Смекни!
smekni.com

Металловедение твёрдых сплавов (стр. 29 из 33)

Пространственное расположение фаз сказывается на порошковых материалах значительно сильнее, чем на большинстве литых. Наряду с чисто качественной оценкой структуры нужно определить количество, форму и распределение отдельных фаз.

Непосредственный подсчет, классификация и измерения геометрических элементов микроструктуры позволяют получить представление о пространственном строении материала.

Существует три способа анализа: точечный, линейный и планиметрический. В первом случае выборку проводят системой точек, во втором - случайной прямой, в третьем -случайной плоскостью.(рис. 114)


Рис.114. Методы количественного анализа структуры, заштрихованы сечения

исследуемых фаз. Т - узлы сети, l - секущие, L - измерительная линия,

Ph - пересечения секущей с границей фаз.

В таблице представлены характеристики структуры, которые можно определить названными тремя способами измерений.

Из данных таблицы видно, что наиболее универсальным и полным по числу доступных характеристик является линейный анализ.

Линейный анализ позволяет описать пространственное расположение элементов структуры при помощи различных параметров:

а) объемной доли определенного элемента, например объема фазы

S li

f = ───── ,

L

получаемой путем суммирования длин отрезков секущих, проходящих через зерна фазы 1i, и длины L самой линии измерения (рис.114)

Таблица 12

Характеристика методов стереологического анализа структур

Метод анализа Измеряемые величины Фиксируемые пространственные параметры
Точечный Число точек определяемой фазы, отнесенное к общему числу точек в измеряемой системе Npkt. Объемная доля f.
Линейный Длины отрезков измерительной линии, пересекающие фазу Li , Число секущих Ni. Число точек пересечения с границами зерен Zk с границами фаз Zph. Число отрезков секущей в функции их длины. Объемная доля f. Удельная поверхность S. То же, для границ зерен Sk. То же, для меж фазных границ Sk. Степень контакта С. Средний диаметр распределения зерен по величине.
Планиметрический Площадь А определяемой фазы. Число сечений измеряемой пло- щади Na. Число плоских сечений как функция их среднего диаметра. Объемная доля f. Удельная поверхность S однозначно определяемой формы. Средний диаметр этой же формы. Распределение размеров зерен по вели- чине однозначно определяемой формы.

б) удельной поверхности элемента структуры, которую рассчитывают по числу отрезков случайных секущих Ni, проходящих через элемент структуры и их полной длины.

Ni

S = ────────

S li

Получив таким путем поверхность, отнесенную к единице объема соответствующего элемента структуры определяют дисперсность этой фазы.

Рис.115. Зерна сплава при наблюдении в окуляр-микрометре (схема).

в) В многофазных структурах можно определить поверхность раздела фаз, отнесенную к единице объема образца, поделив чиcло пересеченных измерительной линией границ раздела фаз ZPh к длине этой линии:

2 Zph

Sph = ───────

L

Аналогично определяют их удельную поверхность по числу Zk, пересеченных границ зерен:

4 Zk

Sk = ──────

L

Эту границу следует рассматривать как двойную поверхность , принадлежащую двум прилежащим зернам.

г) Измерение величин Zk и ZPh дает еще одну количественную информацию, имеющую значение для порошковых материалов - это степень контакта (смежность), характеризующую отношение поверхности границ зерен ко всей поверхности фазы S:

Sk 2 Zk

С = ─── = ────────

S 2Zk + ZPh

Эта величина - правильная дробь. У многофазных тел она определяет объемную долю данной фазы.

д) Механические свойства многофазных материалов могут быть определены по среднему межфазному расстоянию в матрице:

L - S Li

p = 2 ´ ───────

ZPh

Линейный анализ можно проводить с помощью линейки на микроснимке или, наблюдая микроструктуру непосредственно.(Рис.115) В настоящее время аналитические микроскопы оснащаются компьютерными системами анализа микроструктур, самостоятельно выполняющими необходимые расчеты параметров фаз.

6.5.3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.

Студент получает подготовленный микрошлиф, устанавливает его на столик микроскопа и, наблюдая картинку через окуляр-микрометр, производит определение суммарной длины секущих и число пересечений линии в окуляр микрометре с зернами выделенной фазы. Зарисовывает микроструктуру и рассчитывает параметры сплава по приведенным выше формулам.

