620.17

механічні властивості
нанонікель
карбід титану
твердість
тріщиностійкість
mechanical properties
hard alloy
nano nickel
titanium carbide
hardness
fracture toughness

Тверді сплави на основі карбіду титану з нікель-хромовою зв’язкою використовують як матеріал різальних інструментів при обробці вуглецевих та легованих конструкційних сталей і сплавів на основі кольорових металів завдяки їх високій твердості, зносо- та термостійкості. Суттєвою перевагою цих сплавів є низька густина, що в 3 рази менша, ніж у вольфрамокобальтових твердих сплавів. Однак для їх широкого впровадження необхідно підвищити міцнісні характеристики. Для покращення фізико-механічних властивостей сплавів на полікарбідній основі TiC-5WC-5NbC використовували Ni(нано Ni)-Сr як зв’язку та різні способи спікання у вакуумі – двостадійне з повільним нагріванням в інтервалі температур розкладу пластифікатора та спікання з високошвидкісним нагріванням (120°С/хв) в інтервалі температур від 600°С до температури спікання. Використання другого способу спікання дозволило зменшити кількість ізольованих пор у сплавах, при цьому їх пористість змінилася з В 04 до А 02. Встановлено, що спікання при нижчих температурах сплавів із нано Ni у зв’язці порівняно з дрібнодисперсним Ni призводить до зниження пористості та підвищення механічних властивостей. Вивчено фізико-механічні властивості сплавів з 10, 18 та 24% (мас.) зв’язки, які містять 7,5, 13,5 та 18% (мас.) нано Ni або дрібнодисперсного Ni відповідно. Виявлено, що використання нано-нікелю (70 нм) у порівнянні з дрібнодисперсним нікелем (1 – 2 мкм) дозволяє отримати дрібнозернистішу мікроструктуру (d = 0,7..1 мкм) та кращі фізико-механічні властивості сплавів на 10..15%. Зв’язка з нано Ni запобігає утворенню карбідного каркасу, а збільшення її вмісту у сплавах, спечених із високошвидкісним нагріванням до температури спікання 1350°С, призводить до підвищення твердості за Роквеллом до 91,6, твердості за Віккерсом до 15,3 ГПа, границі міцності на згин до 1040 МПа та коефіцієнта тріщиностійкості до 7,6 МПа∙м1/2. За рівнем фізико-механічних властивостей та областю використання досліджені сплави віднесено до груп P01-P25 відповідно до стандарту ISO.
Titanium carbide based hard alloys with nickel-chromium binder possess high hardness, wear and heat resistance. In order to improve physical and mechanical properties of alloys the polycarbide basis TiC-5WC-5NbC and Ni (nano Ni)-Cr binder were used. The physical and mechanical properties of the alloys with 10, 18 and 24% (wt) of the binder, which contained 7,5, 13,5 and 18% (wt) of nano Ni or fine grained Ni respectively, were studied. It is found that the use of nano nickel (70 nm) compared to fine nickel (1..2 μm) allows to obtain lower porosity, more fine-grained microstructure (d = 0,7..1 μm) and higher physical and mechanical properties of the alloys by 10..15%. Binder with nano Ni prevents formation of carbide skeleton and the nano Ni content increase results in the hardness, micro hardness, transverse rupture strength and fracture toughness increase.

1. Bodrova, L.G. Effect of nano WC alloying additions on the Structure Formation of TiC-5VC-18NiCr Cermets [Text] / L.G. Bodrova, G.M. Kramar, O.V. Mul, I.V. Koval, V.I. Sushynskiy // Proceeding World PM 2010. – Vol. 3. – Р. 479 – 484.
2. Bellosi, A. Characterisation and application of titanium carbonitride – based cutting tools / A. Bellosi, R. Calravarini, M.G. Faga and other. Jornal of Materials Processing Technology 143 – 144 (2003). – P. 527 – 532. – www.elsevier/locate/jmatprotec/.
3. Rajabi, A. Chemical composition, microstructure and sintering temperature modifications on mechanical properties of TiC-based cermet. – A review / A. Rajabi, M. Ghazali, A. Daud // Jornal Materials and Design 67 (2015). – 95-106. – www.elsevier.com/locate/matdes/.
4. Richter, V. Nanoscaled Hardmetals – Fiction or Reality? [Text] / Richter V., Poetschke J., Holke R., Michaelis A. // Proceedings of 18 Plansee Seminar 2013: International Conference on Refractory Metals and Hard Materials. – Reutte : Austria. – June 3 – 7, 2013. – 19 p.
5. Гусев, А.I. Нанокристаллические материалы [Текст] / А.I. Гусев, А.А. Ремпель // М.: Физмашмет. – 2000. – 384 с.
6. Skorokhod, V.V. Rapid rate sintering of dispersed systems: theory, processing and problems [Текст] / V.V. Skorokhod // Powder Metallurgy. – 1999. – № 7 – 8. – P. 30 – 39.
7. Крамар, Г.М. Особливості спікання твердих сплавів на полікарбідній основі з дрібно- і нанодисперсною зв’язкою [Текст] / Крамар Г.М., Сушинський В.І., Ісаєв Є.О. // Наукові вісті Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут». – 2011. – № 6. – С. 96 – 101.
8. Lisovsky, A.F. Thermodynamics of Isolated Pores Filling with Liqued in Sintered Composite Materials [Text] / A.F. Lisovsky // Metallurgical and Materials Transactions. 25 A. – April, 1994. – P. 733 – 740.
9. Microstructure and mechanical properties of hard alloys fabricated from starting nanopowder. [Text] / L. Bodrova, G. Kramar, I. Koval, V. Sushynskyi, S. Marynenko, V. Bukhta. Euromat 2011. – 12 – 15 September, 2011. – Montpellier : France.
10. Нові вітчизняні безвольфрамові тверді сплави з підвищеними експлуатаційними властивостями [Текст] / Л.Г. Бодрова, Г.М. Крамар, С.Ю. Мариненко [та ін.] // Інструментальний світ. – 2011. – № 1 – 2 (49 – 50). – С. 54 – 56.
11. Панов, В.С. Технология и свойства спеченных твердых сплавов и изделий из них [Текст] / В.С. Панов. – M. : МИСиС, 2001. – 428 с.
12. Jung, J. Effect of ultra-fine powders on the microstructure of Ti(C, N)-xWC-Ni cermets. – Acta Materiala 52 (2004) 1379 – 1386. – www.actamat-journals.com.
13. Microstructure and mechanical properties of ultrafine Ti (C,N)-based cermets fabricated from nano/submicro starting powders [Text] / Chao S., Liu N., Yuan Y.P., Han C.L., Xu Y.D., Shi M., Feng J.P. – Ceram Int 2005, 31. – P. 851 – 862.

