Obrabotka Metallov 2010 No. 3

¬®¬°¨ ª£°©©¬ ª°£®¦©¬ £¢£«¦£ ____________________ 1 Работа выполнена при финансовой поддержке АВЦП 2009–2010 УДК 66.017 §©¥¡©§¦¡ «©§ª¨¤¦´® ¨§£©´«¡¢ ª ¦¦§© ¥©¦§¢ £©¡¦§¢ §¢ В.Г. БУРОВ, канд. техн. наук, профессор, А.А. ДРОБЯЗ, аспирант, Д.С. ТЕРЕНТЬЕВ, аспирант ( НГТУ, г. Новосибирск ) Статья поступила 6 сентября 2010 г. Буров В.Г. – 630092, Новосибирск, Новосибирский государственный технический университет, пр. К. Маркса, 20; e-mail: wburow@yandex.ru Проведен анализ проблем формирования на стальных изделиях твердосплавных покрытий на основе вольфрамо- кобальтовых порошковых смесей с наноразмерной карбидной фазой, предложены пути их решения. Представлены результаты экспериментальных исследований, свидетельствующие о возможности формирования твердосплавных по- крытий с наноразмерными частицами упрочняющей фазы. Ключевые слова: карбид вольфрама, углерод, наночастицы, жидкофазное спекание. The analysis of the problems of formation on steel parts of hard coatings based on tungsten powder mixtures with nanoscale carbide phase is made. The results of experimental studies indicating the possibility of formation of carbide coatings with nanoscale particles of strengthening phase are presenting. Key words: tungsten carbide, carbon, nanoparticles, sintering liquid-phase Формирование вольфрамокобальтовых твердо- сплавных покрытий на поверхностях стальных из- делий является сложной материаловедческой зада- чей, решение которой связано с решением проблем физико-химической и термомеханической совме- стимости материала покрытия и основного металла. Эти проблемы можно решить только частично. Во- первых, все технологии формирования качественных твердосплавных слоев, разработанные до настоящего времени, позволяют получать на поверхности сталь- ных изделий только матричный материал, в котором упрочняющие частицы карбида вольфрама не образу- ют жесткий каркас как в спеченных твердых сплавах. Это касается и нанесения покрытий детонационно- газовым методом [1] и методом жидкофазного спека- ния [2, 3]. Во-вторых, при формировании покрытия, состоящего из частиц карбида вольфрама, располо- женных в кобальтовой матрице, качественный твердо- сплавный слой имеет переходную зону к основному металлу малой толщины, что приводит к возникнове- нию существенных напряжений на границе раздела «покрытие – основной металл» при нагружении или при нагреве (проблема термомеханической совме- стимости материала покрытия и основного металла). Создание развитой переходной зоны, образующейся при жидкофазном спекании порошковой вольфрамо- кобальтовой смеси, приводит к активному диффузи- онному и химическому взаимодействию железа, со- держащегося в основном металле, с частицами кар- бидной фазы [3, 4]. Дополнительным легированием или химико-термической обработкой поверхностного слоя основного металла можно обеспечить и форми- рование переходной зоны, и исключение образования сложных хрупких карбидов, снижающих прочност- ные свойства получаемой композиции. В этом случае матрица формируемого твердого сплава имеет в своем составе и кобальт, и железо, и легирующий бор, об- разующие эвтектические составы [4]. Свойства фор- мируемых покрытий близки к свойствам вольфрамо- кобальтовых твердых сплавов, не снижая при этом прочностные характеристики основного металла [5]. Повышение эксплуатационных характеристик твердосплавного покрытия возможно введением в со- став покрытия наноразмерных частиц карбида воль- фрама, что является еще более сложной технической задачей, требующей дополнительных исследований. Известно, что наилучшие свойства как прочностные, так и эксплуатационные (в частности, износостой- кость) обеспечивают особомелкозернистые твердые сплавы, производимые ведущими мировыми произ- водителями твердосплавного режущего инструмен- та. Однако применение порошков, имеющих нано- размерные частицы карбида вольфрама, не позво- ляет получить спеченный твердый сплав с размером карбидов менее 100…200 нм, даже с использовани- ем методов спекания в вакууме за короткое время и при высоких давлениях. При любом малом времени спекания, обеспечивающем смачивание частиц кар-