zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2023-89-2-I-45-49zldm-1859Research ArticleФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯPHYSICAL METHODS OF RESEARCH AND MONITORINGИсследование зависимости твердости сплавов WC - Со от характера распределения зерен WC по размерамDependence of the hardness of WC - Co alloys on the character of the distribution of WC grains in sizeВасильеваМ. В.VasilyevaM. V.

Мария Владимировна Васильева

194156, г. Санкт-Петербург, просп. Энгельса, д. 27

Maria V. Vasilyeva

27, prosp. Engelsa, St. Petersburg, 194156

VasilyevaMV@virial.ruПесинВ. А.PesinV. A.

Вадим Абрамович Песин

194156, г. Санкт-Петербург, просп. Энгельса, д. 27

Vadim A. Pesin

27, prosp. Engelsa, St. Petersburg, 194156

ОсмаковА. С.OsmakovA. S.

Андрей Сергеевич Осмаков

194156, г. Санкт-Петербург, просп. Энгельса, д. 27

Andrey S. Osmakov

27, prosp. Engelsa, St. Petersburg, 194156

ШамшуринА. И.ShamshurinA. I.

Алексей Игоревич Шамшурин

195251, г. Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. 29

Alexey I. Shamshurin

29, Polytechnicheskaya ul., St. Petersburg, 195251

ООО «Вириал»РоссияVirial Ltd.Russian FederationСПбПУ имени Петра ВеликогоРоссияPeter the Great St. Petersburg Polytechnic UniversityRussian Federation202323022023892(I)4549Copyright © Васильева М.В., Песин В.А., Осмаков А.С., Шамшурин А.И., 20232023Васильева М.В., Песин В.А., Осмаков А.С., Шамшурин А.И.Vasilyeva M.V., Pesin V.A., Osmakov A.S., Shamshurin A.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/1859

В работе представлены результаты исследования зависимости твердости сплава WC - Со с 10 % масс. Со от характера распределения зерен WC по размерам. За размер зерна карбидной фазы был выбран эквивалентный диаметр окружности с площадью, эквивалентной площади сечения зерна. Усреднение размеров зерен WC проводили по их числу, площади и объему. Установлено, что для сплавов с узкими распределениями зерен WC по размерам зависимость твердости сплавов от среднего размера зерна имеет вид соотношения Холла - Петча. В случае широкого распределения наблюдается отклонение от этой зависимости. Показано, что использование усредненного по площади размера зерен WC позволяет описывать зависимость твердости от размера зерна единым уравнением Холла - Петча независимо от характера распределения зерен по размерам. При этом средний разброс значений твердости от линии тренда не превышает 12 HV. Использование усредненного по объему размера зерна для описания зависимости твердости на практике дает большой разброс от линии регрессии, который связан с погрешностью в определении содержания крупных и очень крупных зерен и требует значительного увеличения количества измеренных зерен по сравнению с усреднением по площади. Полученные результаты могут быть использованы при анализе одно- и двухфазных материалов с различными по ширине распределениями зерен по размерам.

The paper presents the results of studying the dependence of the hardness of WC - Co alloy with a Co content of 10 wt.% on the character of the size distribution of WC grains. An equivalent diameter of the circle with an area matching the cross-section area of the grain was chosen as a grain size of the carbide phase. The WC grain sizes were averaged over their number, area and volume. It is shown that for the alloys with a narrow WC grain size distribution the hardness of the alloys as function of the average grain size follows the Hall - Petch relation. As for a wide distribution, a deviation from this function is observed. It is shown that the use of the area-averaged WC grain size enables description of the hardness as a function of the grain size via a unified Hall - Petch equation, regardless of the nature of the grain size distribution. In this case, the average scatter of hardness values around the trend line does not exceed 12 HV. The use of the volume-averaged grain size in description of the hardness dependence results in practice in a large scatter from the regression line, which is attributed to the error in determination of the content of coarse and very coarse grains, when one needs to measure significantly larger number of grains, as compared to averaging over the area. The results obtained may be used in analysis of single-phase and two-phase materials with grain size distributions with a varying width.