6.5.4. ТРЕБОВАНИЯ К ОТЧЕТУ

В отчете должен быть описан принцип линейного анализа микроструктуры. Отчет должен содержать зарисованную микроструктуру и таблицу наблюдений с рассчитанными параметрами структуры.

Отчет содержит 2-3 стр.

Отчет подписывается студентом.

6.5.5. ЛИТЕРАТУРА.

1. Сплавы твердые спеченные. Методы определения пористости и микроструктуры. ГОСТ 9391.

6.5.6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

1. Что позволяет определить наблюдение микроструктуры ?

2. Опишите методику наблюдения микроструктуры.

3. Какие технологические параметры могут оказать влияние на

микроструктуру изделия ?

6.5.7. ПРОТОКОЛ ИЗМЕРЕНИЙ.

Таблица измерений показана на рисунке 116.(см. ниже)

№№ Ni Zk ZPh f S SPh Si C P

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 34

6.6. Наблюдение основных структурных составляющих: пор, карбида вольфрама, связки, h-фазы.

Металлографическое исследование спеченных твердых сплавов заключается в идентификации и определении количества, формы и распределения твердых фаз и полостей (пор).

Пространственное расположение фаз оказывает сильное влияние на прочность, твердость и износостойкость твердых сплавов. Наряду с чисто качественной оценкой структуры нужно определить количество, форму и распределение отдельных фаз.

Металлографический анализ партий твердого сплава проводят для каждой из выпускаемых партий. В соответствии с ГОСТ 9391 предусмотрено определение следующих фаз и структурных составляющих:

- величина зерна a-фазы, то есть зерна карбида вольфрама,

- величина зерна сложного карбида титана, или TiCW-фазы,

- характер распределения связки, или - b-фазы,

- присутствие и характер распределения h-фазы - двойного карбида вольфрама и кобальта,

- включение свободного углерода (в виде графита),

- степень пористости, характер и величина пор.

КАРБИДНАЯ ФАЗА СТРУКТУРЫ ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ

Группа сплавов ВК. В структуре твердых сплавов группы ВК 80-90% занимают зерна карбида вольфрама - это характерные угловатые кристаллы, треугольной, квадратной и четырехугольной формы. Размеры зерен колеблются от 0,5 до 10 мкм, в отдельных специальных случаях - до 30 мкм в сплавах с увеличенным размером карбидных зерен.

При травлении щелочным раствором железосинеродистого калия (красная кровяная соль) зерна карбида вольфрама не окрашиваются и выглядят под микроскопом блестящими белыми частицами с голубоватым оттенком.

Типичные структуры твердых сплавов группы ВК с различным содержанием кобальта, величиной частиц и их формой показаны на рисунке 117 (ГОСТ 9391).


Рис.117. Сплав ВК8 с различной величиной зерна.

Обычно зерна карбида вольфрама равномерно распределены по сечению материала. Однако встречается и карбидная неоднородность, при которой крупные зерна объединяются в скопления (рис 118). Карбидная неоднородность ухудшает изнашиваемость твердых сплавов - вместо равномерного износа по всей контактирующей поверхности трущихся пар, наблюдается износ в виде вырыва блоков, что приводит к неравномерному и ускоренному изнашиванию. Этот вид искажения микроструктуры крайне нежелателен для прецизионного и особенно - мелкоразмерного инструмента.

Группа сплавов ТК. Почти весь объем структуры титановольфрамкобальтовых твердых сплавов занимает карбидная фаза, которая у большинства марок состоит из зерен карбида вольфрама и сложного карбида титана. Содержание сложного карбида, зерна которого на снимках выглядят более темными, зависит от марки сплава. В сплаве Т5К10, например, на долю сложного


А Б

карбида титана приходится 15-20%, в сплавах Т15К6 и Т15К8 - 4-50% и в сплаве Т30К4 - 90-95% всего объема структуры. Остальная часть карбидной фазы этих сплавов - зерна карбида вольфрама.

Типичные структуры твердых сплавов группы ТК с различной величиной зерна карбидной фазы ТК ( g-фаза) показаны на рисунке 119 (ГОСТ 9391).


Рис.119. Структура сплавов ТК. Титановольфрамовая карбидная фаза с различной величиной зерна (сплав Т15К6). 1500Х.

Группа сплавов ТН. В безвольфрамовых и маловольфрамовых твердых сплавах этой группы используют карбид титана, зерна которого в процессе спекания не претерпевают изменений ни по химическому составу, ни по величине или форме.