Содержание к диссертации
Введение
2. Состояние исследуемого вопроса 8
2.1. Исследования процесса разрушения г0РНЬІ*пс"роД>7Шром :,S
2.2. Исследования по совершенствованию породоразрушаеющего инструмента машин ударного действия 15
2.3. Цель и задачи исследования 43
3. Методика и техника проведения экспериментальных исследований 46.
3.1. Исходные положения 46
3.2, Технология изготовления твердых сплавов 48
33. Техника проведения экспериментов 52
3.4. Обработка экспериментальных данные 70
4. Исследование влияния вакуумного спекания на стандартные свойства твердого сгшава, полученного на основе "высокотемпературного" порошка карбида вольфрама, редназначенного для армирования съемных короной пневмоударных - буровых машин 72
4.1. Вакуумное спекание 72 ,
4.2. Выводы по разделу 83
5. Исследование влияния количества легироющей добавки на стандартные свойств а. твердого сплава и установление его оптимального значения для армирования коронок пневмоударных. буровых машин 84
5.1. Исследование влияния количества легирующей добавки карбида тантала на стандартные свойота твердого сплава 84
5.2. Исследование влияния способа введения тантала в сштаь 97
5.3. Стендовые испытания по оценке полученных твердосплавных вставок при бурении крепкой и абразявной горной породы 106
5.4. Выводы по разделу Ю8
6 . Основные выводы и рекомендации
Список использованной литературы 112
Приложения 121
- Исследования по совершенствованию породоразрушаеющего инструмента машин ударного действия
- Технология изготовления твердых сплавов
- Вакуумное спекание
- Исследование влияния количества легирующей добавки карбида тантала на стандартные свойота твердого сплава
Введение к работе
В 80-х годах прошлого столетия горная и строительная промышленность нашей страны ежегодно добывала более 3-4 млрд. мэ горных пород, руд и грунта. При этом в горной промышленности сооружалось 11000 км различного рода подземных выработок. В течение года в стране бурилось более 200 млні метров взрывных скважин [1]. В настоящее время добыча горных пород, руд и грунта снизилась, но ее объем все же остается значителен..
Проходка выработок и сам процесс добычи полезных ископаемых со
пряжен с необходимостью бурения взрывных скважин, на долю которых.в
горнорудной промышленности приходится около половины всех затрат, свя
занных с добычей минерального сырья. Ясно, что совершенствование буро
вой техники — актуальная задача, особенно для бурения скважин в крепких
породах и рудах, где во всем мире применимы в основном пневмоударные
машины. г -j
Не умаляя весомости остальных звеньев комплекса буровой техники, можно утверждать, что ключевым звеном буровых машин и установок является буровой инструмент, тж. именно он реализует поступающую энергию в процесс взаимодействия с породами забоя. Именно работоспособность поро-доразрушающего инструмента существенно влияет на технико-экономические показатели буровой техники в целом.
На современном этапе развития буровой техники в качестве породо-
разрушающего инструмента пневмоударных машин наиболее широкое рас
пространение получили съемные коронки различных конструкций и типо
размеров. Основным элементом коронки являются твердосплавные вставки,
представляющие собой композиционный вольфрамокобальтовый сплав. Этот
сплав получил широкое применение в связи с возможностью варьирования
его эксплуатационными свойствами. +0
^^ Разработка и внедрение коронок повышенной стойкости для оснаще*
ния пневмоударных машин позволят повысить производительность буриль-
щиков, снизить себестоимость руды и увеличить объем ее добычи на существующих производственных мощностях. Следует также отметить, что появление коронок повышенной стойкости служит мощным катализатором разработки новых высокопроизводительных буровых машин, что не раз уже наблюдалось в горном деле. К примеру, разработка коронок повышенной стойкости позволит применять схемы разрушения крепких горных пород с повышенными энергиями единичного удара и скоростями соударения инструмента о породу. Применение повышенных энергий единичного удара приводит к. разрушению горной породы под коронкой по схеме крупного скола, что позволит увеличить чистую скорость бурения и снизить удельную энергоемкость процесса разрушения. Кроме того, разрушение породы крупным сколом уменьшает выброс мелкодисперсной силикозоопасной пыли.