1. Bodrova L.G., Kramar G.M., Mul O.V., Koval I.V., Sushynskiy V.I. Effect of nano WC alloying additions on the Structure Formation of TiC-5VC-18NiCr Cermets. Proceeding World PM 2010. Vol. 3, pp. 479 – 484.
2. Bellosi A., Calravarini R., Faga M.G. and other. Characterisation and application of titanium carbonitride – based cutting tools. Jornal of Materials Processing Technology 143 – 144 (2003), pp. 527 – 532. www.elsevier/locate/jmatprotec/.
3. Rajabi A., Ghazali M., Daud A. Chemical composition, microstructure and sintering temperature modifications on mechanical properties of TiC-based cermet. Jornal Materials and Design 67 (2015). P. 95 – 106. www.elsevier.com/locate/matdes/.
4. Richter V., Poetschke J., Holke R., Michaelis A. Nanoscaled Hardmetals – Fiction or Reality? Proceedings of 18 Plansee Seminar 2013: International Conference on Refractory Metals and Hard Materials, Reutte, Austria, June 3 – 7, 2013, 19 p.
5. Gusev А.I., Rempel A.A. Nanokristallicheskiye materialy. М. Phizmashmet, 2000, 384 p. [In Russian].
6. Skorokhod V.V. Rapid rate sintering of dispersed systems: theory, processing and problems. Powder Metallurgy, 1999, No. 7 – 8, pp. 30 – 39.
7. Kramar H.М., Sushynskiy V.І., Іsaev Ye.О. Osoblyvosti spikannya tverdykh splaviv na polikarbidniy osnovi z dribno- i nanodyspersnoyu zv'yazkoyu. Research Bulletin of NTUU “Kyiv Polytechnic Institute”, 2011, No. 6, pp. 96 – 101 [In Ukrainian].
8. Lisovsky A.F. Thermodynamics of Isolated Pores Filling with Liqued in Sintered Composite Materials. Metallurgical and Materials Transactions. 25 A. April, 1994, pp. 733 – 740.
9. L. Bodrova, G. Kramar, I. Koval, V. Sushynskyi, S. Marynenko, V. Bukhta. Microstructure and mechanical properties of hard alloys fabricated from starting nanopowder. Euromat 2011, 12 – 15 September, 2011, Montpellier, France.
10. Bodrova L.G., Kramar G.М., Marynenko S.Yu. [and other]. Novi vitchyznyani bezvol'framovi tverdi splavy z pidvyshchenymy ekspluatatsiynymy vlastyvostyamy. Instrumental'nyy svit, 2011. No. 1 – 2 (49 – 50). pp. 54 – 56 [In Ukrainain].
11. Panov V.S. Tekhnologiya i svoystva spechennykh tverdykh splavov i izdeliy iz nikh. M. MISiS, 2001, 428 p. [In Russian].
12. J. Jung. Effect of ultra-fine powders on the microstructure of Ti(C,N)-xWC-Ni cermets. Acta Materiala 52 (2004). 1379 – 1386. www.Actamat-journals.com. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2003.11.021
13. Chao S, Liu N, Yuan Y.P, Han C.L, Xu Y.D, Shi M, Feng J.P. Microstructure and mechanical properties of ultrafine Ti (C,N)-based cermets fabricated from nano/submicro starting powders. Ceram Int 2005, 31, pp. 851-862. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2004.09.013