МИРЭА – Российский технологический университет, Москва, Россия

Е. С. Козик, доцент кафедры инженерии материалов, канд. техн. наук, эл. почта: ele57670823@yandex.ru

Оренбургский государственный университет, Оренбург, Россия

Е. В. Свиденко, доцент кафедры материаловедения и технологии материалов, канд. техн. наук, эл. почта: tzvetkova.katia2016@yandex.ru

Проведено азотирование твердого сплава марки ВК10 и изучено влияние разных режимов процесса на его свойства. Азотирование осуществляли в вакуумной печи VARP NVF-9915. Температура диссоциатора аммиака 850 ± 10 ^оС. Процесс азотирования включал несколько этапов. Сначала для очистки детали подавали напряжение 300–400 В и вызывали тлеющий разряд, по мере очистки напряжение увеличивали до 500 В. Время очистки – 1 ч. Нагрев до температуры изотермической выдержки осуществляли в течение 1 ч, далее выполняли изотермическую выдержку. После этого проводили азотирование. Далее на протяжении
1 ч охлаждали садку до 280 ^оС, не снимая разряд. Ориентировочно продолжительность цикла (без изотермической выдержки) составила 4 ч. Азотирование твердосплавных образцов проводили при температуре 900–1000 ^оС, длительность изотермической выдержки – до 2 ч. После азотирования твердосплавный инструмент приобретает серебристо-белый цвет. Чем продолжительнее процесс, тем насыщеннее становится белый цвет. Целью работы являлось изучение влияния процесса азотирования на механические и эксплуатационные свойства твердого сплава марки ВК10. В ходе эксперимента использовали образцы: штабики размером 5×5×35 мм, четырехгранные ромбовидные пластины из твердого сплава марки ВК10. Толщина диффузионного слоя после азотирования варьировалась в пределах 2,5 мкм и не зависела от температуры в диапазоне 900–1000 ^оС. Исследования микротвердости показали, что максимальные значения были достигнуты при температуре 1000 ^оС и времени обработки 1 ч. При этом средние значения микротвердости значительно превышали показатели исходного материала. Несмотря на незначительное снижение предела прочности, полученные данные о повышении микротвердости и износостойкости позволяют заключить, что процесс азотирования целесообразен для улучшения свойств твердого сплава ВК10. Таким образом, результаты эксперимента подтверждают эффективность азотирования как технологии, способной не только повысить эксплуатационные характеристики данного материала, но и быть успешно внедренной в процесс его обработки.