твердый сплав WC - Сотвердостьмикроструктурараспределение зерен по размерамсредний размер зернаWC - Co hardmetalhardnessmicrostructuregrain size distributionaverage grain sizeАвторы благодарят главного технолога по инструментальным твердым сплавам ООО ≪Вириал≫ Д. В. Федорова за предоставленные образцы.ReferencesVornberger A., Picker Т., Potschke J., et al. Influence of cemented carbide composition on cutting temperatures and corresponding hot hardnesses / Mater. 2020. Vol. 13. N 20. E 4571. DOI: 10.3390/mal3204571Vornberger A., Picker Т., Potschke J., et al. Influence of cemented carbide composition on cutting temperatures and corresponding hot hardnesses / Mater. 2020. Vol. 13. N 20. E 4571. DOI: 10.3390/mal3204571Vornberger A., Potschke J., Gestrich Т., et al. Influence of microstructure on hardness and thermal conductivity of hardmetals / J. Refract. Met. Hard Mater. 2020. Vol. 88. E 105170. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2019.105170Vornberger A., Potschke J., Gestrich Т., et al. Influence of microstructure on hardness and thermal conductivity of hardmetals / J. Refract. Met. Hard Mater. 2020. Vol. 88. E 105170. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2019.105170Lee H., Gurland J. Hardness and deformation of cemented tungsten carbide / Mater. Sci. Eng. 1978. Vol. 33. N 1. E 125 -133. DOI: 10.1016/0025-5416(78)90163-5Lee H., Gurland J. Hardness and deformation of cemented tungsten carbide / Mater. Sci. Eng. 1978. Vol. 33. N 1. E 125 -133. DOI: 10.1016/0025-5416(78)90163-5Roebuck B. Extrapolating hardness-structure property maps in WC/Co hardmetals / J. Refract. Met. Hard Mater. 2006. Vol. 24. N 1 - 2. E 101 - 108. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2005.04.021Roebuck B. Extrapolating hardness-structure property maps in WC/Co hardmetals / J. Refract. Met. Hard Mater. 2006. Vol. 24. N 1 - 2. E 101 - 108. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2005.04.021Kresse Т., Meinhard D., Bernthaler Т., Schneider G. Hardness of WC-Co hard metals: preparation, quantitative microstructure analysis, structure-property relationship and modelling / J. Refract. Met. Hard Mater. 2018. Vol. 75. E 287 - 293. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2018.05.003Kresse Т., Meinhard D., Bernthaler Т., Schneider G. Hardness of WC-Co hard metals: preparation, quantitative microstructure analysis, structure-property relationship and modelling / J. Refract. Met. Hard Mater. 2018. Vol. 75. E 287 - 293. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2018.05.003Lu Z., Du J., Sun Y., et al. Effect of ultrafine WC contents on the microstructures, mechanical properties and wear resistances of regenerated coarse grained WC-lOCo cemented carbides / J. Refract. Met. Hard Mater. 2021. Vol. 97. E 105516. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2021.105516Lu Z., Du J., Sun Y., et al. Effect of ultrafine WC contents on the microstructures, mechanical properties and wear resistances of regenerated coarse grained WC-lOCo cemented carbides / J. Refract. Met. Hard Mater. 2021. Vol. 97. E 105516. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2021.105516Miiller D., Konyashin I., Farag S., et al. WC coarsening in cemented carbides during sintering. Fart I: The influence of WC grain size and grain size distribution / J. Refract. Met. Hard Mater. 2022. Vol. 102. E 105714. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2021.105714Miiller D., Konyashin I., Farag S., et al. WC coarsening in cemented carbides during sintering. Fart I: The influence of WC grain size and grain size distribution / J. Refract. Met. Hard Mater. 2022. Vol. 102. E 105714. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2021.105714Potschke J., Sauberlich Т., Vornberger A., Meese-Marktscheffel J. Solid state sintered nanoscaled hardmetals and their properties / J. Refract. Met. Hard Mater. 2018. Vol. 72. E 45 - 50. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2017.12.008Potschke J., Sauberlich Т., Vornberger A., Meese-Marktscheffel J. Solid state sintered nanoscaled hardmetals and their properties / J. Refract. Met. Hard Mater. 2018. Vol. 72. E 45 - 50. