Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы. Этап 2

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 26 сентября 2017 г № 14.575.21.0156 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе 2 в период с 01.01.2018 г по 31.12.2018 г выполнялись следующие работы:

• Исследование режимов смешивания особо однородного крупнозернистого порошка WC с порошками кобальта и легирующими функциональными добавками;
• Проведение исследований влияния режимов вакуум-компрессионного спекания на структуру и свойства заготовок лабораторных образцов крупнозернистого твердого сплава с различной концентрацией легирующих функциональных добавок;
• Проведение исследований влияния режимов термообработки на структуру и свойства лабораторных образцов крупнозернистого твердого сплава с различной концентрацией легирующих функциональных добавок;
• Изготовление экспериментальных образцов иерархических крупнозернистых твердых сплавов с наномодифицированной связкой из заготовок экспериментальных образцов крупнозернистых твердых сплавов с оптимальной концентрацией легирующих функциональных добавок путем термообработки в режимах, обеспечивающих формирование иерархического крупнозернистого твердого сплава с наномодифицированной связкой;
• Разработка программы и методик исследовательских испытаний экспериментальных образцов иерархических крупнозернистых твердых сплавов с наномодифицированной связкой;
• Проведение исследовательских испытаний экспериментальных образцов иерархических крупнозернистых твердых сплавов с наномодифицированной связкой по разработанным программе и методикам;
• Проведение исследований режимов формования крупнозернистых смесей твердых сплавов с легирующими функциональными добавками;
• Разработка методики изготовления экспериментальных образцов иерархических крупнозернистых твердых сплавов с наномодифицированной связкой из заготовок крупнозернистых твердых сплавов с оптимальной концентрацией легирующих функциональных добавок путем термообработки в режимах, обеспечивающих формирование иерархического крупнозернистого твердого сплава с наномодифицированной связкой;
• Проведение исследований механизмов деформации и разрушения иерархических крупнозернистых твердых сплавов с наномодифицированной связкой при различных температурах;
• Разработка методики изготовления заготовок лабораторных образцов крупнозернистых твердых сплавов с различной концентрацией легирующих функциональных добавок при варьировании режимов вакуум-компрессионного спекания;
• Изготовление заготовок лабораторных образцов крупнозернистых твердых сплавов с различной концентрацией легирующих функциональных добавок при варьировании режимов вакуум-компрессионного спекания;
• Проведение исследований магнитных свойств заготовок лабораторных образцов крупнозернистых твердых сплавов при различной концентрации легирующих функциональных добавок, полученных при варьировании режимов вакуум-компрессионного спекания;
• Разработка методики изготовления лабораторных образцов крупнозернистых твердых сплавов с различной концентрацией легирующих функциональных добавок при варьировании режимов термообработки, обеспечивающих формирование твердого сплава с иерархической наномодифицированной связкой;
• Изготовление лабораторных образцов крупнозернистых твердых сплавов с различной концентрацией легирующих функциональных добавок при варьировании режимов термообработки, обеспечивающих формирование твердого сплава с иерархической наномодифицированной связкой;
• Проведение исследований магнитных свойств лабораторных образцов крупнозернистых твердых сплавов при различной концентрации легирующих функциональных добавок, полученных при варьировании режимов термообработки;
• Изготовление заготовок экспериментальных образцов крупнозернистых твердых сплавов с оптимальной концентрацией легирующих функциональных добавок на промышленных печах для вакуум-компрессионного спекания;
• Проведение исследований магнитных свойств экспериментальных образцов иерархических крупнозернистых твердых сплавов с наномодифицированной связкой по стандартным методикам;
• Материально-техническое обеспечение выполнения работ этапа;

При этом были получены следующие результаты:

• Проведены исследования режимов смешивания особо однородного крупнозернистого порошка WC с порошками кобальта и легирующими функциональными добавками, по результатам которых установлено, что оптимальных режим смешивания имеет длительность 8 ч при соотношении шары: материал 2:1 и позволяет получать гомогенную смесь без существенного измельчения исходного порошка WC. Исследованы режимы формования крупнозернистых смесей твердых сплавов с легирующими функциональными добавками в интервале давлений 0,5-3 т/см² и показано, что давление прессования в интервале 1,5-2 т/см² позволяет получать порошковые брикеты с прочностью, достаточной для дальнейших технологических операций.
• Изучено влияние режимов вакуум-компрессионного спекания (ВКС) на структуру и свойства лабораторных образцов крупнозернистого твердого сплава с различной концентрацией легирующих функциональных добавок. Показано, что оптимальный режим ВКС (температура спекания 1450 °С, 45 мин спекание в вакууме с последующей стадией компрессионного спекания в течении 15 мин при давлении аргона в камере печи 50 бар) позволяет получать компактные образцы с относительной пористостью более 99,98%, твердостью более 11 ГПа, трещиностойкостью более 16,2 МПа·м^0,5. Установлено, что в результате термообработки при температуре 800 °С в течение 4-10 ч. в образцах оптимального состава в связующей фазе происходит выделение наноигл с толщиной 2-4 нм, те структура связки становится наномодифицированной. Исследованы механизмы деформации и разрушения иерархических крупнозернистых твердых сплавов с наномодифицированной связкой при температурах в интервале 20-900 °С. Установлено, что крупнозернистые твердые сплавы с наномодифицированной связкой имеют в 2-15 раз сниженную скорость ползучести в интервале температур 180-900 °С по сравнению со стандартным твердым сплавом, а разрушение происходит преимущественно по границе WC-Co.
• По оптимизированным режимам ВКС и термообработки изготовлены экспериментальные образцы иерархических крупнозернистых твердых сплавов. По результатам комплексных материаловедческих исследований экспериментальных образцов установлено, что твердость образцов составляла 11,7 ГПа, предел прочности при изгибе — 2270 МПа, трещиностойкость — 18,5 МПа·м^0,5, удельный износ — 1,09·10^-4 см³/об, нанотвердость связки — 5,48 ГПа, размер дисперсных выделений в связке — 2,0 нм. Экспериментальные образцы характеризуются узким распределением размеров карбидного зерна со средним значением 5,2 мкм, относительной плотностью более 99,98%. Полученные иерархические твердые сплавы рекомендованы для изготовления рабочих элементов камнеразрушающего твердосплавного инструмента, работающего в условиях пониженных температур. Подготовлены соответствующие Методики и Акты на изготовление лабораторных и экспериментальных образцов, а также разработана Программа и методики исследовательских испытаний экспериментальных образцов. По результатам проекта в 2018 г. подготовлено 1 ноу-хау и 1 заявка на патент.
• Проведено материально-техническое обеспечение выполнения работ этапа.
• Подготовлен отчет о прикладных научных исследованиях и оформлена необходимая отчетная документация. Работы на 2-ом этапе Соглашения о предоставлении субсидии № 14.575.21.0156 от «26» сентября 2017 г. выполнены в полном объёме и строгом соответствии с Техническим заданием и Планом-графиком исполнения обязательств.