Исходя из этого, целью работы является повышение эффективности бурения шпуров и скважин пневмоударными машинами в крепких и абразивных горных породах путем разработки и создания коронок повышенной стойкости.
Основная идея работы заключается в повышении стойкости коронок для разрушения крепких и абразивных горных пород за счет армирования твердосплавными вставками повышенной прочности и износостойкости.
На защиту выносятся следующие положения:
- Эффективность разрушения крепких горных пород пневмоударны
ми машинами может быть повышена при использовании буровых коронок,
армированных твердосплавными вставками, полученными на основе "высо
котемпературного" порошка карбида вольфрама спеканием в вакууме;
— Эффективность разрушения абразивных горных пород при ударном
бурении может быть повышена в результате увеличения износостойкости
твердосплавной вставки, без снижения прочностных свойств, достигаемой
введением в состав вольфрамакобальтого твердого сплава 1% карбида танта
ла;
— Добавка карбида тантала в состав твердосплавной вставки более 1% снижает ее долговечность при многократном ударе.
Структурно работа состоит из введения, пяти разделов, изложенных на 111 страницах машинописного текста, содержит 29 иллюстраций, 13 таблиц, список литераіурьі из 107 наименований, приложения.
Первым разделом является введение. Во втором разделе анализируется состояние исследуемого вопроса, поставлены цель и задачи исследования. В третьем разделе диссертации приведены параметры методики проведенного исследования. В четвертом — отражены результаты исследования вакуумного спекания твердосплавных вставок, полученных на основе "высокотемпературных" порошков. В пятом — отражены результаты исследования легирования карбидом тантала вольфрамокобапьтовых вставок. Приведены стендовые испытания по стойкости коронок армированных полученными вставками, В шестом разделе сформулированы общие выводы и рекомендации.
При проведении исследования в качестве основного был принят ме
тод, основывающийся на научном анализе и систематизации работ в области
совершенствования ударного разрушения горных пород, сравнительном ана
лизе технологий изготовления твердосплавных вставок для оснащения удар
ного бурового инструмента, экспериментальных исследованиях свойств раз
работанных я созданных твердосплавных вставок в лабораторных условиях,
применении положений теории вероятностей и математической статистики,
использовании ЭВМ и компьютерной техники при обработке эксперимен
тальных данных. ^ т
Работа выполнена в лаборатории механического разрушения горных пород ННЦ ГП - ИГД им, А.А.Скочинекого в 2001-2004 гг.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается представительным объемом испытаний, выполненных с использованием современных апробированных методов и средств исследований; положительными результатами стендовых испытаний; применением методов математической статистики при обработке результатов экспериментов.
Элементы научной новизны диссертации:
— в результате выполненных исследований установлены количествен*
ные зависимости влияния вакуумного спекания в сочетании с легированием
карбидом тантала и использованием "высокотемпературного" порошка кар
бида вольфрама на физико-механические и эксплуатационные свойства твер
досплавных вставок, позволяюших увеличить стойкость коронок при буре
нии взрывных шпуров и скважин в крепких и абразивных горных породах
пневмоударпыми машинами. ***
Практическая ценность:.
— результаты исследований позволяют повысить эффективность буре
ния взрывных шпуров и скважин в крепких и абразивных горных породах
пневмоударными машинами, за счет использования разработанных и создан
ных коронок повышенной стойкости, армированных твердосплавными
вставками с улучшенными физико-механическими и эксплуатационными
свойствами.
Основное содержание работы и отдельные ее положения докладывались и получили одобрение на научных семинарах в ННЦ ГП—ИГД им. А,А. Скочинского (г. Люберцы, 2001-2004 гг.).
