Температуры окисления инструментальных вольфрамокобальтовых твердых сплавов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. Изделия, содержащие вольфрамокобальтовые твердые сплавы, широко используются в различных отраслях промышленности. Зачастую они работают при повышенной температуре, при которой, как отмечается в литературных источниках, наблюдается подверженность твердых сплавов сильному окислению в воздушной среде. Однако нет достаточно точных значений температур окисления, а также не установлены зависимости этих температур и скорости окисления твердых сплавов от концентрации кобальта при широком ее варьировании. Предметом исследования является процесс окисления вольфрамокобальтовых твердых сплавов. Цель работы – получение значений температур окисления вольфрамокобальтовых твердых сплавов с различным содержанием кобальтовой фазы по массе в диапазоне 3–20 %. Методы. Исследование динамики роста оксидных образований проводилось в воздушной среде. Образцы одинаковой длины нагревались до температуры 850 °С и охлаждались с одинаковой скоростью в печи дилатометра Netzsch 402 PC с толкателем при одновременной регистрации их абсолютного удлинения. Скорость окисления образца определялась косвенно по разнице его длины до нагрева и после остывания. Значения температур окисления определялись путем математического анализа графиков зависимости абсолютного удлинения образцов от температуры. Результаты и обсуждение. Получены экспериментальные зависимости абсолютного удлинения образцов вольфрамокобальтовых твердых сплавов от температуры в диапазоне от 20 до 850 °С, а для сплава с 8 % кобальта – до 1150 °С. Установлено, что скорость окисления вольфрамокобальтовых твердых сплавов линейно возрастает с увеличением концентрации карбидов вольфрама (уменьшается с увеличением концентрации кобальта). При нагреве выявлены две характерные температуры: начала окисления (631 ± 4 °С) и перехода к активному окислению (804 ± 11 °С). Установленные температуры одинаковы для различных соотношений концентраций карбидов вольфрама и кобальта. Применение. Результаты могут быть использованы при выборе температурных режимов работы изделий, изготовленных из вольфрамокобальтовых твердых сплавов.

Об авторах

И. А. Ефимович

Email: egor_kosin@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-9060-4988
канд. техн. наук, доцент, Тюменский индустриальный университет, ул. Володарского, 38, г. Тюмень, 625000, Россия, egor_kosin@mail.ru

И. С. Золотухин

Email: zolotuhinis@tyuiu.ru
ORCID iD: 0000-0002-1517-9117
Тюменский индустриальный университет, ул. Володарского, 38, г. Тюмень, 625000, Россия, zolotuhinis@tyuiu.ru

