zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2025-91-2-28-34zldm-2392Research ArticleИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯTESTING OF STRUCTURE AND PARAMETERS. PHYSICAL METHODS OF TESTING AND QUALITY CONTROLИсследование HC – HV-свойств сплавов WC-Co с различной микроструктуройStudy HC – HV properties of WC-Co alloys with different microstructuresВасильеваМ. В.VasilyevaM. V.

Мария Владимировна Васильева

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

Maria V. Vasilyeva

27, prosp. Engelsa, St. Petersburg, 194156

VasilyevaMV@virial.ruГолубА. В.GolubA. V.

Александр Валерьевич Голуб

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

Aleksandr V. Golub

27, prosp. Engelsa, St. Petersburg, 194156

РыбинД. С.RybinD. S.

Дмитрий Сергеевич Рыбин

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

Dmitriy S. Rybin

27, prosp. Engelsa, St. Petersburg, 194156

ПесинВ. А.PesinV. A.

Вадим Абрамович Песин

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

Vadim A. Pesin

27, prosp. Engelsa, St. Petersburg, 194156

ООО «Вириал»РоссияVirial Ltd.Russian Federation2025200220259122834Copyright © Васильева М.В., Голуб А.В., Рыбин Д.С., Песин В.А., 20252025Васильева М.В., Голуб А.В., Рыбин Д.С., Песин В.А.Vasilyeva M.V., Golub A.V., Rybin D.S., Pesin V.A.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/2392

При производстве инструментальных твердых сплавов WC-Co экспресс-контроль качества изделий осуществляют с помощью измерения магнитных характеристик материала. При этом величину коэрцитивной силы (HC) часто используют для оценки размера зерна WC и твердости сплава (HV), однако не учитывается характер распределения зерен WC по размерам. В работе представлены результаты исследования HC – HV-свойств сплавов WC-Co c различной микроструктурой. Анализировали образцы серийных сплавов WC — 10 % масс. Co. Показано, что коэрцитивная сила не зависит от ширины распределения зерен WC и определяется величиной среднего размера d1,0. Твердость HV30, зависящая от ширины распределения зерен WC, определяется величиной d3,2. На основании полученных зависимостей построена карта свойств HC – HV с учетом ширины распределения зерен WC по размерам. Установлено, что данные только по коэрцитивной силе не позволяют получить надежную оценку твердости (отклонение может составлять 100 – 120 HV). Вместе с тем совместное определение коэрцитивной силы и твердости дает возможность оценить ширину распределения зерен WC в сплаве. Анализ опытных, спеченных при относительно низкой температуре образцов сплавов с содержанием углерода вблизи нижней границы углеродного окна выявил формирование структуры с равномерно распределенными крупными включениями Co. В такой структуре распределение включений Co по размерам носит бимодальный характер, средний размер включений не пропорционален среднему размеру зерен WC. Кроме того, образование подобной структуры не влияет на твердость сплава, но приводит к значительному уменьшению коэрцитивной силы. Полученные результаты могут быть использованы при контроле свойств твердых сплавов WC-Co и интерпретации экспериментальных данных.

Measurement of magnetic parameters is a method for express product quality control in processing of WC-Co tool hardmetals. The coercivity value is often used to estimate the WC grain size and the hardness of the hardmetal, whereas the nature of the WC grain size distribution is often disregarded. HC – HV properties of WC-Co hardmetals with different microstructures were studied. For production samples of WC – 10 % Co hardmetals, it is shown that HC does not depend on the width of the WC grain distribution and is a function of the average size d1.0. The hardness HV30, which is affected by the width of the WC grain distribution, is a function of the d3.2 value. Based on the obtained relations, a HC – HV property map is plotted, taking into account the width of the WC grain size distribution. The map shows that measuring only the coercivity value will introduce uncertainty in the estimated hardness in the 100 – 120 HV range. However, joint measurement of HC and HV makes it possible to estimate the width of the WC grain size distribution in the hardmetal. Based on the analysis of experimental hardmetal samples with a carbon content near the lower boundary of the carbon window and sintered at a relatively low temperature, the formation of an unusual structure was observed featuring the uniformly distributed large cobalt lakes. In such a structure, the size distribution of Co lakes is bimodal and the average size of the lakes is not proportional to the average size of WC grains. Moreover the formation of such a structure does not affect the hardness of the hardmetal, but leads to a significant decrease in the coercivity. The results obtained can be used for industrial inspection of the WC-Co hardmetals properties, as well as in the interpretation of experimental data.

