Износостойкость и прочность карбидов вольфрама WC– W2C, полученных различными способами
Приведены результаты исследований износостойкости и прочности частиц плавленых карбидов вольфрама WC–W2C, полученных различными способами: механическим дроблением слитков, термоцентробежным распылением и сфероидизацией порошков с использованием индукционно-плазменной технологии....
Збережено в:
| Дата: | 2010 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2010
|
| Назва видання: | Автоматическая сварка |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102973 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Износостойкость и прочность карбидов вольфрама WC– W2C, полученных различными способами / А.И. Белый // Автоматическая сварка. — 2010. — № 12 (692). — С. 20-23. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-102973 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1029732016-06-14T03:03:19Z Износостойкость и прочность карбидов вольфрама WC– W2C, полученных различными способами Белый, А.И. Научно-технический раздел Приведены результаты исследований износостойкости и прочности частиц плавленых карбидов вольфрама WC–W2C, полученных различными способами: механическим дроблением слитков, термоцентробежным распылением и сфероидизацией порошков с использованием индукционно-плазменной технологии. Investigation results are given on wear resistance and strength of fused tungsten carbide particles WC–W2C produced by different methods: mechanical crushing of ingots, centrifugal thermal spraying and spheriodization of powders by using the induction plasma technology. 2010 Article Износостойкость и прочность карбидов вольфрама WC– W2C, полученных различными способами / А.И. Белый // Автоматическая сварка. — 2010. — № 12 (692). — С. 20-23. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 0005-111X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102973 621.791.92.04-419 ru Автоматическая сварка Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Научно-технический раздел Научно-технический раздел |
| spellingShingle |
Научно-технический раздел Научно-технический раздел Белый, А.И. Износостойкость и прочность карбидов вольфрама WC– W2C, полученных различными способами Автоматическая сварка |
| description |
Приведены результаты исследований износостойкости и прочности частиц плавленых карбидов вольфрама WC–W2C,
полученных различными способами: механическим дроблением слитков, термоцентробежным распылением и
сфероидизацией порошков с использованием индукционно-плазменной технологии. |
| format |
Article |
| author |
Белый, А.И. |
| author_facet |
Белый, А.И. |
| author_sort |
Белый, А.И. |
| title |
Износостойкость и прочность карбидов вольфрама WC– W2C, полученных различными способами |
| title_short |
Износостойкость и прочность карбидов вольфрама WC– W2C, полученных различными способами |
| title_full |
Износостойкость и прочность карбидов вольфрама WC– W2C, полученных различными способами |
| title_fullStr |
Износостойкость и прочность карбидов вольфрама WC– W2C, полученных различными способами |
| title_full_unstemmed |
Износостойкость и прочность карбидов вольфрама WC– W2C, полученных различными способами |
| title_sort |
износостойкость и прочность карбидов вольфрама wc– w2c, полученных различными способами |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| publishDate |
2010 |
| topic_facet |
Научно-технический раздел |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102973 |
| citation_txt |
Износостойкость и прочность карбидов вольфрама WC–
W2C, полученных различными способами / А.И. Белый // Автоматическая сварка. — 2010. — № 12 (692). — С. 20-23. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| series |
Автоматическая сварка |
| work_keys_str_mv |
AT belyjai iznosostojkostʹipročnostʹkarbidovvolʹframawcw2cpolučennyhrazličnymisposobami |
| first_indexed |
2025-07-07T13:08:03Z |
| last_indexed |
2025-07-07T13:08:03Z |
| _version_ |
1836993671233273856 |
| fulltext |
УДК 621.791.92.04-419
ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ И ПРОЧНОСТЬ КАРБИДОВ ВОЛЬФРАМА
WC–W2C, ПОЛУЧЕННЫХ РАЗЛИЧНЫМИ СПОСОБАМИ
А. И. БЕЛЫЙ, канд. техн. наук (Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины)
Приведены результаты исследований износостойкости и прочности частиц плавленых карбидов вольфрама WC–W2C,
полученных различными способами: механическим дроблением слитков, термоцентробежным распылением и
сфероидизацией порошков с использованием индукционно-плазменной технологии.
