Поверхностные явления в карбидовольфрамовых твердых сплавах, обусловленные импульсным плазменным воздействием Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 5З9.З

ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ В КАРБИДОВОЛЬФРАМОВЫХ ТВЕРДЫХ СПЛАВАХ, ОБУСЛОВЛЕННЫЕ ИМПУЛЬСНЫМ ПЛАЗМЕННЫМ ВОЗДЕЙСТВИЕМ

© Т.Н. Осколкова, Е.А. Будовских

Сибирский государственный индустриальный университет, г. Новокузнецк, Россия,

e-mail: [email protected]

Ключевые слова: карбидовольфрамовый твердый сплав; поверхностное упрочнение; электровзрывное легирование. Проведено упрочнение твердого сплава путем воздействия на поверхность импульсных плазменных струй, сформированных при электрическом взрыве углеграфитовых волокон. Повышение поверхностной твердости на глубину 20 т 30 мкм происходит за счет смены типа монокарбида вольфрама в твердом сплаве на другой тип W2C, который обладает большей твердостью, и уменьшения величины карбида вольфрама в поверхностном слое.

Большой резерв повышения долговечности твердосплавных изделий заключается в применении поверхностных методов упрочнения, используя различные источники внешних высокоэнергетических воздействий. Данные методы в настоящее время находят широкое применение при изготовлении бурового и горнорежущего инструмента, обеспечивая последним повышение эксплуатационной стойкости в несколько раз [1-

4]. Один из способов такой обработки - электровзрыв-ное легирование (ЭВЛ) [5], которое до сих пор не применялось для обработки твердых сплавов. Сущность способа упрочнения поверхности вольфрамокобальтового твердосплавного инструмента, изготовленного из ВК10КС, состоит в импульсном облучении обрабатываемой поверхности ионным компонентом плазменной струи. В качестве источника электрического взрыва и

а)

б)

Рис. 1. Микрогеометрия сплава ВК10КС: а - исходный образец; б - образец после ЭВЛ 870

Рис. 2. Микроструктура сплава ВК10КС после ЭВЛ, х1000

Рис. 3. Фрагмент дифрактограммы сплава ВК10КС после ЭВЛ

легирующих элементов в работе использовались углеграфитовые волокна. Облучение проводили с интенсивностью воздействия на поверхность в интервале 5,0 ^ 7,6 ГВт/м2. Облучаемая площадь поверхности составляет 10 ^ 15 см2. Способ ЭВЛ вольфрамокобальтового твердосплавного инструмента включает нагрев поверхности и насыщение ее продуктами взрыва с последующей самозакалкой путем отвода тепла вглубь материала и окружающую среду.

Результаты исследований облученной поверхности показали, что оптимальным режимом по глубине упрочненных слоев в 20 ^ 30 мкм достигается при интенсивности воздействия 6,0 ГВт/м2. Твердость поверхности после ЭВЛ увеличивается в 2 раза при шероховатости R = 0,87 мкм относительно исходной R = 1,32 мкм. Профилометрия осуществлялась на установке “Micro Measure 3D station”, результаты которой представлены на рис. 1.

При обработке твердосплавных пластин указанным способом не образуется резкой границы между легированным слоем и материалом основы (рис. 2).

Повышение эксплуатационной стойкости бурового и горно-режущего инструмента при реализации данного способа происходит за счет поверхностного легирования взрываемым проводником, смены типа монокарбида вольфрама в исходном состоянии твердого сплава на другой тип ”^С (рис. 3), который обладает большей твердостью, износостойкостью, уменьшения величины зерен карбида вольфрама ”^С в поверхностном слое (рис. 2), что способствует повышению эксплуатационной стойкости твердого сплава.

Данный способ может быть применим с целью поверхностного упрочнения твердых сплавов на основе карбида вольфрама, которыми оснащают буровой и горно-режущий инструмент, используют при упрочнении штампов, прокатных валков, твердосплавных волок, аппаратов высокого давления.

ЛИТЕРАТУРА

1. Воронцов П.А., Гончаров В.М., Шагров М.Н. О целесообразности импульсно-лазерного упрочнения металлокерамических твердых сплавов // Сб. науч. тр. Сер. Естественнонауч.: Сев. Кавк. гос. техн. ун-т. 2005. № 1. С. 77-80.

2. Гуреев Д.М., Катулин В.А., Лалетин А.П. и др. Исследование структурных превращений в твердом сплаве ВК8 в зоне импульсной лазерной обработки // Физика и химия обработки материалов. 1986. № 5. С. 46-50.

3. Полещенко К.Н., Поворознюк С.Н., Бобой А.О. и др. Изменение трибологических свойств металлокерамических твердых сплавов ионно-плазменной и ионно-лучевой обработкой // Физика и химия обработки материалов. 2002. № 2. С. 5-8.

4. Тимошников Ю.А., Клопотов А.А., Иванов Ю.Ф. Изменение структурно-фазового состояния сплава ВК8 под воздействием потока гамма-квантов // Изв. вузов. Черная металлургия. 2001. № 4. С. 4043.

5. Багаутдинов А.Я., Будовских Е.А., Иванов Ю.Ф. и др. Физические основы электровзрывного легирования металлов и сплавов. Новокузнецк: Изд-во СибГИУ, 2007. 301 с.

БЛАГОДАРНОСТИ: Работа выполнена при финансовой поддержке ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг., государственный контракт П-332.

Поступила в редакцию 15 апреля 2010 г.

Oskolkova T.N., Budovskikh E.A. Surface changes in WC-Co hard alloys stipulated by impulse plasma influence.

The hardening of a hard alloy by influence of an impulse plasma jets formed by electric explosion of carbo-graphite fiber on the surface was conducted. The increase of surface hardness 20^30 jim in depth takes place due to the changing of monocarbide WC in a hard alloy to another type W2C with higher hardness, and size reduction of W2C in a surface layer.

Key words: WC-Co hard alloys; surface hardening; electroexplosive alloying.