По материалам диссертации опубликовано 3 статьи, ссылки на которые даны по тексту работы. ^
Результаты исследований были одобрены ФГУП "Научно - Исследовательский Технологический Институт Угольного Машиностроения" и используются им при разработке коронок для буровых машин. Также результаты исследований были одобрены ЗАО "Бинур" и Техническим Советом ЗАО "Сталь - Трест" и будут использоваться этими оргаїгазациями при разработке и создании бурового инструмента.
*7
в>
*
2. СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДУЕМОГО ВОПРОСА ^Щ
Исследования по совершенствованию породоразрушаеющего инструмента машин ударного действия
В качестве породоразрушатощего инструмента машин ударного действия наибольшее распространение получили съемные коронки различных конструкций и типоразмеров оснащенные во л ьфрамо кобальтовыми вставками. Исследования, направленные на повышение стойкости коронок, можно разделить на две группы: - исследования, направленные на совершенствование конструкции коронки; - исследования, направленные на совершенствования материала коронки.
Первые съемные коронки появились еще в 20-е гг. прошлого столетия в горной промышленности СШЛ и Канады [37], В СССР съемные коронки буров получили распространение значительно позже. Массовое их внедрение относится к 1937 г. За короткий период применение съемных коронок накоп лен значительный опыт по выбору конструкции коронок, марок твердого сплава, конструкции соединения коронки со штангой.
В 1954 г. в Институте твердых сплавов [38] разработаны долотчатые коронки с прерывистым лезвием, а затем и крестовые коронки уменьшенного диаметра 36 и 34 мм и малого диаметра — 32, 30, 28 мм. Как показали испытания, коронки с прерывистым лезвием увеличивали чистую скорость бурения на 20-50 %, а стойкость их возрастала в 1,3 раза по сравнению с коронками со сплошными лезвиями. Период 50-х гг. характеризуется массовым внедрением на рудниках СССР съемных коронок [39]. За рубежом уже было налажено серийное производство коронок [40]. Во второй половине XX в. продолжались поиски более совершенных конструкций коронок [41].
Согласно типажу и ГОСТ 6086-64 основными типами коронок являются долотчатые и крестовые диаметром 28-52 мм которые выпускаются в двух исполнениях для бурения шпуров в породах средней крепости и крепких ].
Долотчатые коронки КДА (рис. 2.1-а) и КДБ (рис. 2, Кб) армируются пластинками твердого сплава формы Г-11 и формы Г-12.
Крестовые коронки ККА (рис. 2,2.а), ККБ (рис. 2.2.6) и ККВ (рис. 2.2.в) также армируются пластинками из твердого сплава, форма которых предусмотрена ГОСТ 3882-61.
Долотчатые коронки со сплошным и прерывистым лезвием изготовляются с двумя боковыми отверстиями диаметром до 8 мм, которые служат для продувки или промывки шпуров, а крестовые коронки с прямоугольными пластинками и цилиндрическими вставками с тремя или одним центральным w отверстием диаметром 10-14 мм.
Институтом ВНИИПТУглемаш предложены съемные буровые коронки КВ-40 и КВ-48 (рис. 2.3.), у которых опорные поверхности пластин твердого сплава наклонены к плоскости забоя под углом 25. Конструкция твердосплавной пластины предложена из предположения, что в области лезвия имеют место рабочие напряжения сжатия, а у основания пластины — напряжения растяжения. В связи с тем, что внутренние "паянные напряжения" имеют обратный знак, напряжения, возникающие при работе коронки, будут снижать общий уровень напряжений в твердом сплаве, Опытные коронки имеют меньший вес твердого сплава- Испытания в породах f=14-18 показали высокие эксплуатационные данные новых коронок, а принятая форма пластинок обеспечила снижение расхода твердого сплава на 30—34% по сравнению с пластинами прямоугольной формы.
Одновременно ведутся исследования по определению рациональных форм твердосплавных вставок и по улучшению технологии изготовления и армирования коронок, что повысит их долговечность и снизит расход твердого сплава.