Список литературы

  1. Basu S.N., Sarin V.K. Oxidation behavior of WC-Co // Materials Science and Engineering. ? 1996. ? Vol. 209 (1–2). ? P. 206–212. ? doi: 10.1016/0921-5093(95)10145-4.
  2. Hidnert P. Thermal expansion of cemented tungsten carbide // Journal of Research of the National Bureau of Standards. – 1936. ? Vol. 18. ? P. 47–52. – URL: https://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/jres/18/jresv18n1p47_A1b.pdf (accessed: 04.04.2024).
  3. Температурное окисление вольфрамокобальтовых твердых сплавов / А.Д. Верхотуров, П.С. Гордиенко, Л.А. Коневцов, Е.С. Панин, Н.М. Потапова // Перспективные материалы. – 2008. – № 2. – С. 68–75.
  4. The selective oxidation behaviour of WC-Co cemented carbides during the early oxidation stage / L. Chen, D. Yi, B. Wang, H. Liu, C. Wu, X. Huang, H. Li, Y. Gao // Corrosion Science. ? 2015. ? Vol. 94. ? P. 1–5. ? doi: 10.1016/j.corsci.2015.02.033.
  5. Non-isothermal oxidation kinetics of WC-6Co cemented carbides in air / L. Chen, B. Wang, D. Yi, H. Liu // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. – 2013. ? Vol. 40. ? P. 19–23. ? doi: 10.1016/j.ijrmhm.2013.02.003.
  6. Liu S. Oxidation behavior of WC-Co cemented carbide in elevated temperature // Materials Research Express. ? 2018. ? Vol. 5 (9). ? doi: 10.1088/2053-1591/aad535.
  7. Oxidation of ultrafine-cemented carbide prepared from nanocrystalline WC-10Co composite powder / X. Shi, H. Yang, G. Shao, X. Duan, S. Wang // Ceramics International. ? 2008. ? Vol. 34. ? P. 2043–2049. ? doi: 10.1016/j.ceramint.2007.07.029.
  8. Thermal oxidation behavior of WC-Co hard metal machining tool tip scraps / W.-H. Gu, Y.S. Jeong, K. Kim, J.-C. Kim, S.-H. Son, S. Kim // Journal of Materials Processing Technology. ? 2012. ? Vol. 212. ? P. 1250–1256. ? doi: 10.1016/j.jmatprotec.2012.01.009.
  9. Lofaj F., Kaganovskii Y.S. Kinetics of WC-Co oxidation accompanied by swelling // Journal of Materials Science. ? 1995. ? Vol. 30. ? P. 1811–1817. ? doi: 10.1007/BF00351615.
  10. Bagnall C., Capo J., Moorhead W. Oxidation behavior of tungsten carbide-6% cobalt cemented carbide // Metallography, Microstructure, and Analysis. ? 2018. ? Vol. 7. ? P. 661–679. ? doi: 10.1007/s13632-018-0493-7.
  11. Oxidation behaviour of hard and binder phase modified WC-10Co cemented carbides / S.K. Bhaumik, R. Balasubramaniam, G.S. Upadhyaya, M.L. Vaidya // Journal of Materials Science Letters. ? 1992. ? Vol. 11. ? P. 1457–1459. ? doi: 10.1007/BF00729663.
  12. Oxidation-induced strength degradation of WC-Co hardmetals / B. Casas, X. Ramis, M. Anglada, J.M. Salla, L. Llanes // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. ? 2001. ? Vol. 19 (4–6). ? P. 303–309. ? doi: 10.1016/S0263-4368(01)00033-6.
  13. Study on the oxidation of WC-Co cemented carbide under different conditions / X. Wu, J. Shen, F. Jiang, H. Wu, L. Li // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. ? 2021. ? Vol. 94. ? doi: 10.1016/j.ijrmhm.2020.105381.
  14. Kinetics of isothermal oxidation of WC–20Co hot-pressed compacts in air / S.T. Aly, S.K. Amin, S.A. El Sherbiny, M.F. Abadir // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. ? 2014. ? Vol. 118. ? P. 1543–1549. ? doi: 10.1007/s10973-014-4044-4.
  15. Kinetics inversion in isothermal oxidation of uncoated WC-based carbides between 450 and 800°C / L. del Campo, R.B. Pérez-Sáez, L. González-Fernández, M.J. Tello // Corrosion Science. ? 2009. ? Vol. 51. ? P. 707–712. ? doi: 10.1016/j.corsci.2008.12.022.
  16. Mechanism of the early stages of oxidation of WC-Co cemented carbides / L. Chen, D. Yi, B. Wang, H. Liu, C. Wu // Corrosion Science. ? 2016. ? Vol. 103. ? P. 75–87. ? doi: 10.1016/j.corsci.2015.11.007.
  17. Oxidation kinetics of tungsten carbide-20cobalt composite using non-isothermal thermal analysis / S.T. Aly, K.H. Hamad, N.F.A. Abdel Salam, S.M.S. Abdel-Hamid // International Journal of Engineering Research & Technology. ? 2018. ? Vol. 7 (11). ? P. 140–144. ? doi: 10.17577/IJERTV7IS110065.
  18. Comparison of the oxidation behaviour of WC-Co and WC-Ni-Co-Cr cemented carbides / M. Aristizabal, J.M. Sanchez, N. Rodriguez, F. Ibarreta, R. Martinez // Corrosion Science. ? 2011. ? Vol. 53. ? P. 2754–2760. ? doi: 10.1016/J.CORSCI.2011.05.006.
