Перспективы исследования проблем идентификации границ зерен в твердых сплавах системы WC-Co для бурового нефтегазового оборудования

Abstract

Представлено результати досліджень контактів границь зерен на оптичному мікроскопі. Визначено оптимальні режими травлення при виявленні мікроструктури твердих сплавів, для досягнення максимальної якості зображення мікроструктури. Досліджено поверхню травленого взірця на оптичному 3Д профілометрі, що дало змогу встановити, що зерна контактують між собою дотикаючись на різній висоті, утворюючи границі, які добре відображаються на зображення профілю, а також границі, котрі не виявляються і по висоті контактуючих зерен не відрізняються. Опираючись на принцип розмірної, орієнтаційної та хімічної відповідності, запропоновано всі множини границь WC-WC в сплавах WC-Co розділяти на типи і введені поняття з повною і проміжною невідповідністю, а також з ідеальною відповідністю кристалографічних площин граней, які утворюють границю. Пропонується враховувати всі типи границь при ідентифікації отриманих мікроструктур в мікроскоп, з ціллю визначення впливу того чи іншого типу на фізико-механічні властивості твердих сплавів, а також експлуатаційну стійкість. Прикладом такого підходу була проведена робота по визначенню впливу легування карбідами VC, TaC, Cr3C2 (вміст добавки в сплаві 0,15% по масі) на формування границь WC-WC різного типу в твердих сплавах WC- 8 % Со. Встановлено, що метод кількісної оптичної металографії дозволяє частково встановити вплив типів границь WC-WC, які містяться в структурі твердих сплавів, на фізико-механічні та експлуатаційні властивості твердих сплавів.

In this article the research results of the contacts of grain boundaries on an optical microscope have been presented. The optimal performance of etching aimed at identifying the microstructure of hard alloys has been determined to achieve the highest quality of the microscopic image. The surface of the etched sample was examined on an optical 3D special microscope (profilometer), which made it possible to establish that the grains contact with each other at different heights, form boundaries that are well displayed in the profile image, and also boundaries that are not revealed and do not differ in height of the contacting grains. Based on the principle of dimensional, orientational and chemical matching, it has been proposed to divide the whole set of WC-WC boundaries in WC-Co alloys into types. Also the notions of boundaries with complete and intermediate mismatch, as well as with the ideal correspondence of the crystallographic planes of the faces that form the boundary have been introduced. We propose to take into account all types of boundaries when identifying the obtained microstructures in a microscope, in order to determine the influence of one type or another on the physical and mechanical properties of hard alloys, as well as on the operational stability. Applying this approach we manged to determin the effect of alloying with carbides VC, TaC, Cr3C2 (additive content in the alloy of 0.15% by mass) on the formation of WC-WC boundaries of different types in WC-8% Co alloys. It has been established that the method of quantitative optical metallography makes it possible to indirectly determine the effect of the types of WC-WC boundaries, contained in the structure of hard alloys on the physicomechanical and operational properties of hard alloys.

Представлены результаты исследования контактов границ зерен на оптическом микроскопе. Определены оптимальные режимы травления при выявлении микроструктуры твердых сплавов, для достижения максимального качества изображения микроструктуры. Исследована поверхность травленного образца на оптическом 3Д профилометре, что позволило установить, что зерна контактируют между собой соприкасаясь на различной высоте, образуют границы, которые хорошо отображаются на изображении профиля, а также границы, которые не выявляются и по высоте контактирующих зерен не отличаются. Опираясь на принцип размерного, ориентационного и химического соответствия, было предложено всё множество границ WC-WC в сплавах WC-Co подразделять на типы и введены понятия границ с полным и промежуточным несоответствием, а также с идеальным соответствием кристаллографических плоскостей граней, образующих границу. Предлагается учитывать все типы границ при идентификации полученных микроструктур в микроскоп, с целью определения влияния того или иного типа на физико-механические свойства твердых сплавов, а также на эксплуатационную стойкость.Примером применения такого подхода была проведенная работа по определению влияния легирования карбидами VC, TaC, Cr3C2 (содержание добавки в сплаве 0,15 % по массе) на формирование границ WC-WC разного типа в твердых сплавах WC- 8 % Со. Установлено, что метод количественной оптической металлографии позволяет косвенно установить влияние типов границ WC-WC, которые содержатся в структуре твердых сплавов, на физико- механические и эксплуатационные свойства твердых сплавов.