ВЛИЯНИЕ УГЛЕРОДА НА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ ВОЛЬФРАМА С МАРТЕНСИТНО-СТАРЕЮЩЕЙ СВЯЗКОЙ

  • Marina I. Zharchenkova Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов
  • Sergey A. Perfilov Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов
  • Vladimir D. Blank Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов
Ключевые слова: вольфрам, углерод, электроискровое спекание

Аннотация

В данной работе исследовано влияние содержания углерода на физико-механические свойства композиционного материала на основе вольфрама, полученного методом электроискрового спекания. В качестве связующего в композите использован состав, характерный для мартенситно-стареющих сталей, который содержит следующие металлы: Fe, Ni, Co, Mo, Ti. Содержание углерода (введенного в исходный состав смеси в форме синтетических алмазов фракции 3/2) варьировали в диапазоне
0,1–0,3 вес.%. Показано, что увеличение содержания углерода до 0,1 вес.% приводит к росту прочности и пластичности композиционного материала, дальнейшее увеличение до 0,3 вес.% привело к росту прочности, но и снижению пластичности. Исследовано влияние времени спекания с шагом в 3, 5 и 7 мин соответственно. Показано, что этот параметр процесса спекания имеет неоднозначное влияние на физико-механические свойства композитного материала вследствие совокупного воздействия других параметров процесса. Исследовано влияние температуры спекания в диапазоне от 1300 до 1350 °С. Показано, что оптимальной температурой спекания является 1320 °С. При температуре 1350 °С происходит плавление связующего и миграция его компонентов из пресс-формы. Исследовано влияние процедуры старения полученного композиционного материала с мартенситно-стареющим составом связующего. Показано, что в общем случае, данная процедура приводит к росту прочности, пластичности, твердости композитного материала. Показано, что в результате применения метода электроискрового спекания удаётся минимизировать рост зерен вольфрама, размер которых после спекания остаётся на уровне 1–3 мкм. 

<span style="opacity: 0;"> . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . </span>

Литература

Zelikman A.N., Korshunov B.G. Rare metals metallurgy. M.: Metallurgiya. 1991. 432 p. (in Russian).

Muresan R., Riti-Minoc E., Prica C., M. Improving me-chanical properties of sintered wolfram based alloy with liq-uid phase though controlled cooling parameters. Arch. Metal-lurgy Mater. 2012. V. 57. P. 87-92. DOI: 10.2478/v10172-011-0157-y.

Cong X., Fan J.L., Ding F. Microstructure and highly en-hanced mechanical properties of fine-grained tungsten heavy alloy after one-pass rapid hot extrusion. Mater. Sci. Eng. 2011. 538. P. 3646-3652. DOI: 10.1016/j.msea.2011.01.070.

Caliskan N., Durli N., Bor S. Swaging of a liquid phase sintered 90W-7Ni-3Fe tungsten heavy alloy. Internat. J. Re-fract. Metal. Hard Mater. 2013. 36. P. 260-264. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2012.10.001.

Tokita M. Development of square-shaped large-size WC/Co/Ni system FGM fabricated by Spark Plasma Sinter-ing (SPS) method and its industrial applications. Mater. Sci. Forum. 2005. V. 492-493. P. 711-718. DOI: 10.4028/ www.scientific.net/MSF.492-493.711.

Xiang D.P., Ding L., Li Y.Y., Chen X.Y., Zhang T.M. Fabricating fine-grained tungsten heavy alloy by spark plas-ma sintering of low-energy ball-milled W–2Mo–7Ni–3Fe powders. Mater. Sci. Eng. A. 2013. V. 578. P. 18-23. DOI: 10.1016/j.msea.2013.04.065.

Machado I., Girardini L., Lonardelli I., Molinari A. The study of ternary carbides formation during SPS consolidation process in the WC–Co–steel system. Internat. J. Refract. Metal. Hard Mater. 2009. V. 27. P. 883-891. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2009.05.001.

Ding L., Xiang D.P., Pan Y.L., Li Y.Y. Mechanical prop-erties and microstructural evolution of Mo-Co-co-strengthened W-Ni-Fe alloys by spark plasma sintering. J. Alloys Compounds. 2017. V. 712. P. 593-598. DOI: 10.1016/j.jallcom.2017.04.141.

Savinykha A.S., Mandelc K., Razorenova S.V., Krügerc L. The influence of the cobalt content on the strength proper-ties of tungsten carbide ceramics under dynamic loads. Tech-nic. Phys. 2018. V. 63. P. 357–362. DOI: 10.1134/ S1063784218030210.

Gold’stein M.I., Grachev I.S., Veksler Yu.G. Special steels, college textbook. M.: Metallurgiya. 1985. 408 p. (in Russian).