1. Креймер Г. С. Прочность твердых сплавов. – М. : Металлургия, 1971. – 247 с.
2. Zhang Li, Wang Yuan-jie, Yu Xian-wang, Chen Shu, Xiong Xiang-jin. Crack propagation characteristic and toughness of functionally graded WC – CO cemented carbide // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 2008. Vol. 26, Iss. 4. P. 295–300.
3. Панов В. С., Чувилин А. М. Технология и свойства спеченных твердых сплавов и изделий из них. – М. : МИСИС, 2001. – 428 с.
4. Colovcan V. T. Some analytical consequences of experiment data on properties of WC – Co hard metals // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 2008. Vol. 26, Iss. 4. P. 301–305.
5. Guo Zhixing, Xiong Ji, Yang Mei, Jiang Cijin. WC – TiC – Ni cemented carbide with enhanced properties // Journal of Alloys and Compounds. 2008. Vol. 465, Iss. 1–2. P. 157–162.
6. Bock H., Hoffman H., Blumenauer H. Mechanische eigenschaften von wolframkarbid-kobalt legierugen // Technik. 2022. Bd. 31, No. 1. P. 47–51.
7. Suzuki H., Hayashi K. Strenght of WC – Co cemented carbides in relation to their fracture sources // Planseeberichte für Pulvermetallurgie. 1975. Vol. 23, No. 1. P. 24–36.
8. Богодухов С. И., Козик Е. С. Материаловедение. – М. : Машиностроение, 2015. – 504 с.
9. Либенсон Г. А., Лопатин В. Ю., Комарницкий Г. В. Процессы порошковой металлургии. Том 1. Производство металлических порошков. – М. : Изд-во МИСиС, 2001. – 368 с.
10. Пат. 2501865 РФ. Способ упрочнения изделий из твердых сплавов / Кабанов А. В., Федоров С. В., Вислагузов А. А., Йе М. С., Павлов М. Д. ; заявл. 09.08.2012 ; опубл. 20.12.2013.
11. Tokova L. V., Zaitsev A. A., Kurbatkina V. V., Levashov E. A. et al. Features of the influence of ZrO2 and WC nanodispersed additives on the properties of metal matrix composite // Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2014. Vol. 55, No. 2. P. 186–190.
12. Бондаренко В. А., Богодухов С. И. Обеспечение качества и улучшение характеристик режущих инструментов. – М. : Машиностроение, 2000. – 144 с.
13. Kim C. S., Massa T. P., Rohrer G. S. Modeling the relationship between microstructural features and the strengh of WC – Co composites // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 2006. Vol. 24, Iss. 1. P. 89–100.
14. Gurland J. The fracture strength of sintered WC – Co alloys in relation to composition and particle spacing // Trans. Met. Soc. AIME. 1963. Vol. 227, No. 1. P. 28–43.
15. Yamamoto T., Ikuhara Y., Watanabe T., Sakuma T. et al. High resolution microscopy study in Cr3C2-doped WC – Co // Journal of Materials Science. 2001. Vol. 36. P. 3885–3890.
16. Богодухов С. И., Гарипов В. С., Солосина Е. В. Определение модуля упругости различных материалов с применением средств тензометрии // Вестник Оренбургского государственного университета. 2014. № 4. С. 289–295.
17. Богодухов С. И., Козик Е. С., Гарипов В. С., Свиденко Е. В. Влияние режимов высокотемпературного ионного азотирования на свойства твердого сплава ВК8 // Материаловедение. Энергетика. 2021. Т. 27, № 2. С. 50–61.
18. Jaensson B. O. Die untersuchung von verformungsersheinungen in hochfeste WC – Co legierungeenmit hilfeeinesneuen localisierung sverfahrens fur die abdruckelektronenmicroscopie // Pract. metallogr. 1972. Vol. 9, No. 11. P. 624–641.
19. Третьяков В. И. Металлокерамические твердые сплавы. – М. : Металлургиздат, 1962. – 592 с.
20. Пат. 2440229 РФ. Способ обработки сверхтвердых материалов / Редченко Д. С., Попов А. Ю. ; заявл. 08.02.2010 ; опубл. 20.01.2012.
21. Пат. 2509173 РФ. Способ обработки твердосплавного инструмента / Соколов А. Г. ; заявл. 12.02.2013 ; опубл. 10.03.2014.
22. Богодухов С. И., Козик Е. С., Свиденко Е. В. Азотирование твердых сплавов марок Т15К6 и Т14К8 // Цветные металлы. 2023. № 7. С. 76–82.
23. Пат. 2231573 РФ. Способ химико-термической обработки изделий из твердого сплава и стали / Чеховой А. Н., Бельков О. В., Прокопова Т. И. ; заявл. 19.07.2002 ; опубл. 27.06.2004.
24. Пат. 2398046 РФ. Способ поверхностного упрочнения вольфрамокобальтового твердосплавного инструмента / Осколкова Т. Н., Будовских Е. А. ; заявл. 27.08.2009 ; опубл. 27.08.2010.
25. Пат. 2536014 РФ. Пластина с покрытием для режущего инструмента для обточки сталей / Хиндрик Энгстрем ; заявл. 29.06.2020 ; опубл. 20.12.2014.
26. Богодухов С. И., Козик Е. С., Свиденко Е. В. Исследование влияния химико-термической обработки на эксплуатационные свойства твердых сплавов ВК6 и ВК15 // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2021. Т. 15, № 1. С. 60–70.
27. Яресько С. И., Осколкова Т. Н., Балакирев С. Н. Модификация структуры и свойств вольфрамокобальтовых твердых сплавов. – М. : Инфра-Инженерия, 2023. – 400 с.
28. Козик Е. С., Свиденко Е. В. Влияние износостойкого покрытия nACo на свойства твердого сплава 6WH10F // Цветные металлы. 2024. № 2. С. 86–91.
29. ГОСТ 19086–80. Пластины сменные многогранные твердосплавные. Технические условия. – Введ. 01.01.1982.
30. ГОСТ 4728–2010. Заготовки осевые для железнодорожного подвижного состава. Технические условия. – Введ. 01.09.2011.