РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ ПОВЕРХНОСТНОГО УПРОЧНЕНИЯ ТВЕРДОГО СПЛАВА ВК10КС

Представлены результаты исследований твердого сплава ВК10КС после различных поверхностных обработок (используя концентрированные потоки энергии). Ионно-плазменное покрытие TiN + ZrN из раздельных катодов титана и циркония наносили с помощью установки Квант-6. Катод из сплава циркония располагался в камере между двумя катодами из сплава титана. Металлографически после нанесения ионно-плазменного покрытия состава TiN + ZrN выявлен плохо травящийся слой толщиной 15 мкм, состоящий из микрослоев. Обнаруженные на дифрактограммах две фазы (TiN и ZrN) в покрытии подтверждает микрослоистость его структуры, которая будет способствовать повышению адгезии самого покрытия с твердосплавной основой. Граница между микрослоями покрытия будет тормозить рост трещины. Установлено, что введение в состав покрытия соединения TiN циркония приводит к увеличению нанотвердости на 23 % (до 39 ГПа). Электроискровую обработку проводили на установке UR – 121. Она состоит из эрозии упрочняющего электрода при искровом разряде. При этом происходит перенос продуктов эрозии на деталь. В качестве электрода применялся твердый сплав ВК6-ОМ. Рентгенофазовым анализом выявлено наличие на поверхности твердого сплава ВК10КС вновь образующейся фазы с высокой твердостью (карбид дивольфрама W₂C), у которого твердость больше, чем у карбида вольфрама WC. Наноиндентирование сплава ВК10КС после электроискровой обработки показало повышение поверхностной твердости до 22 ГПа. Методом электровзрывного легирования (ЭВЛ) титаном и бором на твердом сплаве ВК10КС получен упрочненный поверхностный слой, состоящий из диборида титана TiB₂, карбидов TiC, W₂С с нанотвердостью 28 ГПа. 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 вглубь материала.

1. Табаков В.П. Формирование износо-стойких ионно-плазменных покрытий режущего инструмента. Москва: Машиностроение, 2008. 311 с.

2. 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. Р. 146–154.

3. Liu Y., Vid Q., Li Y. Synthesis and tribological of electroless Ni – P – WC nanocomposite coatings // Surface and Coatings Technology. 2007. Vol. 201. No. 16-17. P. 7246–7251.

4. Veprek S., Veprek-Hejman М., Kavrankova Р. etc. Different approaches to superhard coatings and nanocomposition // Thin Solid Films. 2005. Vol. 476. P. 1–29.

5. Shourong L., Jianmin Н., Lianging С. etc. Mechanism of hard-facing alloy‘s WC – Co boronizing with rare-earth metals // Xiyou jinshu cailiao ya gongcheng. Rare Metal. Mater. and Eng. 2003. Vol. 32. No. 4. P. 305–308.

6. 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. 922–929.

7. Сизов С.В., Табаков В.П. Моделирование воздействия импульсной лазерной обработки на композицию «твер-досплавная основа − износостойкое покрытие» // Вестник машиностроения. 2019. № 6. С. 80−84.

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

9. Пинахин И.А., Черниговский В.А., Браци-хин А.А., Ягмуров М.А., Сугаров Х.Р. Ис-следование физико-механических свойств твердых сплавов ВК6, ВК8 и Т5К10, про-шедших объемное импульсное лазерное упрочнение // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2017. Т. 83. № 3. С. 37−40.

10. 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.

11. 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.

12. Табаков В.П., Худобин Л.B. Повышение работоспособности твердосплавного инструмента 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.

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

14. Волхонский А.О., Блинков И.В., Аникин В.Н., Белов Д.С., Сергевнин B.C. Упрочнение твердосплавного лезвийного инструмента, используемого для резания труднообрабатываемых титановых сплавов и хромоникелевых сталей, многослойными наноструктурными покрытиями // Известия вузов. Цветная металлургия. 2015. № 5. С. 64−73.

15. Осколкова Т.Н., Симачев А.С. Исследование структуры и свойств твердого сплава ВК10КС после электроискровой обработки // МиТОМ. 2022. № 6 (804). С. 36−39.