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2017.12.008Cao R., Lin C., Xie X., Lin Z. Microstructure and mechanical properties of WC-Co-based cemented carbide with bimodal WC grain size distribution / Rare Met. 2018. Vol. 37. E 1 - 7. DOI: 10.1007/S12598-018-1025-YCao R., Lin C., Xie X., Lin Z. Microstructure and mechanical properties of WC-Co-based cemented carbide with bimodal WC grain size distribution / Rare Met. 2018. Vol. 37. E 1 - 7. DOI: 10.1007/S12598-018-1025-YGarcia J., Collado Cipres V, Blomqvist A., Kaplan B. Cemented carbide microstructures: A review / J. Refract. Met. Hard Mater. 2019. Vol. 80. E 40 - 68. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2018.12.004Garcia J., Collado Cipres V, Blomqvist A., Kaplan B. Cemented carbide microstructures: A review / J. Refract. Met. Hard Mater. 2019. Vol. 80. E 40 - 68. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2018.12.004Roebuck В., Gee M., Bennett E. Modeling hardness variations in WC/Co hardmetals with a wide grain size distribution / In: Froc. Europ. Conf. Advan. Hard. Mater. Froduct. — Turin: Flenum Fress, 1999. E 221 - 228.Roebuck В., Gee M., Bennett E. Modeling hardness variations in WC/Co hardmetals with a wide grain size distribution / In: Froc. Europ. Conf. Advan. Hard. Mater. Froduct. — Turin: Flenum Fress, 1999. E 221 - 228.Engqvist H., Uhrenius B. Determination of the average grain size of cemented carbides / J. Refract. Met. Hard Mater. 2003. Vol. 21. N 1 - 2. E 31 - 35. DOI:10.1016/S0263-4368(03)00005-2Engqvist H., Uhrenius B. Determination of the average grain size of cemented carbides / J. Refract. Met. Hard Mater. 2003. Vol. 21. N 1 - 2. E 31 - 35. DOI:10.1016/S0263-4368(03)00005-2Allen T. Farticle size measurement. — Chapman and Hall, 1990. — 832 p. DOI: 10.1007/978-94-009-0417-0Allen T. Farticle size measurement. — Chapman and Hall, 1990. — 832 p. DOI: 10.1007/978-94-009-0417-0Bashkov O. V, Kim V A., Popkova A. A. Technique for digital image processing of the microstructure of aluminum alloys in the MATLAB / Zavod. Lab. Diagn. Mater. 2013. Vol. 79. N 10. E 34-3 9 [in Russian].Bashkov O. V, Kim V A., Popkova A. A. Technique for digital image processing of the microstructure of aluminum alloys in the MATLAB / Zavod. Lab. Diagn. Mater. 2013. Vol. 79. N 10. E 34-3 9 [in Russian].Kim V A., Belova N. V, Zolotareva S. V Quantitative indicators of the structural organization of polycrystalline materials / Zavod. Lab. Diagn. Mater. 2014. Vol. 80. N 4. E 43 - 46 [in Russian].Kim V A., Belova N. V, Zolotareva S. V Quantitative indicators of the structural organization of polycrystalline materials / Zavod. Lab. Diagn. Mater. 2014. Vol. 80. N 4. E 43 - 46 [in Russian].Tarrago J. M., Coureaux D., Torres Y., et al. Implementation of an effective time-saving two-stage methodology for microstructural characterization of cemented carbides / J. Refract. Met. Hard Mater. 2016. Vol. 55. E 80 - 86. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2015.10.006Tarrago J. M., Coureaux D., Torres Y., et al. Implementation of an effective time-saving two-stage methodology for microstructural characterization of cemented carbides / J. Refract. Met. Hard Mater. 2016. Vol. 55. E 80 - 86. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2015.10.006Podor R., Le Goff X., Lautru J., et al. SEraMic: a semi-automatic method for the segmentation of grain boundaries / J. Eur. Ceram. Soc. 2021. Vol. 41. N 10. E 5349 - 5358. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2021.03.062Podor R., Le Goff X., Lautru J., et al. SEraMic: a semi-automatic method for the segmentation of grain boundaries / J. Eur. Ceram. Soc. 2021. Vol. 41. N 10. E 5349 - 5358. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2021.03.062Bankole S., Buckman J., Stow D., Lever H. Grain-size analysis of mudrocks: a new semi-automated method from SEM images / J. Fet. Sci. Eng. 2019. Vol. 174. E 244 - 256. DOI: 10.1016/j.petrol.2018.11.027Bankole S., Buckman J., Stow D., Lever H. Grain-size analysis of mudrocks: a new semi-automated method from SEM images / J. Fet. Sci. Eng. 2019. Vol. 174. E 244 - 256. DOI: 10.1016/j.petrol.2018.11.027Liu J., Dai Q., Chen J., et al. The two dimensional microstructure characterization of cemented carbides with an automatic image analysis process / Ceram. Int. 2017. Vol. 43. N 17. E 14865 - 14872. DOI: 10.1016/j.ceramint.2017.08.002Liu J., Dai Q., Chen J., et al. The two dimensional microstructure characterization of cemented carbides with an automatic image analysis process / Ceram. Int. 2017. Vol. 43. N 17. E 14865 - 14872. DOI: 10.1016/j.ceramint.2017.08.002

The authors declare that there are no conflicts of interest present.