НИТУ «МИСиС», Москва, Россия:

Е. Н. Авдеенко, аспирант кафедры порошковой металлургии и функциональных покрытий (ПМиФП), инженер Научно-учебного центра СВС (самораспространяющийся высокотемпературный синтез); тел: (495) 955-00-26; e-mail: avdeenko.misis@mail.ru
Е. И. Замулаева, науч. сотр. Научно-учебного центра СВС
А. А. Зайцев, старший науч. сотр. Научно-учебного центра СВС

В настоящее время при бурении горных пород предпочитают использовать ультракрупнозернистые зернистые сплавы WC – Co с размером зерен WC≥5 мкм из-за их более высокой износостойкости по сравнению с мелкозернистыми или среднезернистыми марками с эквивалентной твердостью. В данной работе осуществлена серия опытов по дезинтеграции особокрупнозернистого порошка карбида вольфрама в шаровой барабанной мельнице при различных режимах: изучены две скорости вращения барабана мельницы (режим «перекатывания» и «водопадный» режим), варьировали соотношение «размольные тела : порошок» 2:1 и 5:1, длительность размола при каждой скорости и при каждом соотношении. Методами оптической и сканирующей электронной микроскопии исследована морфология и структура порошка по всей матрице экспериментов. На основании расчета коэффициента агломерации, равного отношению среднего размера агломератов к среднему размеру монокристаллов, и измерения гранулометрического состава порошков с выделением целевой фракции 5–15 мкм установлен оптимальный режим дезинтеграции агломератов: 5:1, время размола 10 ч, «водопадный» режим, n_в = 64 мин^–1. При указанном режиме доля целевой фракции составляет 50 %, а доля частиц более 15 мкм — 4 %. Подобран оптимальный режим воздушно-центробежной классификации с частотой вращения ротора 3330 мин^–1 и при 7 циклах прогона порошка. Порошок представляет собой монокристаллический карбид вольфрама с долей фракции 5–15 мкм более 95 %. При последующем смешивании карбида вольфрама с кобальтом обеспечена сохранность размеров зерен WC. В спеченном сплаве WC – 6 % Co более 90 % карбидных зерен имеют крупность 6–13 мкм.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ, соглашение № 14.575.21.0156, проект RFMEFI57517X0156, ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям научно-технологического комплекса России на 2014–2020 годы».

1. Третьяков В. И. Основы металловедения и технологии производства спеченных твердых сплавов. — М. : Металлургия, 1976. — 527 с.
2. Панов В. С., Чувилин А. М., Фальковский В. А. Технология и свойства спеченных твердых сплавов и изделий из них. — М. : МИСИС, 2004. — 462 с.
3. Fang Z. Zak, Koopman M. C., Wang H. Cemented tungsten carbide hardmetal — an introduction / ed. V. K. Sarin // Comprehensive Hard Materials. — Oxford : Elsevier Ltd, 2014. P. 123–135.
4. Konyashin I., Ries B. Wear damage of cemented carbides with different combinations of WC mean grain size and Co content. Part II: laboratory performance tests on rock cutting and drilling // Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2014. Vol. 45. P. 230–237.
5. Su W., Wen Y., Zhang Q. Effects of Ni and Cu additions on microstructures, mechanical properties and wear resistances of ultra-coarse grained WC–6Co cemented carbides // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 2018. Vol. 70. P. 176–183.
6. Xiaofeng Li, Yong Liu, Bin Liu, Jianhua Zhou. Effects of submicron WC addition on structures, kinetics and mechanical properties of functionally graded cemented carbides with coarse grains // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 2016. Vol. 56. P. 132–138.
7. Gee M. G., Gant A., Roebuck B. Wear mechanisms in abrasion and erosion of WC/Co and related hardmetals // Wear. 2007. Vol. 263. P. 137–148.
8. Konyashin I., Schäfer F., Cooper R., Ries B., Mayer J., Weirich T. Novel Ultra-Coarse Hardmetal Grades with Reinforced Binder for Mining and Construction // Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2005. Vol. 23. P. 225.
9. Roebuck B. Extrapolating hardness-structure property maps in WC/Co hardmetals // Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2006. Vol. 24. P. 101–108.
10. Dong-Yeol Yang, Suk-Joong L. Kang Suppression of abnormal grain growth in WC – Co via pre-sintering treatment // Int. Journal of Refractory Metals & Hard Materials. 2009. Vol. 27. P. 90–94.
11. Schreiner M., Schmitt Th., Lassner E., Lux B. On the origin of discontinuous grain growth during liquid phase sintering of WC – Co cemented carbides // Powder Met. Int. 1984. Vol. 16. P. 180–183.
12. Nie Hongbo, Zeng Qisen, Zheng Jianping, Wen Xiao, Yu Yang. The preparation, preparation mechanism and properties of extra coarse-grained WC – Co hardmetals // Metal Powder Report. 2017. Vol. 72, Iss. 3. P. 188–194.
13. ТУ 2631-003-05807999–98. Гексан ; принят 01.01.1998.
14. ГОСТ 23148. Порошки, применяемые в порошковой металлургии. Отбор проб. ; принят 12.10.1998.
15. ISO 13320. Particle size analysis – Laser diffraction methods ; publ. 2009.10.
16. Либенсон Г. А., Лопатин В. Ю., Комарницкий Г. В. Процессы порошковой металлургии. В 2 т. Т. 1. Производство металлических порошков : учебник для вузов. — М. : МИСИС, 2001. — 368 с.
17. Краснова Г. Л., Горбачева Т. Б., Никольская Г. М., Ракоч Т. А. Гранулометрический состав порошков карбида вольфрама после длительного размола // Теория и практика производства и применения твердых сплавов : науч. труды / ВНИИТС. — М. : ЦНИИцветмет экономики и информации, 1991. С. 3–7.