АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ ПОВЫШЕНИЯ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛА ВК15 ДЛЯ БУРОВОГО ИНСТРУМЕНТА

Abstract

Традиционно при бурении крепких, весьма крепких и абразивных горных пород рекомендуется применять вольфрамокобальтовый твердый сплав ВК15. Мониторинг информационных источников по вопросу возможностей повышения потенциала материала продемонстрировал наличие механизмов, обеспечивающих структурные превращения, провоцирующие повышение показателей прочности, твердости и ударной вязкости материала. Применение таких технологических приемов взамен традиционных приведет к повышению эффективности работы и срока эксплуатации инструмента. В ходе работы получены экспериментальные образцы сплава ВК15, спеченные по четырем разным модернизированным режимам. На полученных экспериментальных образцах проведен сравнительный анализ свойств. Результаты металлографического исследования, осуществляемого на микроскопе «Carl Zeiss», позволили оценить распределение зерен карбида вольфрама в кобальтовой связке и продемонстрировать измельчение карбидной фазы. Так, при традиционном спекании количество зерен карбида вольфрама средним размером менее 1 мкм в диаметре от всего размерного диапазона достигает 19,5 %, в то время как после дополнительной термической обработки с выдержкой 1280°С – 41,5 %; 900°С – 59,1 %; 600°С – 54,5 %. Максимальное из исследуемых экспериментальных образцов увеличение твердости на 18 %, коэрцитивной силы – на 49 %, трещиностойкости – на 11 % традиционного сплава достигнуто на режиме 900-1280 °С. Выдвинута гипотеза о формировании дополнительных структурных элементов, не выявляемых методами оптической металлографии. Исследования топологии и структуры образцов на атомно-силовом микроскопе подтвердили наличие наноразмерных включений от 20 до 40 нм, предположительно карбида вольфрама, в кобальтовой связке.Для ВК15 сравнительные исследования свойств и анализ микроструктуры экспериментальных образцов, полученных по традиционному режиму спекания и модернизированной технологии, показали, что режим спекания при 900 °С является приоритетным. Таким образом, разработанная технология, включающая спекание порошков в протоке водорода до 750 °С, с 750 до1450 °С в вакууме, подачу на максимальной температуре 1450 °С в течение 15 мин аргона под давлением 60 бар, последующее охлаждение до 900 °С и выдержку в течение часа, может быть рекомендована как наиболее рациональная для раскрытия потенциала материала и обеспечения повышенного уровня свойств бурового инструмента.