  19. Oxidation of WC-Co, WC-Ni and WC-Co-Ni hard metals in the temperature range 500–800 °C / V.B. Voitovich, V.V. Sverdel, R.F. Voitovich, E.I. Golovko // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. ? 1996. ? Vol. 14 (4). ? P. 289–295. ? doi: 10.1016/0263-4368(96)00009-1.
  20. Pelekh Т., Matsushita J.-I. Vickers hardness of WC-Co after high temperature oxidation // Journal of the Ceramic Society of Japan. ? 2002. ? Vol. 110. ? P. 228–231. ? doi: 10.2109/jcersj.110.228.
  21. Strength decrease of WC-Co alloy due to surface oxidation / N. Tsuchiya, M. Fukuda, T. Nakai, H. Suzuki // Journal of the Japan Society of Powder and Powder Metallurgy. ? 1991. ? Vol. 38. ? P. 505–509. ? doi: 10.2497/jjspm.38.505.
  22. Strength degradation of a tungsten carbide-cobalt composite at elevated temperatures / W. Acchar, U.U. Gomes, W.A. Kaysser, J. Goring // Materials Characterization. ? 1999. ? Vol. 43 (1). ? P. 27–32. ? doi: 10.1016/S1044-5803(98)00056-4.
  23. Thermal fatigue behaviour of WC-20Co and WC-30(CoNiCrFe) cemented carbide / L. Emanuelli, M. Pellizzari, A. Molinari, F. Castellani, E. Zinutti // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. ? 2016. ? Vol. 60. ? P. 118–124. ? doi: 10.1016/j.ijrmhm.2016.06.014.
  24. Study on thermal behaviour of tungsten cemented carbide tip scraps / C. Ruskandi, D.F. Undayat, G.N. Hermana, M.R.G. Nadi, W. Purwadi // Proceedings of the 6th Mechanical Engineering, Science and Technology International conference (MEST 2022). ? Atlantis Press, 2023. ? P. 107–113. ? doi: 10.2991/978-94-6463-134-0_11.
  25. Oxidation behavior of WC-Co hard metal with designed multilayer coatings by CVD / X. Chen, H. Liu, Q. Guo, S. Sun // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. ? 2012. ? Vol. 31. ? P. 171–178. ? doi: 10.1016/j.ijrmhm.2011.10.012.
  26. Патент № 2465984 Российская Федерация, МПК B23B1/00 (2006.01). Способ определения оптимальной скорости резания: № 2011106685/02: заявл. 22.02.2011: опубл. 10.11.2012, Бюл. № 51 / В.П. Нестеренко, Т.Ю. Малеткина, О.Б. Перевалова, В.И. Меркулов, И.А. Шулепов, К.П. Арефьев.
  27. Laser-induced oxidation assisted micro milling of high aspect ratio microgroove on WC-Co cemented carbide / G. Zhao, H. Xia, Y. Zhang, L. Li, N. He, H.N. Hansen // Chinese Journal of Aeronautics. ? 2021. ? Vol. 34 (4). ? P. 465–475. ? doi: 10.1016/j.cja.2020.08.011.
  28. Влияние внешней среды на износ твердых сплавов / А.А. Рыжкин, А.И. Боков, В.В. Зотов, Д.П. Глоба // Вестник Донского государственного технического университета. – 2010. – Т. 10, № 1 (44). – С. 112–120.
  29. Термохимическое окисление твердых сплавов / А.Д. Верхотуров, Л.А. Коневцов, П.С. Гордиенко, Е.С. Панин // Вестник Дальневосточного отделения Российской академии наук. – 2009. – № 2 (144). – С. 93–97.
  30. Трухин В.В. Исследование износа режущего инструмента // Вестник Кузбасского государственного технического университета. – 2007. – № 2 (60). – С. 103–105.
  31. Жилин В.А. Субатомный механизм износа режущего инструмента. – Ростов н/Д.: Ростов. ун-т, 1973. – 166 с.
  32. Казаков Н.Ф. Радиоактивные изотопы в исследовании износа режущего инструмента. – М.: Машгиз, 1960. – 328 с.
  33. Аматуни А.Н. Методы и приборы для определения температурных коэффициентов линейного расширения материалов. – М.: Изд-во стандартов, 1972. – 140 с.
  34. A review of measurement techniques for the thermal expansion coefficient of metals and alloys at elevated temperatures / J.D. James, J.A. Spittle, S.G.R. Brown, R.W. Evans // Measurement Science and Technology. – 2001. ? Vol. 12. – P. R1–R15. ? doi: 10.1088/0957-0233/12/3/201.
  35. Ефимович И.А., Золотухин И.С., Завьялов Е.С. Температурный коэффициент линейного расширения вольфрамо-кобальтовых твердых сплавов // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). ? 2019. ? Т. 21, № 3. ? С. 129?140. ? doi: 10.17212/1994-6309-2019-21.3-129-140.
  36. ГОСТ 3882–74. Сплавы твердые спеченные. Марки. – М.: Изд-во стандартов, 1998. ? 13 с.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».