твердый сплав WC-Coтвердостькоэрцитивная силаширина распределения зерен по размерамкарта свойств HC – HVWC-Co hardmetalhardnesscoercivitygrain size distribution widthHC – HV property mapsReferencesBrueckl H., Breth L., Fischbacher J., et al. Machine learning based prediction of mechanical properties of WC-Co cemented carbides from magnetic data only / J. Refract. Met. Hard Mater. 2024. Vol. 121. P. 106665. DOI: 10.1016/j.ceramint.2022.09.030Brueckl H., Breth L., Fischbacher J., et al. Machine learning based prediction of mechanical properties of WC-Co cemented carbides from magnetic data only / J. Refract. Met. Hard Mater. 2024. Vol. 121. P. 106665. DOI: 10.1016/j.ceramint.2022.09.030García J., Collado Ciprés V., Blomqvist A., Kaplan B. Cemented carbide microstructures: a review / J. Refract. Met. Hard Mater. 2019. Vol. 80. P. 40 – 68. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2018.12.004García J., Collado Ciprés V., Blomqvist A., Kaplan B. Cemented carbide microstructures: a review / J. Refract. Met. Hard Mater. 2019. Vol. 80. P. 40 – 68. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2018.12.004Lamelas V., Rolland M., Walbrühl M., et al. Modelling the formation of detrimental phases in cemented carbides / Materials & Design. 2023. Vol. 228. N 1 – 3. P. 111823. DOI: 10.1016/j.matdes.2023.111823Lamelas V., Rolland M., Walbrühl M., et al. Modelling the formation of detrimental phases in cemented carbides / Materials & Design. 2023. Vol. 228. N 1 – 3. P. 111823. DOI: 10.1016/j.matdes.2023.111823Roebuck B., Bennett E. Phase size distribution in WC/Co hardmetal / Metallography. 1986. Vol. 19. N 1. P. 27 – 47. DOI: 10.1016/0026-0800(86)90005-4Roebuck B., Bennett E. Phase size distribution in WC/Co hardmetal / Metallography. 1986. Vol. 19. N 1. P. 27 – 47. DOI: 10.1016/0026-0800(86)90005-4Roebuck B., Mingard K., Jones H., et al. Aspects of the metrology of contiguity measurements in WC based hard materials / J. Refract. Met. Hard Mater. 2017. Vol. 62. P. 161 – 169. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2016.05.011Roebuck B., Mingard K., Jones H., et al. Aspects of the metrology of contiguity measurements in WC based hard materials / J. Refract. Met. Hard Mater. 2017. Vol. 62. P. 161 – 169. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2016.05.011Aguirre M., Urreta S., Bercoff P. Microstructure dependence of magnetization mechanisms in Co-Fe thick films / J. Mater. Sci. 2022. Vol. 57. N 3. P. 1890 – 1901. DOI: 10.1007/s10853-021-06746-9Aguirre M., Urreta S., Bercoff P. Microstructure dependence of magnetization mechanisms in Co-Fe thick films / J. Mater. Sci. 2022. Vol. 57. N 3. P. 1890 – 1901. DOI: 10.1007/s10853-021-06746-9Herzer G. Soft magnetic nanocrystalline materials / Scr. Metall. Mater. 1995. Vol. 33. P. 1741 – 1756. DOI: 10.1016/0956-716X(95)00397-EHerzer G. Soft magnetic nanocrystalline materials / Scr. Metall. Mater. 1995. Vol. 33. P. 1741 – 1756. DOI: 10.1016/0956-716X(95)00397-EXue D., Chai G., Li X., et al. Effects of grain size distribution on coercivity and permeability of ferromagnets / J. Magn. Magn. Mater. 2008. Vol. 320. P. 1541 – 1543. DOI: 10.1016/j.jmmm.2008.01.004Xue D., Chai G., Li X., et al. Effects of grain size distribution on coercivity and permeability of ferromagnets / J. Magn. Magn. Mater. 2008. Vol. 320. P. 1541 – 1543. DOI: 10.1016/j.jmmm.2008.01.004Roebuck B. Hardmetals hardness and coercivity property maps / NPL Report. MATC(MN). 2002. Vol. 14. P. 1 – 9.Roebuck B. Hardmetals hardness and coercivity property maps / NPL Report. MATC(MN). 2002. Vol. 14. P. 1 – 9.Roebuck B. Extrapolating hardness-structure property maps in WC/Co hardmetals / J. Refract. Met. Hard Mater. 2006. Vol. 24. N 1 – 2. P. 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. P. 101 – 108. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2005.04.021Pesin V. A., Osmakov A. S., Boykov S. Yu. Properties of WC-Co hardmetals as a function of their composition and microstructural parameters / Powd. Metall. Func. Coat. 2022. Vol. 16. N 3. P. 37 – 44. DOI: 10.17073/1997-308X-2022-3-37-44Pesin V. A., Osmakov A. S., Boykov S. Yu. Properties of WC-Co hardmetals as a function of their composition and microstructural parameters / Powd. Metall. Func. Coat. 2022. Vol. 16. N 3. P. 37 – 44. DOI: 10.17073/1997-308X-2022-3-37-44Mueller D., Konyashin I., Farag S., et al. A novel express method for determining WC grain sizes and its use for updating dependencies of coercivity and hardness on WC mean grain size in hardmetals / J. Refract. Met. Hard Mater. 2023. Vol. 117. P. 106416. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2023.106416Mueller D., Konyashin I., Farag S., et al. A novel express method for determining WC grain sizes and its use for updating dependencies of coercivity and hardness on WC mean grain size in hardmetals / J. Refract. Met. Hard Mater. 2023. Vol. 117. P. 106416. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2023.106416Engqvist H., Uhrenius B. Determination of the average grain size of cemented carbides / J. Refract. Met. Hard Mater. 2003. Vol. 21. N 1 – 2. P. 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. P. 31 – 35. DOI: 10.1016/S0263-4368(03)00005-2Vasilyeva M. V., Pesin V. A., Osmakov A. S., et al. Research of the depending of the hardness of WC-Co hardmetals on the nature of the distribution of WC grains by size / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2023. Vol. 89. N 2(I). P. 45 – 49 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2023-89-2-I-45-49Vasilyeva M. V., Pesin V. A., Osmakov A. S., et al. Research of the depending of the hardness of WC-Co hardmetals on the nature of the distribution of WC grains by size / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2023. Vol. 89. N 2(I). P. 45 – 49 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2023-89-2-I-45-49Tarrago J., 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. P. 80 – 86. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2015.10.006Tarrago J., 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. P. 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. P. 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. P. 5349 – 5358. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2021.03.062Bashkov O. V., Kim V. A., Popkova A. A. Technique for digital image processing of the microstructure of aluminum alloys in the MATLAB / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2013. Vol. 79. N 10. P. 34 – 39 [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 / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2013. Vol. 79. N 10. P. 34 – 39 [in Russian].Kim V. A., Belova N. V., Zolotareva S. V. Quantitative indicators of the structural organization of polycrystalline materials / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2014. Vol. 80. N 4. P. 43 – 46 [in Russian].Kim V. A., Belova N. V., Zolotareva S. V. Quantitative indicators of the structural organization of polycrystalline materials / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2014. Vol. 80. N 4. P. 43 – 46 [in Russian].Betteridge W. The properties of metallic cobalt / Prog. Mater. Sci. 1979. Vol. 24. P. 51 – 142. DOI: 10.1016/0079-6425(79)90004-5Betteridge W. The properties of metallic cobalt / Prog. Mater. Sci. 1979. Vol. 24. P. 51 – 142. DOI: 10.1016/0079-6425(79)90004-5Bertalan C., Moseley S., Pereira L., et al. Influence of sintering parameters on the microstructure and mechanical properties of WC-Co hardmetals / J. Refract. Met. Hard Mater. 2024. Vol. 118. P. 106439. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2023.106439Bertalan C., Moseley S., Pereira L., et al. Influence of sintering parameters on the microstructure and mechanical properties of WC-Co hardmetals / J. Refract. Met. Hard Mater. 2024. Vol. 118. P. 106439. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2023.106439

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