Rajaei H., Farvizi M., Mobasherpour I., Zakeri M. Effect of spark plasma sintering temperature on microstructure and mechanical properties of mullite - WC composites. Internat. J. Refract. Metal. Hard Mater. 2018. V. 70. P. 197-201. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2017.10.012.

Zhao J., Holland T., Unuvar C., Munir Z.A. Sparking plasma sintering of nanometric tungsten carbide. Internat. J. Refract. Metal. Hard Mater. 2009. V. 27. P. 130–139. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2008.06.004.

Dudina D.V., Mukherjee A.K. Reactive spark plasma sin-tering: successes and challenges of nanomaterial synthesis. J. Nanomaterials. 2013. Article ID 625218. 12 p. DOI: 10.1155/2013/625218.

Ghahremani D., Ebadzadeh T., Maghsodipour A. Spark plasma sintering of mullite: Relation between microstructure, properties and spark plasma sintering (SPS) parameters. Ce-ram. Internat. 2015. V. 41. P. 6409-6416. DOI: 10.1016/j.ceramint.2015.01.078.

Lee G., McKittrick J., Ivanov E., Olevsky E.A. Densifica-tion mechanism and mechanical properties of tungsten pow-der consolidated by spark plasma sintering. Internat. J. Re-fract. Metal. Hard Mater. 2016. V. 61. P. 22-29. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2016.07.023.

Girardini L., Zadra M., Casari F., Molinari A. SPS, binderless WC powders, and the problem of sub carbide. Met. Powder Rep. 2008. V. 63. P. 18-22. DOI: 10.1016/S0026-0657(09)70039-6.

Chuvildeev V.N., Panov D.V., Boldin M.S., Nokhrin A.V., Blagoveshchensky Yu.V., Sakharov N.V., Shotin S.V., Kotkov D.N. Structure and properties of advanced ma-terials obtained by Spark Plasma Sintering. Acta Astronauti-ca. 2014. V. 109. P. 172-176. DOI: 10.1016/j.actaastro.2014.11.008.

Tokita M. The potential of Spark Plasma Sintering (SPS) method for the fabrication on an industrial scale of function-ally graded materials. Advan. Sci. Technol. 2010. V. 63. P. 322-331. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AST.63.322.

Panov V.S. Nanostructured sintered WC-Co hard metals. Powder Metallurgy Metal Ceram. 2015. V. 53. P. 643-654. DOI: 10.1007/s11106-015-9670-2.

Zhanzhan Zhang, Yunbo Chen, Lingli Zuo, Yang Zhang, Yesi Qi, Kewei Gao. The effect of volume fraction of WC particles on wear behavior of in-situ WC/Fe compo-sites by spark plasma sintering. Internat. J. Refract. Metal. Hard Mater. 2017. V. 69. P. 196-208. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2017.08.009.

Chuvil'deev V.N., Blagoveshchenskiy Yu.V., Nokhrin A.V., Boldin M.S., Sakharov N.V., Isaeva N.V., Shotin S.V., Belkin O.A., Popov A.A., Smirnova E.S., Lantsev E.A. Spark plasma sintering of tungsten carbide nanopow-ders obtained through DC arc plasma synthesis. J. Alloys Compounds. 2017. V. 708. P. 547-561. DOI: 10.1016/j.jallcom.2017.03.035.

Hwan-Cheol Kim, In-Jin Shon, J.E. Garay, Munir Z.A. Consolidation and properties of binderless sub-micron tung-sten carbide by field-activated sintering. Internat. J. Refract. Metal. Hard Mater. 2004. V. 22. P. 257-264. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2004.08.003.

Shi-Kuan Sun, Yan-Mei Kan, Guo-Jun Zhang. Fabrica-tion of nanosized tungsten carbide ceramics by reactive Spark Plasma Sintering. J. Am. Ceram. Soc. 2011. V. 94. P. 3230-3233. DOI: 10.1111/j.1551-2916.2011.04813.x.

Akihiro Nino, Kensuke Takahashi, Shigeaki Sugiyama, Hitoshi Taimatsu. Effects of carbon addition on microstruc-tures and mechanical properties of binderless tungsten car-bide. Mater. Transact. 2012. V. 53. P. 1475-1480. DOI: 10.2320/matertrans.M2012148.

Как цитировать
Zharchenkova, M. I., Perfilov, S. A., & Blank, V. D. (1). ВЛИЯНИЕ УГЛЕРОДА НА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ ВОЛЬФРАМА С МАРТЕНСИТНО-СТАРЕЮЩЕЙ СВЯЗКОЙ. ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ. СЕРИЯ «ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ», 61(11). https://doi.org/10.6060/ivkkt.20186111.6y
Раздел
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ неорг. и органических веществ, теоретические основы