Остання редакція: 2017-07-13
Тези доповіді
В настоящее время широко используются для изготовления материалов и изделий из них многофункционального назначения с участием тугоплавких соединений, прежде всего карбидов переходных металлов ІУа-УІа подгрупп таблицы Д.И. Менделеева и их сплавов (ТТС). Известно, что их свойства и материалов с их участием во многом зависят от метода получения карбидов. Особенно высокие эксплуатационные характеристики изделий инструментального назначения достигаются при использовании в качестве исходных материалов для их изготовления порошков или гранул плавленых тугоплавких соединений [1,2]. В с вязи с этим исследование влияния условий получения на состав и свойства плавленых карбидов представляет интерес с точки зрения получения материалов с наперед заданными свойствами, а также получения фундаментальных данных об их поведении при температурах плавления и природе их свойств.
Как следует из имеющихся данных [3], карбиды при высоких температурах и, особенно при температурах плавления, разлагаются с преимущественным испарением того или иного компонента. При этом степень разложения и испарения составляющих зависит от условий получения. При получении плавленых карбидов плавлением с помощью расходуемого электрода в дуговой печи под давлением защитного газа [2] это могут быть плотность тока дуги, давление газа, скорость охлаждения расплава.
В настоящей работе исследовалось влияние скорости охлаждения распла-ва в кристаллизаторе после плавки. Охлаждение проводили со скоростью 20,70, 200, 600 и 1000 град/мин. Плавку проводили в установке описанной в работе [2] при плотности тока дуги 120 А/см2 и давлении аргона в рабочей камере 4,0 МПа.
Исследовалась структура полученных карбидов, их состав, микротвердо-сть и прочность зерен на раздавливание. Установлено, что структура карбида изменяется в зависимости от скорости охлаждения (рис. 1). С увеличением ско-рости охлаждения значительно уменьшается размер зерен. При этом в карбидах охлажденных со скоростью 600 и 1000 град/мин. присутствует вторая фазовая составляющая, которая может быть идентифицирована как свободный углерод, количество которого увеличивается с увеличением скорости охлаждения. Пос-леднее подтверждается результатами определения химического состава кар-бидов (табл. 1).
а – 40; б – 200; в – 600; г – 1000
Рисунок 1 – Микроструктура плавленого карбида титана охлажденного с различной скоростью (град/мин) (х 360)
Таблица 1– Состав и свойства плавленого карбида титана
Карбид
Скорость охлаждения,
град/мин
Содержание углерода, %
Микротвер-дость, ГПа
Прочность зерен х10-2, Н/зерно
Связанный
Свободный
TiC
40
19,7
0,19
30,15±100
435
TiC
70
19,5
0,22
31,20±130
405
TiC
200
18,4
0,94
33,06±150
410
TiC
600
18,1
1,85
36,13±100
432
TiC
1000
17,2
3,17
31,21±150
320
Эти данные подтверждают предположение о том, что при плавке карбидов переходных металлов ІУа подгруппы происходит их диссоциация с преимущественным испарением углерода. Последний при наличии давления газа в рабочей камере не испаряется, а остается в расплаве и в дальнейшем при медленном охлаждении взаимодействует с ним с получением карбида по составу близкому к исходному [2].
Из таблицы также видно, что с увеличением скорости охлаждения расплава уменьшается количество связанного углерода. Эти данные вступают в противоречие с результатами измерения микротвердости полученных карбидов. Ведь известно, что с уменьшением содержания связанного углерода в карбиде титана его микротвердость уменьшается [2,4]. Это противоречие в нашем случае может быть объяснено тем, что, как показали результаты рентгеноструктурного анализа, с увеличением скорости охлаждения увеличиваются внутренние напряжения в карбиде, которые способствуют увеличению микротвердости. Конкуренция влияния этих факторов приводит к экстремальной ее зависимости от скорости охлаждения. При увеличении скорости охлаждения от 40 до 600 град/мин. превалирующее влияние на величину микротвердости оказывает влияние увеличение внутренних напряжений в карбиде, а при скорости охлаждения 1000 град/мин. – уменьшение связанного углерода.
Таким образом, полученные в работе результаты позволяют сделать вывод, что изменяя условия получения плавленых карбидов можно регулировать их состав и структуру и, тем самым, получать их с заранее заданными свойствами.
Посилання
Литература
1. Полищук В.С. Интенсификация процесов получения карбидов, нитридов и композиционных материалов на их основе. – Севастополь: Вебер, 2003. – 327 с.
2.Степанчук А. Н. Прочностные и абразивные свойства плавленых тугоплавких соединений и инструментальных материалов на их основе //Современные спеченные твердые сплавы. Сб. научных трудов – К.: ИСМ им. В.Н. Бакуля НАН Украины, 2008. – 344 с. (С. 269–280 ).
3. Куликов И.С. Термодинамическая диссоциация соединений. – М.: Металлургия, 1969. – 576 с.
4. Самсонов Г. В., Упадхая Г. Ш., Нешпор В. С. Физическое материаловедение карбидов. – К.: Наукова думка, 1974. – 455 с.