Development of quality control and structure parameters determination methods for large size products from sintered hard alloys WC-(Co+Ni+Cr) based on analysis of the ultrasonic oscillations spreading parameters

Володимир Вікторович Пашинський; Ігор Олександрович Бойко

doi:10.15587/2706-5448.2021.237447

Автор(и)

Володимир Вікторович Пашинський Технічний університет Метінвест Політехніка, Україна https://orcid.org/0000-0003-0118-4748
Ігор Олександрович Бойко Технічний університет Метінвест Політехніка, Україна https://orcid.org/0000-0001-7742-4694

DOI:

https://doi.org/10.15587/2706-5448.2021.237447

Ключові слова:

тверді сплави, зерна карбіду, каркасна структура, гетерогенні матеріали, ультразвукові коливання, поглинання енергії, затухання коливань

Анотація

Об’єктом дослідження є тверді сплави, які мають каркасну морфологію карбідної фази, в яких частинки стикаються одна з одною, а проміжки між ними заповнені зв’язуючою фазою. Механічні та службові характеристики таких матеріалів залежать від ступеню розвитку каркасної структури.

Одним з найбільш проблемних місць є відсутність неруйнуючих методик визначення параметрів структури. Впровадження таких методик дозволить отримати об’єктивну інформацію, щодо структури матеріалу та використовувати її для оцінки якості виробів. В ході дослідження визначали параметри розсіювання пружних коливань в неоднорідних середовищах. Основна гіпотеза дослідження полягає в припущенні, що процеси дисипації енергії протікають як в самих структурних елементах (зерна карбіду і ділянки зв'язки), так і на їх границях. Тому оцінка процесів дисипації дозволить отримати кількісну оцінку параметрів структури сплавів, що дозволить оцінити якість матеріалу. Як параметри, що характеризують розповсюдження ультразвукових коливань, були вибрані характеристики: швидкість розповсюдження коливань, рівень фону по відношенню до амплітуди донного імпульсу, коефіцієнт загасання коливань. Визначені параметри співставляли з характеристиками якості виробів та параметрами мікроструктури, що визначалися методами кількісної металографії та визначали статистичні характеристики зв’язку між параметрами.

В результаті були розроблені нові процедури контролю якості твердосплавних виробів. Характеристики суміжності карбідного каркаса спеченого твердого сплаву визначали за результатами вимірювання швидкості розповсюдження ультразвукових коливань. Оцінку рівня пористості з розміром пор менше 1 мм виконували за результатами вимірювання відносної амплітуди фону розсіяння ультразвукових коливань.

Запропоновані методики є неруйнуючими і проводяться в одному циклі з виконанням ультразвукової дефектоскопії, якою піддаються 100 % виробів. Дані методики упроваджені при виробництві твердосплавних валків методом керованого гарячого вакуумного пресування. Вони стали складовою частиною системи контролю характеристик якості твердосплавних валків

Біографії авторів

Володимир Вікторович Пашинський, Технічний університет Метінвест Політехніка

Доктор технічних наук

Кафедра организації та автоматизації виробництва

Ігор Олександрович Бойко, Технічний університет Метінвест Політехніка

Кандидат технічних наук

Кафедра организації та автоматизації виробництва

Посилання

Gee Mark, G., Gant, A. J., Roebuck, B., Mingard, K. P. (2014). Wear of Hardmetals. Comprehensive Hard Materials, 1, 363–383. doi: http://doi.org/10.1016/b978-0-08-096527-7.00012-x
Portu, G., Guicciardi, S. (2014). Wear of Hard Ceramics. Comprehensive Hard Materials, 2, 385–412. doi: http://doi.org/10.1016/b978-0-08-096527-7.00033-7
Mari, D. (2001). Cermets and Hardmetals. Encyclopedia of Materials: Science and Technology, 1118–1122. doi: http://doi.org/10.1016/b0-08-043152-6/00209-6
Baron, S., Desmond, D., Ahearne, E. (2019). The fundamental mechanisms of wear of cemented carbide in continuous cutting of medical grade cobalt chromium alloy (ASTM F75). Wear, 424-425, 89–96. doi: http://doi.org/10.1016/j.wear.2019.01.096
Chandrashekar, M., Sreenivasa Prasad, K. V. (2018). The Effect of Cobalt on Wear behavior of Cemented Carbide cutting tools for machining of Titanium alloy. Materials Today: Proceedings, 5 (2), 7678–7684. doi: http://doi.org/10.1016/j.matpr.2017.11.443
Heinrichs, J., Mikado, H., Kawakami, A., Wiklund, U., Kawamura, S., Jacobson, S. (2019). Wear mechanisms of WC-Co cemented carbide tools and PVD coated tools used for shearing Cu-alloy wire in zipper production. Wear, 420-421, 96–107. doi: http://doi.org/10.1016/j.wear.2018.12.075
Jialin Sun, Jun Zhao, Zuoli Li and oth. Effects of initial particle size Sun, J., Zhao, J., Li, Z., Ni, X., Zhou, Y., Li, A. (2017). Effects of initial particle size distribution and sintering parameters on microstructure and mechanical properties of functionally graded WC-TiC-VC-Cr3C2-Co hard alloys. Ceramics International, 43 (2), 2686–2696. doi: http://doi.org/10.1016/j.ceramint.2016.11.086
Lu, Z., Du, J., Sun, Y., Su, G., Zhang, C., Kong, X. (2021). Effect of ultrafine WC contents on the microstructures, mechanical properties and wear resistances of regenerated coarse grained WC-10Co cemented carbides. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 97, 105516. doi: http://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2021.105516
He, R., Yang, Q., Li, B., Lou, J., Yang, H., Ruan, J. (2021). Grain growth behaviour and mechanical properties of coarse-grained cemented carbides with bimodal grain size distributions. Materials Science and Engineering: A, 805, 140586. doi: http://doi.org/10.1016/j.msea.2020.140586
Chang, S.-H., Chen, S.-L. (2014). Characterization and properties of sintered WC–Co and WC–Ni–Fe hard metal alloys. Journal of Alloys and Compounds, 585, 407–413. doi: http://doi.org/10.1016/j.jallcom.2013.09.188
Manshilin, A. G., Kulik, A. I., Pashinskiy, V. V., Sidorenko, D. G., Kashirin, V. V. (2002). Razrabotka i vnedrenie effektivnykh tekhnologiy proizvodstva tverdosplavnykh prokatnykh valkov. Stal, 8, 72–74.
Pashinskiy, V. V. (2008). Procedure of quantitative stereological analysis to estimate relative position of particles in sintered materials. Fizika i tekhnika vysokikh davleniy, 18 (1), 101–109.