Effect of binder with nano Ni on mechanicalproperties of TiC based hard alloys

Abstract

Тверді сплави на основі карбіду титану з нікель-хромовою зв’язкою використовують як матеріал різальних інструментів при обробці вуглецевих та легованих конструкційних сталей і сплавів на основі кольорових металів завдяки їх високій твердості, зносо- та термостійкості. Суттєвою перевагою цих сплавів є низька густина, що в 3 рази менша, ніж у вольфрамокобальтових твердих сплавів. Однак для їх широкого впровадження необхідно підвищити міцнісні характеристики. Для покращення фізико-механічних властивостей сплавів на полікарбідній основі TiC-5WC-5NbC використовували Ni(нано Ni)-Сr як зв’язку та різні способи спікання у вакуумі – двостадійне з повільним нагріванням в інтервалі температур розкладу пластифікатора та спікання з високошвидкісним нагріванням (120°С/хв) в інтервалі температур від 600°С до температури спікання. Використання другого способу спікання дозволило зменшити кількість ізольованих пор у сплавах, при цьому їх пористість змінилася з В 04 до А 02. Встановлено, що спікання при нижчих температурах сплавів із нано Ni у зв’язці порівняно з дрібнодисперсним Ni призводить до зниження пористості та підвищення механічних властивостей. Вивчено фізико-механічні властивості сплавів з 10, 18 та 24% (мас.) зв’язки, які містять 7,5, 13,5 та 18% (мас.) нано Ni або дрібнодисперсного Ni відповідно. Виявлено, що використання нано-нікелю (70 нм) у порівнянні з дрібнодисперсним нікелем (1 – 2 мкм) дозволяє отримати дрібнозернистішу мікроструктуру (d = 0,7..1 мкм) та кращі фізико-механічні властивості сплавів на 10..15%. Зв’язка з нано Ni запобігає утворенню карбідного каркасу, а збільшення її вмісту у сплавах, спечених із високошвидкісним нагріванням до температури спікання 1350°С, призводить до підвищення твердості за Роквеллом до 91,6, твердості за Віккерсом до 15,3 ГПа, границі міцності на згин до 1040 МПа та коефіцієнта тріщиностійкості до 7,6 МПа∙м1/2. За рівнем фізико-механічних властивостей та областю використання досліджені сплави віднесено до груп P01-P25 відповідно до стандарту ISO.

Titanium carbide based hard alloys with nickel-chromium binder possess high hardness, wear and heat resistance. In order to improve physical and mechanical properties of alloys the polycarbide basis TiC-5WC-5NbC and Ni (nano Ni)-Cr binder were used. The physical and mechanical properties of the alloys with 10, 18 and 24% (wt) of the binder, which contained 7,5, 13,5 and 18% (wt) of nano Ni or fine grained Ni respectively, were studied. It is found that the use of nano nickel (70 nm) compared to fine nickel (1..2 μm) allows to obtain lower porosity, more fine-grained microstructure (d = 0,7..1 μm) and higher physical and mechanical properties of the alloys by 10..15%. Binder with nano Ni prevents formation of carbide skeleton and the nano Ni content increase results in the hardness, micro hardness, transverse rupture strength and fracture toughness increase.