ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ПОВЕРХНОСТИ ТВЕРДОГО СПЛАВА ВК10КС ПОСЛЕ ДВУХКОМПОНЕНТНОЙ ЭЛЕКТРОВЗРЫВНОЙ ОБРАБОТКИ С СИНТЕТИЧЕСКИМИ АЛМАЗАМИ

Представлены результаты исследований твердого сплава ВК10КС после двухкомпонентного электровзрывного легирования (ЭВЛ) с синтетическими алмазами. В качестве взрываемого проводника был использован алюминий. Выбор алюминия основывается на экспериментальных данных ряда исследователей, которые отмечают, что для увеличения прочностных свойств твердых сплавов при повышенных температурах необходимо, чтобы в кобальтовой связке присутствовали частицы ультрадисперсного α-Al₂O₃ с размером в сотые доли микрона. Добавка алюминия в связку значительно повышает твердость, износостойкость и прочность при изгибе. Суть ЭВЛ заключается в накоплении энергии батареей импульсных конденсаторов до 10 кДж и ее последующем разряде в течение 100 мкс через проводник, который испытывает взрывное разрушение. При этом происходит нагрев обрабатываемой поверхности и насыщение ее продуктами взрыва с последующей самозакалкой из-за отвода тепла в окружающую среду и в глубь материала. Для увеличения эффекта упрочнения в область взрыва дополнительно была внесена порошковая навеска синтетического алмазного порошка АС2 массой 60 мг. Экспериментально выявлено, что легирование поверхности твердого сплава ВК10КС продуктами электровзрыва алюминия с навеской алмазного порошка не привело к образованию упрочненного слоя алмазного типа. В процессе обработки алмазный порошок трансформировался в графит. Несмотря на то, что алмазный слой не образовался, произошло поверхностное упрочнение твердого сплава ВК10КС после электровзрыва алмазного порошка с алюминием в качестве проводника. Толщина упрочненного поверхностного слоя составляет около 15 мкм с нанотвердостью 24000 МПа (в 2 раза выше по сравнению с исходным состоянием). Повышение твердости связано с измельчением фаз в поверхностном слое и формированием карбида типа W₂C и α-Al₂O₃. Шероховатость поверхности обработанных твердосплавных пластин не превышает значений, соответствующих техническим требованиям. 

1. Tabakov V.P., Chikhranov A.V. Selecting the composition of wear resistant coatings // Russian Engineering Research. 2018. Vol. 38. No. 2. P. 105−109.

2. Zhang F.G., Zhu Х.Р., Lei М.К. Surface characterization and tribological properties of WC – Ni cemented carbide irradiated by high intensity pulsed electron beam // Vacuum. 2017. Vol. 137. P. 119−124.

3. Богодухов С.И., Козик Е.С., Свиденко Е.В. Исследование влияния температурных полей нагрева при непрерывной лазерной обработке на эксплуатационные свойства пластин твердого сплава Т15К6 // Известия вузов. Порошковая металлургия и функцио-нальные покрытия. 2018. № 2. С. 76−84.

4. Пинахин И.А., Черниговский В.А., Браци-хин А.А., Ягмуров М.А., Сугаров Х.Р. Исследование физико-механических свойств твердых сплавов ВК6, ВК8 и Т5К10, прошедших объемное импульсное лазерное упрочнение // За-водская лаборатория. Диагностика материалов. 2017. Т. 83. № 3. С. 37−40.

5. Верещака А.А., Табаков В.П. Иссле-дование влияния архитектуры многослойного покрытия на работоспособность твердосплавного инструмента // Упрочняющие технологии и покрытия. 2019. Т. 15. № 9 (177). С. 427−429.

6. Табаков В.П., Худобин JI.B. Повышение работоспособности твердосплавного ин-струмента путем направленного выбора механических свойств слоев многослойного покрытия с учетом функциональных параметров процесса резания // Упрочняющие технологии и покрытия. 2018. Т. 14. № 9 (165). С. 414−418.

7. Козаков А.Т., Яресько С.И., Сидашов А.В. Модификация и анализ поверхности сталей и сплавов. Ростов-на-Дону: изд. Ростовского государственного университета путей сообщений, 2015. 378 с.

8. Oskolkova T.N., Glezer A.M., Simachev A.S. Surface hardening of carbide tools based on tungsten carbide by concentrated energy flows // Steel in Translаtion. 2021. Vol. 51. No. 12. P. 853–858. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2021-12-870-876

9. Осколкова Т.Н., Симачев А.С., Яресько С.И. Влияние импульсно-плазменного модифицирования титаном и карбидом кремния поверхности твердого сплава ВК10КС на его структуру и свойства // Известия вузов. Черная металлургия. 2020. Т. 63. № 11-12. С. 922–928. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2020-11-12-922-928

10. Oskolkova T.N., Simachev A.S. Influence of pulse-plasma modification of vk10ks solid alloy surface by titanium and boron on its structure and properties // Steel in Translation. 2020. Vol. 63. No. 5. P. 351–356. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2020-5-351-356

11. Oskolkova T.N., Glezer A.M. Wear-Resistant Coatings on WC – Co Hard Alloys Synthesized by Concentrated Energy Flows // Inorganic Materials: Applied Research. 2019. Vol. 10. No. 1. P. 146–154.

12. Пат. 2138396 РФ. Подложка с алмазным покрытием / Кулландер Грегор, Рейнер Ингрид, Брэндруп-Уогнсен Хелен; Сандвик А.Б; заявл. 08.07.1994; опубл. 27.09.1999.

13. Пат. 96114978 РФ. Инструмент с ал-мазным покрытием и способ его изготовления / Джордж П. Грэб, Вильям М. Мелэго, Эдвард Дж. Олес и др.; заявл. 30.06.1996; опубл.10.09.1998.

14. Пат. 2167262 РФ. Наплавка твердым сплавом с покрытыми алмазными частицами (варианты), присадочный пруток для наплавки твердым сплавом, способ наплавки твердым сплавом (варианты), коническое шарошечное долото для вращательного бурения (варианты), коническая шарошка / Ленгфорд Джеймс В. Мл., Дельвиче Роберт; заявл. 29.07.1996; опубл. 20.05.2001.

15. Пат. 6358624 США. Инструмент из поликристаллического алмаза / Yoshida Katsuhito, Shiraishi Junichi, Nakai Tetsuo Sumitomo; заявл. 16.05.2000; опубл. 19.03.2002.

16. Панов В.С., Чувилин А.М., Фальковский В.А. Технология и свойства спеченных твердых сплавов и изделий из них. Москва: МИСиС. 2004. 464 c.

17. Чапорова И.Н., Чернявский К.С. Структура спеченных твердых сплавов. Москва: Металлургия. 1975. 248 c.

18. Поляков В.П., Ножкина А.В., Чириков Н.В. Алмазы и сверхтвердые материалы. Москва: Металлургия. 1990. 327 с.

19. Физические основы электровзрывного ле-гирования металлов и сплавов / А.Я. Ба-гаутдинов, Е.А. Будовских, Ю.Ф. Иванов и др. Новокузнецк: изд. СибГИУ. 2007. 301 с.

20. Самсонов Г.В., Винницкий И.М. Тугоплавкие соединения. Москва: Металлургия, 1976. 560 с.