Структура и микротвердость связки для алмазного инструмента на основе карбида вольфрама, полученной пропиткой расплавом железо - углерод

Проведено экспериментальное моделирование технологии получения матрицы путем спекания алмазосодержащего брикета с наполнителем из порошка монокарбида вольфрама с пропиткой расплавом эвтектики Fe-C в вакууме. Методами растровой электронной микроскопии, микрорентгеноспектрального и рентгенофазового анализов, спектроскопии комбинационного рассеяния исследованы микроструктура, элементный и фазовый составы продуктов, образующихся в процессе спекания алмазосодержащей матрицы с пропиткой расплавом эвтектики Fe-C в вакууме. Установлено, что матрица состоит из фаз карбида вольфрама с относительным содержанием 61,0%, карбида железа - 17,0%, α-Fe -16,5% и графита - 5,5%. Эвтектический сплав Fe-C, выполняющий функцию связующего компонента матрицы, состоит из ферритно-перлитной металлической основы с включениями графита. Показано, что на межфазной границе алмаз - матрица графитные включения формируются не сплошным слоем, а прерывистыми участками по периметру алмазных зерен. Микротвердость матрицы на основе WC с пропиткой расплавом Fe-C составляет ~11 ГПа, что более чем в 3 раза превышает микротвердость твердосплавной матрицы WC-Co-Cu, полученной спеканием с пропиткой медью.
Полученные результаты могут быть использованы при разработке технологии изготовления износостойких матриц алмазных инструментов широкого класса, применяемых при обработке материалов с высоким уровнем твердости.

1. Бакуль В . Н ., Никитин Ю . И ., Верник Е . Б ., Селех В . Ф . Основы проектирования и технология изготовления абразивного и алмазного инструмента. - М.: Машиностроение, 1975. - 296 с.

2. Новиков Н.В., Бондаренко Н.А., Жуковский А.Н., Мечник В.А. Влияние диффузии и химических реакций на структуру и свойства буровых вставок. 1. Кинетическое описание систем Салмаз-ВК6 и Салмаз-(ВК6-CrB2-W2B5) // Физическая мезомеханика. - 2005. - № 2 (8). - С. 99106.

3. Новиков Н.В., Бондаренко Н.А., Жуковский А.Н., Мечник В.А. Влияние диффузии и химических реакций на структуру и свойства буровых вставок. 2. Результаты аттестации структурного состояния сверхтвердых материалов состава алмаз-твердый сплав ВК6 // Физическая мезомеханика. - 2006. - № 2 (9). - С. 107-116.

4. Витязь П . А ., Жорник В . И ., Кукареко В . А . Исследование структурно-фазового состояния и свойств спеченных сплавов, модернизированных наноразмерными алмазосодержащими добавками // Известия национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наук. - 2011. -№ 3. - С. 5-17.

5. Artini C., Muolo M.L., Passerone A. Diamond-metal interfaces in cutting tools: a review // Journal of Materials Science. - 2012. - V. 47 (7). - P. 3252-3264.

6. Семенов А.П., Поздняков В.В., Крапошина Л.Б. Трение и контактное взаимодействие графита и алмаза с металлами и сплавами. - М.: Наука, 1974. - 110 с.

7. Семенов А . П ., Поздняков В . В ., Лапшина В . А . Контактное эвтектическое плавление алмаза и графита с металлами триады железа // Доклады Академии наук СССР. - 1968. - № 6 (181). - С. 1368-1371.

8. Ножкина А.В., Бугаков В.И., Лаптев А.И. Прочность алмазных материалов после нагрева под давлением // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент - техника и технология его изготовления и применения. - 2018. - № 21. - С. 151-160.

9. Гуревич Ю . Г . К теории эвтектических сплавов и эвтектического (контактного) плавления // Металловедение и термическая обработка металлов. - 2010. - № 8. - C. 8-10.

10. Залкин В.М., Крапошин В.С. Строение железоуглеродистых расплавов. О стабильности цементита в расплавах // Металловедение и термическая обработка металлов. - 2010. - № 1. - C. 15-18.

11. Pant U., Meena H., Shivagan D.D. Development and realization of iron-carbon eutectic fixed point at NPLI // MAPAN-Journal Metrology Society of India. - 2018. - V. 33. - P. 201-208.

12. Kolesnichenko G.A., Naidich Yu.V., Petrischev V.Ya., Sergeenkova V.M. Kinetics of contact melting in iron-carbon systems // Powder Metallurgy and Metal Ceramics. - 1996. -V. 35 (9-10). - P. 529-532.

13. Чуманов И . В ., Аникеев А . Н . Пропитка подложек из монокарбида вольфрама низкоуглеродистой сталью контактным и бесконтктным методами // Известия ВУЗов. Черная металлургия. -2018. - № 5 (61). - С. 407-412.

14. Аникеев А.Н., Чуманов В.И., Чуманов И.В. Изучение смачиваемости WC расплавом железа различными методами // Вестник ЮУрГУ. Серия «Металлургия». - 2013. - № 2 (13). - С. 44-46.

15. Тихомиров С . В ., Кимстач Т . Б . Спектроскопия комбинационного рассеяния - перспективный метод исследования углеродных наноматериалов // Аналитика. - 2011. - № 1. - С. 28-32.

16. Букалов С.С, Михалицын Л.А., Зубавичус Я.В., Лейтес Л.А., Новиков Ю. Н. Исследование строения графитов и некоторых других sp2-углеродных материалов методами микро-спектрометрии КР и рентгеновской дифрактометрии // Российский химический журнал. -2006. - Т. 50, № 1. - С. 83-91.

17. Sidorenko D.A., Zaitsev A.A., Kirichenko A.N., Levashov V.V., Kurbatkina V.V., Loginov P.A., Rupasov S.I., Andreev V.A. Interaction of diamond grains with nanosized alloying agents in metal-matrix composites as studied by Raman spectroscopy // Diamond and Related Materials. - 2013. - V. 38. - P. 59-62. Doi: 10.1016/j.diamond.2013.05.007.

18. Ni Z., Wang Y., Yu T., Shen Z. Raman spectroscopy and imaging of graphene // Nano Research. - 2008. - V.1 (4). - P. 273-291. Doi: 10.1007/s12274-008-8036-1.

19. Ferrari A.C., Meyer J.C., Scardaci V., Casiraghi C., Lazzeri M., Mauri F., Piscanec S., Jiang D., Novoselov K.S., Roth S., Geim A.K. Raman spectrum of graphene and graphene layers // Physical Review Letters. - 2006. - V. 97. - P. 187401. Doi: 10.1103/PhysRevLett.97.187401.

20. Yoon D., Moon H., Son Y.-W., Choi J.S., Park B.H., Cha Y.H., Kim Y.D., Cheong H. Interference effect on Raman spectrum of graphene on SiO2/Si // Physical Review B. - 2009. -V. 80. - P.125422. Doi: 10.1103/PhysRevB.80.125422

21. Ножкина А. В. Влияние металлов на фазовое превращение алмаза в графит // Сверхтвердые материалы. - 1988. - № 3. - С. 11-15.

22. Сидоренко Д.А., Левашов Е.А., Логинов П.А., Швындина Н.В., Скрылева Е.А., Ускова И.Е. О механизме самопроизвольного плакирования алмаза карбидом вольфрама в процессе спекания инструмента с наномодифицированной металлической связкой Cu-Fe-Co-Ni // Известия Вузов. Цветная металлургия. - 2015. - № 5. - С.53-63. Doi: 10.17073/0021-3438-2015-5-53-63.