К л ю ч е в ы е с л о в а : наплавка, наплавочные материалы,
карбиды вольфрама (релит), термоцентробежное распыле-
ние, прочность, износостойкость, наплавочные компози-
ционные сплавы
Наплавочные композиционные сплавы, состоя-
щие из армирующих частиц (плавленых карбидов
вольфрама) и матрицы, отличаются наивысшей
износостойкостью в условиях абразивного, газо-
абразивного и некоторых других видов износа.
Характерной особенностью процесса износа таких
сплавов является поэтапный износ отдельных
компонентов композиции. При этом наблюдается
так называемый теневой эффект, когда более из-
носостойкие армирующие частицы берут на себя
основную нагрузку от разрушающих сил, предох-
раняя матрицу сплава от износа.
Таким образом, при равной износостойкости
матрицы работоспособность композиционных
сплавов определяется их химическим составом,
концентрацией, износостойкостью и прочностью
армирующих частиц. В данной работе приведены
результаты исследований износостойкости и
прочности частиц плавленых карбидов вольфрама
WC–W2C, полученных различными способами —
механическим дроблением слитков, термоцентро-
бежным распылением слитков, сфероидизацией
порошков с использованием индукционно-плаз-
менной технологии и др. [1–4].
Известно, что концентрация армирующих час-
тиц в композиционном сплаве определяется их
формой. Оптимальной является сферическая фор-
ма частиц, которая обеспечивает максимальную
концентрацию износостойкой фазы, хорошую их
сыпучесть и, как следствие, стабильную работу
дозирующих устройств наплавочных установок
[5, 6]. На рис. 1 приведены данные о насыпной
плотности, а на рис. 2 — о сыпучести плавленых
карбидов вольфрама (релита) со сферической и
остроугольной формой частиц, полученных по об-
щепринятой методике [6], которые свидетельству-
ют о преимуществе сферической формы частиц,
особенно в плане их сыпучести. Дробленые час-
тицы карбидов вольфрама через воронку диамет-
ром 2,5 мм вообще не просыпаются.
Сделанный вывод также подтверждается за-
мерами коэффициента заполнения Kз ленточного
релита в зависимости от фракционного состава
и формы армирующих частиц (рис. 3). Макси-
мальное значение коэффициента заполнения име-
ет присадочный материал на основе сферических
частиц релита размером 0,28…0,45 мм, минималь-
ное — на основе дробленых частиц карбидов раз-
мером 0,63…0,90 мм, что обусловлено их соот-
ветствующей формой. Опыты проводили при сво-
бодной засыпке армирующих частиц с помощью
ленточного дозатора в желобок, сформированный
холоднокатаной лентой толщиной 0,3 мм и ши-
риной 18 мм [7].
© А. И. Белый, 2010
Рис. 1. Насыпная плотность γнас сферических (1) и дробленых
(2) частиц карбидов вольфрама различных размеров d
Рис. 2. Сыпучесть Q сферических d = 5,0 (1) и 2,5 мм (3) и
дробленых d = 5,0 мм (2) частиц карбидов вольфрама
20 12/2010
Таким образом, сферическая форма армирую-
щих частиц композиционных сплавов является на-
иболее оптимальной для получения требуемой
концентрации износостойкой фазы в наплавочном
материале и износостойком слое, а также стабиль-
ной работы наплавочного технологического обо-
рудования.
Частицы плавленых карбидов вольфрама как
дробленой, так и сферической формы имеют при-
мерно одинаковый химический состав, а следова-
тельно, их износостойкость будет зависеть от проч-
ности и структуры. Необходимо отметить, что про-
цесс термоцентробежного распыления вследствие
повышенной скорости охлаждения сферических
частиц положительно влияет на формирование
структуры плавленых карбидов вольфрама [8].
Абразивную износостойкость композицион-
ных сплавов исследовали на машине НК-М [9,
10]. Абразивом служил кварцевый песок грану-
ляции 0,05…0,50 мм. В качестве образцов исполь-
зовали цилиндры диаметром 10 мм, которые из-
готавливали следующим образом. В графитовую
форму диаметром 10 мм свободно засыпали ар-
мирующие дробленые или сферические частицы
карбидов вольфрама, полученные различными
способами (марки СФ-1, СФ-2, СФ-3 — сферо-
идизацией оплавлением порошка в различных ми-
ровых фирмах; марка ИЭС — термоцентробеж-
ным распылением в ИЭС им. Е. О. Патона). Свер-
ху на частицы укладывали порцию матричного
сплава из медно-никель-марганцевого мельхиора
МНМц 60-20-20. Форму закрывали графитовой
крышкой и интенсивно нагревали плазменной ду-
гой, при этом матричный сплав пропитывал ар-
мирующие частицы. После остывания форму ме-
ханически обрабатывали по диаметру и высоте.
