Obrabotka Metallov 2014 No. 4

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 4 (65) 2014 37 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ применению охлаждающих сред на основе водо- растворимых полимеров при закалке различных сталей [5–11]. Все полимерные охлаждающие среды предназначены для замены масел с целью устранения их недостатков (возгораемость, за- дымленность, загрязнение окружающей среды). В работах [10–11] установлено, что изме- нение концентрации полимера Термовит М в растворе позволяет существенно изменить ха- рактеристики закалочной среды, в том числе и среднюю скорость охлаждения. Средние скоро- сти охлаждения в 4,0…4,5 %-м водном раство- ре Термовит М при температурах от 20 до 60 °С близки к средней скорости охлаждения в масле. Цель исследований заключалась в изучении структуры и свойств твердого сплава ВК10КС после закалки в водополимерной среде Термо- вит М. Методика экспериментального исследования В настоящей работе для термической обра- ботки твердого сплава марки ВК10КС произ- водства ОАО «Кировоградский завод твердых сплавов» использовался 4 %-й водный раствор полимера Термовит М [12]. Закалочная жид- кость представляет собой водный раствор поли- мера производства ЗАО НПО «Промэкология», г. Омск (концентрат водополимерной закалочной среды изготавливают в соответствии с техниче- скими условиями ТУ 2219-045-23763315-2007). Исследование структуры твердого сплава и химического состава кобальтовой связующей до и после закалки осуществлялось с помощью растрового электронного микроскопа «Philips XL-30». Изучение поверхности изломов образ- цов из сплава ВК10КС проводилось после испы- таний на статический изгиб с использованием растрового электронного микроскопа Carl Zeiss EVO50 XVP. Рентгеноструктурные исследования прово- дились с помощью дифрактометра ДРОН-2,0 в К α -излучении железа. Определение параметра кристаллической решетки кобальтовой связую- щей проводилось с точностью ± 0,001 Å. Испытания для определения предела проч- ности при поперечном изгибе проводились в соответствии с ГОСТ 20019–74 на электромеха- нической универсальной системе Instron 3369, а испытания по измерению твердости – на твердо- мере Wolpert Group марки Model 600 MRD. Трибологические испытания образцов в спе- ченном состоянии до и после термообработки проводились с помощью трибометра «PC-Op- erated High Temperature Tribometer». Износ об- разцов определялся путем измерения глубины и площади лунки износа в поперечном сечении после испытаний. Лунка изнашивания образо- вывалась в результате действия неподвижного алмазного индентора на плоскую поверхность вращающегося цилиндрического образца при нагрузке 3 Н, числе оборотов 4000, линейной скорости движения 2,5 см/с. Результаты и обсуждение Микроструктура твердого сплава ВК10КС после спекания состоит из зерен карбида воль- фрама (WC), размер которых находится в диа- пазоне 5…8 мкм, и кобальтовой фазы. Зерна карбида вольфрама выглядят как многогранники с четкими границами. После спекания частицы карбида вольфрама в большинстве случаев рас- положены под острыми углами от 10 до 80 граду- сов по отношению друг к другу. Углы карбидных зерен между собой могут служить концентрато- рами напряжений и при дальнейшей эксплуата- ции способствовать образованию микротрещин. Эксплуатационные характеристики твердых сплавов во многом зависят от состояния кобаль- товой связующей и карбидной фазы. Измене- ние химического состава и свойств кобальтовой фазы достигается путем различных видов тер- мической обработки. Одним из таких методов является закалка, позволяющая фиксировать структурные изменения, происходящие во время нагрева и охлаждения. Применение к твердым сплавам закалки ос- новывается на известном факте: в твердых рас- творах, образованных на основе металла (к та- ковым относится кобальтовая связующая), с увеличением содержания легирующего элемен- та (такого, как вольфрам) повышается сопро- тивление пластической деформации [13]. Ле- гирующие элементы, имеющие ограниченную растворимость в матричной фазе, в большей сте- пени искажают решетку последней и приводят к возрастанию прочностных характеристик, что, в свою очередь, должно положительно сказаться на уровне прочности всего сплава [2].