Способ стабилизации механических характеристик изделий из твердых сплавов

Изобретение относится к металлургии, преимущественно к способам модификации изделий из твердых сплавов, применяемых для холодной и горячей механической обработки металлов и металлических сплавов, например, резанием. Твердосплавное изделие облучают быстрыми электронами при флюенсах, меньших 1·10¹² эл/см², и проводят стабилизирующий отжиг в интервале температур от 200 до 350 °С. Обеспечивается стабилизация механических характеристик. 5 ил.

 

Изобретение относится к области металлургии, преимущественно к способам модификации изделий из твердых сплавов, применяемых для холодной и горячей механической обработки металлов и металлических сплавов, например, резанием.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ стабилизации электрических характеристик полупроводниковых приборов после радиационной обработки посредством стабилизирующего отжига [1]. Сущность этого способа состоит в облучении полупроводниковых приборов большими дозами ионизирующего излучения с последующим отжигом радиационных дефектов таким образом, чтобы оставшаяся их часть обеспечивала придание приборам требуемых свойств. К недостаткам способа следует отнести большую длительность процесса облучения и необходимость использования относительно высоких температур отжига.

Предлагаемое изобретение направлено на упрощение способа и применение его к иному классу задач: стабилизации механических характеристик твердосплавных изделий, облученных сравнительно малыми дозами ионизирующей радиации.

Указанный результат достигается тем, что облучение твердосплавных изделий быстрыми электронами ведут флюенсами, меньшими 10¹² эл./см², а стабилизирующий отжиг проводят в интервале температур от 200 до 350 градусов Цельсия.

Отличительными признаками заявляемого изобретения являются:

- использование флюенсов быстрых электронов, меньших 10¹² эл/см²,

- интервал температур стабилизирующего отжига от 200 до 350 градусов Цельсия.

Верхний предел флюенсов используемых в изобретении быстрых электронов определен нами экспериментально при исследовании дозовой зависимости микротвердости облученных образцов твердого сплава ВК8. Интервал температур стабилизирующего отжига определен нами экспериментально в процессе исследований изохронного и изотермического отжигов и последующего старения облученных образцов твердого сплава ВК6.

Сущность заявленного изобретения поясняется нижеследующим описанием.

В качестве метода исследования механических характеристик твердых сплавов использовали измерение микротвердости [2]. Микротвердость является интегральной характеристикой целого ряда механических свойств: предела упругости, модуля упругости, пластичности, прочности и др. [3]. Микротвердость по Виккерсу H_v определяется выражением

$$H_v=\frac{1854\cdot P}{d^2},\left(1\right)$$

где P - нагрузка, d - диагональ отпечатка, оставляемого на поверхности исследуемого материала алмазной пирамидкой микротвердомера.

Если Р выражено в Г, a d - в микронах, то размерность H_v - кГ/мм². В микротвердомере ПМТ-3, которым пользовались при измерениях, для получения значений d в микронах разность отсчетов по лимбу прибора Δ необходимо умножить на 0,3. Отсюда получаем удобную расчетную формулу

$$H_v\left(кГ/м{м}^2\right)=\frac{206\cdot Р(Г)}{{\Delta }^2},\left(2\right)$$

которой пользовались при определении H_v.

Поскольку в формулах (1) и (2) в знаменателе стоит квадрат d или Δ, при вычислении H_v относительная погрешность удваивается по сравнению с относительной погрешностью определения d или Δ. Поэтому в дальнейшем на фиг.1-5 приведены значения d_eff=Δ.

В ходе исследования дозовой зависимости облученных быстрыми электронами образцов твердого сплава ВК8 обнаружено измерениями на микротвердомере ПМТ-3, что флюенс Ф=1·10¹¹ эл/см² обеспечивает максимальное увеличение микротвердости облученных образцов, тогда как при переходе к флюенсу Ф=1·10¹² эл/см² наблюдается резкое падение значений микротвердости (см. табл.1). Поэтому при исследовании стабилизирующего отжига выбрали единое значение флюенса быстрых электронов, равное 1·10¹¹ эл/см².

