Развитие теоретических и технологических основ повышения износостойкости карбидовольфрамовых твердых сплавов с использованием поверхностного упрочнения концентрированными потоками энергии и объемной термической обработки

Цель: повышение износостойкости карбидовольфрамовых твердых сплавов для бурового, горно-режущего, штампового и металлорежущего инструментов на основе технологий поверхностного упрочнения концентрированными потоками энергии и объемной термической обработки. Дано научное обоснование механизма и закономерностей структурообразования сверхтвёрдых ионно-плазменных TiN+ZrN покрытий на карбидо-вольфрамовых твёрдых сплавах ВК10КС и ВК8. Установлено, что дополнительное легирование цирконием ионно-плазменного покрытия TiN приводит к повышению нанотвёрдости на 23%, модуля Юнга на 67%, снижению коэффициента трения по сравнению с исходным (спечённым) состоянием твёрдого сплава в 5,9 раз. Установлен механизм формирования структуры и фазового состава двухслойных твёрдосплавных пластин (поверхностный слой ВК6-ОМ + основа ВК10КС), полученных способом ЭЭУЛ. Научно обосновано, что повышение износостойкости твёрдосплавных пластин связано с образованием на их поверхности карбидов дивольфрама W₂C, характеризующихся более высокой твёрдостью и износостойкостью, по сравнению с монокарбидами вольфрама WC. Получены новые научные данные о структурно-фазовых состояниях и свойствах поверхностных слоёв на сплаве ВК10КС, сформированных в неравновесных условиях одно- и многокомпонентного электровзрывного легирования при различных режимах энергетического воздействия. Установлено, что наибольший эффект упрочнения поверхности твёрдого сплава наблюдается при использовании высокоэнергетического (6,0 ГВт/м²) режима обработки при всех взрываемых проводниках и связан с измельчением структурных составляющих в поверхностных слоях и формированием высокотвёрдых фаз, состоящих из элементов основного материала и взрываемых проводников - W₂C, TiC, Al₂O₃, SiC, Ti₂B. Максимальный эффект упрочнения поверхности твёрдого сплава наблюдается при однокомпонентном ЭВЛ титаном, а при многокомпонентном - титаном с бором. Установлены закономерности формирования структуры твёрдого сплава ВК10КС при термической обработке в водополимерных средах ПК-М, Бреокс Термо А, Термовит М, обусловленные частичным растворением карбидов вольфрама WC и уменьшением их размеров, дополнительным растворением вольфрама и углерода в кобальтовой связующей с ГЦК решёткой и ее стабилизацией. Разработана технология закалки карбидовольфрамового твёрдого сплава ВК10КС в водополимерных средах ПК-М, Бреокс Термо А, Термовит М, позволяющая повысить срок службы бурового, горно-режущего и штампового инструмента, оснащённого данным сплавом. На основе применения способа ЭЭУЛ разработана технология и произведена опытная партия твёрдосплавных пластин, состоящих из сплава ВК10КС (основа) и ВК6-ОМ (поверхностный слой). Разработана новая технология упрочнения поверхности карбидовольфрамового твёрдого сплава ВК10КС при однокомпонентном ЭВЛ углеродом, алюминием и титаном в высокоэнергетическом режиме, при которой поверхностная твёрдость возрастает в 2÷2,5 раза. Разработаны новая технология упрочнения поверхности карбидовольфрамового твёрдого сплава ВК10КС при многокомпонентном ЭВЛ углеродом, алюминием и титаном совместно с порошками карбида кремния, бора, позволяющая снизить коэффициент трения в 2÷4 раза; способ упрочнения поверхности твёрдосплавного инструмента на основе карбида вольфрама. Результаты исследований внедрены на ООО «Технокомплекс-НК» (г. Новокузнецк), ФГУП «НПЦ газотурбостроения «Салют» - филиал «Омское моторостроительное объединение им. П.И. Баранова», ООО «Механообработка» (г. Прокопьевск).