Каждый из пяти образцов имел следующие раз-
меры частиц релита, мкм: менее 180; 180…250;
250…450; 450…630; 630…900. Износ образцов
оценивали по потере их массы. Удельная нагрузка
на образец составляла 0,5 Па, скорость трения
0,58 м/с, путь трения L = 3,5⋅103 м.
Исследованиями установлена зависимость из-
носостойкости композиционного сплава с арми-
рующими дроблеными (рис. 4) и сферическими
частицами (рис. 5 и 6), полученными различными
способами, от пути трения. Представленные дан-
ные свидетельствуют о том, что износостойкость
композиционного сплава со сферическими части-
цами одинакового гранулометрического состава
больше, чем у дробленого релита в три и более
раз (рис. 4 и 5).
В композиционных сплавах с армирующими
сферическими частицами, полученными различ-
ными способами, наименьший износ отмечен у
сплава с армирующими сферическими частицами
карбидов вольфрама, полученными термоцентро-
бежным распылением (рис. 6).
Установлено также, что в начальный период ис-
пытаний идет приработка изнашиваемой поверх-
ности образцов, которая у композиционного сплава
со сферическими частицами происходит на пути
трения по абразиву L ≈ 1⋅103 м, а композиционного
сплава с дроблеными частицами при L ≈ 2⋅103 м.
Это можно объяснить неправильной формой и
Рис. 3. Зависимость коэффициента заполнения Kз ленточного
релита от фракционного состава и формы армирующих час-
тиц сферической (1) и дробленой (2)
Рис. 4. Зависимость износостойкости W композиционного
сплава с армирующими дроблеными частицами плавленых
карбидов вольфрама различного гранулометрического сост-
ава от пути трения L: 1 — d < 180; 2 — 180...250; 3 —
250...450; 4 — 450...630; 5 — 630...900 мм
Рис. 5. Зависимость износостойкости W композиционного
сплава с армирующими сферическими частицами плавленых
карбидов вольфрама различного гранулометрического сост-
ава, полученных термоцентробежным распылением, от пути
трения L: 1–5 — см. рис. 4
12/2010 21
прочностью частиц дробленого релита, у которых
их износ, разрушение и выкрашивание острых уг-
лов происходит в больший период приработки об-
разцов.
Характерной особенностью процесса износа
композиционных сплавов является стабилизация
износа образцов после приработки. При этом из-
нос образцов с дроблеными частицами релита
менее стабилен. Определено, что износостойкость
композиционных сплавов уменьшается с увели-
чением размера частиц (рис. 7), что, по-видимому,
подтверждает наличие теневого эффекта.
Как указывалось выше, процесс термоцентро-
бежного распыления повышает однородность
структуры частиц плавленых карбидов вольфра-
ма, что положительно сказывается на их проч-
ности. Усилие, необходимое для их разрушения,
определяли на специальном устройстве. Частицы
помещали между двумя шлифовальными пластин-
ками и статически нагружали. Испытаниям под-
вергали 40 частиц каждой фракции (d < 180;
180…250; 250…450; 450…630; 630…900 мкм).
Для дробленых зерен фракции менее 180 мкм про-
вести измерения прочности не удалось в связи
с их малым размером и сложностью определения
нагрузки.
На рис. 8 и 9 показано распределение прочности
дробленых и сферических частиц релита разного
гранулометрического состава, полученного термо-
центробежным распылением. Сравнивали также
прочность сферических частиц релита размером d <
< 180 мкм, полученного различными способами
(рис. 10). Как видно из рисунка, самой высокой
прочностью отличаются сферические частицы мар-
ки ИЭС, полученные в ИЭС им. Е. О. Патона спо-
собом термоцентробежного распыления.