Результаты исследований старения образцов твердого сплава ВК6 после стабилизирующих отжигов представлены на фиг.1-5. На них зависимости $${\overline{d}}_{eff}$$ как функции от времени старения изображены сплошными толстыми линиями темно-синего цвета. Тонкими линиями малинового цвета изображены значения $${\overline{d}}_{eff}+\sigma$$ , где σ - среднее квадратическое отклонение, тонкими линиями красного цвета - значения $${\overline{d}}_{eff}-\sigma$$ . Штриховыми линиями темно-синего цвета, параллельными оси абсцисс, обозначены интервалы значений $${\overline{d}}_{eff}-\sigma$$ , $${\overline{d}}_{eff}+\sigma$$ после облучения быстрыми электронами до отжигов.

На фиг.1 приведен график $${\overline{d}}_{eff}$$ от t_стар для образца №XII-6, подвергнутого термообработке при T_отж=200°C. Большинство экспериментальных точек $${\overline{d}}_{eff}$$ лежит в пределах погрешности измерений $${\overline{d}}_{eff}$$ после электронного облучения, отмеченных пунктирными линиями, параллельными оси абсцисс. Лишь некоторые точки $${\overline{d}}_{eff}$$ (при t_стар=50,65 и 140 дн.) лежат ниже полосы погрешностей, т.е. здесь микротвердость значимо выше, чем после облучения. Таким образом, можно сделать вывод, что изотермический отжиг при 200°C стабилизирует по крайней мере на полгода микротвердость на облученной электронами поверхности образца.

На фиг.2 приведен график $${\overline{d}}_{eff}$$ от t_стар для образца №XII-5, старение которого было исследовано после последней точки изохронного отжига, равной 280°C. Все экспериментальные точки (кроме одной $${\overline{d}}_{eff}=\mathrm{27,0}\pm \mathrm{0,7}$$ при t_стар=67 дн.) лежат внутри полосы погрешностей $${\overline{d}}_{effобл}$$ .

Итак, отжиги как при 200°С, так и при 280°С приводят к требуемым результатам: либо к сохранению значений микротвердости, созданных облучением, либо к увеличению этих значений.

На фиг.3 приведен график $${\overline{d}}_{eff}$$ от t_стар для образца №XII-9, старение которого исследовано после изотермического отжига в вакууме при температуре 350°C. Почти все экспериментальные точки лежат внутри полосы погрешностей $${\overline{d}}_{effобл}$$ .

На фиг.4 приведен график $${\overline{d}}_{eff}$$ от t_стар для образца №XII-7, старение которого исследовано после изотермического отжига в вакууме при 400°C. На графике вначале наблюдается уменьшение $${\overline{d}}_{eff}$$ (т.е. увеличение H_v), но начиная с t_стар=39 дн. происходит существенное увеличение $${\overline{d}}_{eff}$$ , причем оно выходит за пределы полосы погрешностей $${\overline{d}}_{effобл}$$ .

На фиг.5 приведен график $${\overline{d}}_{eff}$$ от t_стар для образца №XII-8, старение которого исследовано после изотермического отжига в вакууме при 500°C. Ход $${\overline{d}}_{eff}$$ (t_стар) подобен ходу $${\overline{d}}_{eff}$$ для Т=400°C, но, по-видимому, вследствие больших значений погрешностей, чем на фиг.4, на фиг.5 значения $${\overline{d}}_{eff}$$ , как правило, лежат внутри полосы погрешностей $${\overline{d}}_{effобл}$$ .

Итак, можно сделать вывод, что отжиг в интервале температур 200°C-350°C приводит к стабилизации значений микротвердости после электронного облучения, а следовательно, и механических характеристик твердых сплавов.

Источники информации

1. Радиационные методы в твердотельной электронике / Вавилов B.C., Горин В.М., Далинин М.С., Кив А.Е., Муров Ю.Л., Шаховцов В.И. // М.: Радио и связь, 1990. - 184 с.

2. Глазов В.М., Вигдорович В.Н. Микротвердость металлов. М.: Металлургия, 1969. - 248 с.

3. Современная кристаллография. М.: Наука, 1981. - Т.4. Физические свойства кристаллов. Гл.2. Урусовская А.А. Механические свойства кристаллов. - С.47-152.

Способ обработки твердосплавных изделий, включающий облучение твердосплавного изделия и стабилизирующий отжиг радиационных дефектов, отличающийся тем, что облучение осуществляют быстрыми электронами при флюенсах, меньших 1·10¹² эл/см², а стабилизирующий отжиг проводят в интервале температур от 200 до 350 °С.