Исследование зависимости твердости сплавов WC - Со от характера распределения зерен WC по размерам

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.

1. Vornberger 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/mal3204571

2. Vornberger 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.2019.105170

3. Lee 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)90163-5

4. Roebuck 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.2005.04.021

5. Kresse 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.2018.05.003

6. Lu 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.2021.105516

7. Miiller 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.2021.105714

8. Potschke 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.2017.12.008

9. Cao 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-Y

10. Garcia 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.2018.12.004

11. 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.

12. 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)00005-2

13. Allen T. Farticle size measurement. — Chapman and Hall, 1990. — 832 p. DOI: 10.1007/978-94-009-0417-0

14. 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].

15. 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].

16. 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.2015.10.006

17. Podor 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.2021.03.062

18. Bankole 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.2018.11.027

19. Liu 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