Рис. 7. Зависимость износостойкости W плавленых карбидов
вольфрама от размера d армирующих дробленых (1) и сфери-
ческих (2) частиц при L = 2⋅103 м
Рис. 8. Прочность ϕ частиц дробленого релита различного
гранулометрического состава (ϕ — частота повторения; P —
нагрузка): 1 — d = 180...250; 2 — 250...450; 3 — 450...630; 4 —
630...900 мкм
Рис. 9. Прочность ϕ сферических частиц релита различного
гранулометрического состава, полученного термоцентробеж-
ным распылением: 1 — d < 180; 2 — 180...250; 3 — 250...450;
4 — 450...630; 5 — 630...900 мкм
Рис. 6. Зависимость износостойкости W композиционного
сплава с армирующими сферическими частицами плавленых
карбидов вольфрама, полученных сфероидизацией оплавле-
нием (1 — СФ-1; 2 — СФ-2; 3 — СФ-3) и термоцентробеж-
ным распылением (4 — ИЭС), от пути трения
Рис. 10. Прочность ϕ сферических частиц релита, получен-
ных сфероидизацией оплавлением (1 — СФ-1; 2 — СФ-2; 3
— СФ-3) и термоцентробежным распылением (4 — ИЭС)
22 12/2010
Выводы
1. Сферическая форма армирующих частиц ком-
позиционных сплавов является оптимальной для
достижения высокой концентрации износостой-
кой фазы в наплавочных материалах и износос-
тойком слое, а также обеспечения стабильной ра-
боты технологического наплавочного оборудо-
вания.
2. Результатами исследований абразивной из-
носостойкости композиционного сплава медно-
никель-марганцевый мельхиор МНМц 60-20-20 +
+ релит, полученного различными способами, ус-
тановлено, что наименьший износ наблюдался у
сплава со сферическими частицами карбида воль-
фрама марки ИЭС, полученными термоцентро-
бежным распылением слитков по технологии
ИЭС им. Е. О. Патона. При этом увеличение раз-
меров армирующих частиц повышает износостой-
кость композиционного сплава.
3. Исследования прочности частиц карбида
вольфрама, полученных различными способами,
показали, что наибольшую прочность имеют час-
тицы, полученные термоцентробежным распы-
лением в ИЭС им. Е. О. Патона.
1. Состояние и перспективы развития производства релита
для наплавки буровых долот / В. В. Паренчук, А. И. Бе-
лый, А. П. Жудра, В. И. Дзыкович // Цвет. металлы. —
2001. — № 1. — С. 92–93.
2. Меерсон Г. А., Зеликман А. Н. Металлургия редких ме-
таллов. — М.: Металлургия, 1973. — 608 с.
3. Dignard N. M., Boulos M. I. Ceramic and metallic powder
spheroidization using induction plasma technology // Materi-
als of the united thermal spray conf., 15–19 Sept., 1997, In-
dianapolis. — Indianapolis: CRTP, 1997. — P. 29–31.
4. Pawlovski L. The science and engineering of hermal spray
coatings. — Chichester: John Wiley & Sons Ltd., 1995.
5. Гладкий П. В. Исследование и разработка технологии
плазменно-порошковой наплавки: Дис. … канд. техн.
наук. — Киев, 1972. — 233 с.
6. Федорченко И. М., Андриевский Р. А. Основы порошко-
вой металлургии. — Киев: Изд-во АН УССР, 1963. —
420 с.
7. Жудра А. П. Исследование и разработка материалов для
наплавки композиционных сплавов, стойких в условиях
интенсивного абразивного износа: Дис. … канд. техн.
наук. — Киев, 1980. — 210 с.
8. Сферический релит. Способ получения и свойства /
Ю. А. Юзвенко, Е. И. Фрумин, М. А. Пащенко и др. //
Порош. металлургия. — 1975. — № 7. — С. 1–5.
9. Юзвенко Ю. А. Исследование и разработка материалов и
технологии механизированной наплавки открытой ду-
гой: Дис. … д-ра техн. наук. — Киев, 1978. — 507 с.
10. Юзвенко Ю. А., Жудра А. П., Фрумин Е. И. Абразивный
износ композиционных сплавов // Автомат. сварка. —
1973. — № 7. — С. 62–63.
Investigation results are given on wear resistance and strength of fused tungsten carbide particles WC–W2C produced
by different methods: mechanical crushing of ingots, centrifugal thermal spraying and spheriodization of powders by
using the induction plasma technology.
Поступила в редакцию 04.06.2010
12/2010 23
|