлении режущих , буровых инстру - ментов , износостойких деталей благодаря их высокой твердости , прочности , износостойко - сти и хорошей вязкости разрушения [1–3]. Как правило , изменяя строение твердых сплавов WC–Co, например состав сплава , размер кар - бидных зерен , объемное содержание связующе - го компонента , можно регулировать твердость , ударную вязкость , прочность [4]. Известно , что на процесс спекания и на механические свойства таких материалов значительно влияют состав и микроструктура , особенно размер зерна карбид - ной фазы [5], содержание и распределение ко - бальтовой связки [6–8]. При этом существенное влияние на свойства оказывает наличие η фазы (W 3 Co 3 C) [3], а многостадийное спекание при - водит к уменьшению размера зерна карбидной фазы , уменьшению пористости образца . В [9] при использовании метода быстрого спекания при активации импульсным током удалось эф - фективно подавить рост зерна . Известно , что улучшить физико - механиче - ские свойства позволяет использование нано - кристаллических материалов . Так , в [10] показа - но , что при уменьшении размера частиц порошка TiC с 380 до 60 нм увеличивается твердость спе - ченных образцов с ~ 28 (HV) до 32 ГПа . Умень - шить размер частиц порошка можно с помощью высокоинтенсивной механической обработки в планетарно - шаровой мельнице [11]. Этот метод является относительно недорогим и простым в реализации [12]. В процессе высокоинтенсив - ной механической обработки порошков может формироваться состояние с очень малым разме - ром области когерентного рассеяния [13, 14], а в [15, 16] показано , что механическая обработка позволяет активировать спекание с достижени - ем более высокой плотности и меньшего раз - мера зерна [11, 17]. В процессе такой обработки может также меняться форма частиц , что , как правило , отразится на физико - механических свойствах . Так , например , в [18, 19] сообщается , что пластинчатая форма частиц позволяет повы - сить как твердость материала , так и увеличить вязкость . В [20] показано , что твердые сплавы c пла - стинчатыми зернами WC имеют более высо - кую вязкость разрушения , чем твердые сплавы WC-Co с призматическим зернами WC. Однако известно , что механическая обработка не всег - да приводит к положительному результату , по - скольку при такой обработке возможно загрязне - ние порошков , их окисление и др . [21, 22]. Таким образом , несмотря на большое коли - чество научных и практических публикаций , посвященных влиянию высокоинтенсивной механической обработки на свойства сплавов , данных о влиянии высокоинтенсивной механи - ческой обработки порошков WC-Co на морфо - логию частиц , структуру , фазовый состав и фи - зико - механические свойства спеченных твердых сплавов недостаточно . Целью настоящей работы является изучение влияния высокоинтенсивной механической ак - тивации порошка ВК -8 на структуру и свойства порошков и спеченных образцов . Для достиже - ния поставленной цели были поставлены следу - ющие задачи : 1) изучить морфологию частиц и их размер методом сканирующей электронной микроскопией до и после механической обра - ботки ; 2) изучить изменение фазового состава , параметров тонкой кристаллической структуры методами рентгенофазового и рентгенострук - турного анализа после механической обработки ; 3) изучить микроструктуру спеченных образцов методами оптической и сканирующей электрон - ной микроскопии ; 4) изучить изменение фазово - го состава , параметров тонкой кристаллической структуры методами рентгенофазового и рент - геноструктурного анализа спеченных образцов ; 5) изучить твердость спеченных образцов . Методика исследований Изучен промышленный порошок карбида вольфрама марки ВК -8 производства ООО « Ви - риал ». Порошок обрабатывали в планетарной шаровой мельнице АГО -2 ( Россия ), диаметр стальных шаров составлял 0,7 см , соотношение порошка к шарам составило 1:10, скорость вра - щения планетарного диска 1820 об / мин , что обе - спечивает ускорение 60g. Время механической активации составляло 10…300 с . Прессование образцов проводили на гидрав - лическом прессе методом холодного односто - роннего прессования при давлении 200 МПа с выдержкой при давлении 15 с , спекание образ -