Технология изготовления твердых сплавов
Разработанный ФГУП ВНИИТС новый ассортимент (на основе высокотемпературных порошков вольфрама и карбида вольфрама) сплавов типа ВК-КС включает четыре марки ВК6-КС, ВК8-КС, ВК10-КС, ВК12-КС, предназначенные для разных видов горно-бурового инструмента (перфораторного, шарошечного, угольного и т.д.). Свойства сплавов ВК-КС в соответствии с действующей НТД приведены в табл.3 Л.
По сравнению со стандартными сплавами типа ВК, ВК-В, ВК-ВК, выпускаемыми по ГОСТ 3882-74 [96], сплавы ВК—КС имеют более жесткие требования по микроструктуре, ограниченные верхние пределы по твердости HRA и более высокие показатели прочности при изгибе по сравненшо со сплавами-аналогами. Кроме того, начиная с 1988 года для сопоставления уровня прочности отечественных сплавов с зарубежными в НТД на сплавы ВК-КС введены показатели аизг по образцам типа «В», используемым зарубежными фирмами.
Однако современные технические требования к буровым сплавам требуют дальнейшего значительного повышения прочности и износостойкости армирующего материала [63].
Требуемые минимальные уровни предела прочности при изгибе и твердости, определенные техническим заданием на разработку высокопрочных сплавов, составляют 2800 МПа и 87,5 HRA и не могут быть достигнуты с помощью традиционных приемов — увеличение содержания кобальта и уменьшение размера зерна карбидной составляющей в твердом сплаве. Необходимо существенное повышение качества сплавов за счет совершенствования технологического процесса их производства: применение более «чистого» исходного сырья и полуфабрикатов, спекание в вакууме, применение F ГИП, вакуумно-компрессионное спекание, легирование и т.д.
В данной работе поиск повышения физических и эксплуатационных свойств сплавов проводился в направлении использования вакуумного спекания в сочетании с легированием танталом.
В настоящей работе принят экспериментальный метод проведения исследований, Оценка различных технологических вариантов получения сплавов, отличающихся составом и структурой, производилась сопоставлением данных лабораторных и стендовых испытаний.
При оценке различных вариантов сплавов комплекс исследуемых параметров включал; - определение стандартных характеристик — плотности (р) сплавов методом гидростатического взвешивания на 2—3 образцах от каждой формы изделий от партии на аналитических весах типа ВЛР-200, твердости (HRA) по Роквеллу определяли на приборе ТК, предела прочности при поперечном изгибе (а зг) на штабиках «А» и «В» проводили на 6 образцах, коэрцитивной силы (Не) проводили на каждой форме изделий от партии на приборе «Кобальт-1»; Щ - определение деформационных характеристик - предела прочности при сжатии (аеж) предела текучести (ат), предельной деформации (En), работы деформации (А„) производились на 4 образцах на испытательной машине ZD-40 по методике ФГУП ВНИИТС; - определение коэффициента интенсивности напряжений (К]С) на 2—3 образцах методом внедрения алмазного индентора по методике ФГУП ВНИИТС [97]; & — определение циклической долговечности при многократном ударе (Иуд) проводились на 15-20 штабиках по методике ФГУП ВНИИТС; — определение критической силы при разрушении зубков (Рк) в условиях сжатия определяли на 5 зубках формы Г2650 по методике ФГУП ВНИИТС; — определение коэффициента износостойкости (Ки),
Для проведения исследований были приготовлены смеси WC-H o с разным содержанием кобальта (массовая доля 65 12 % ) без легирующих добавок, а также содержащие добавки карбида тантала в количестве 1;2 и 5 массовых долей, % (1,2; 2,4 и 6 об. долей, %) по отношению к карбидной фазе сплава,
Добавка вводилась в смесь на стадии мокрого размола, При приготовлении смесей использовали две партии карбида вольфрама с температурой получения вольфрама на первой стадии 900 С, второй стадии - 1200 С и температурой карбидизации 2200 С
Свойства порошка WC: СОБЩ, = 6,13 масс, долей, %, Сев = 0,03 масс. долей, %, адсорбция паров метанола 0,012 мг/г. Использовали порошок кобальта с насыпным весом 0,70 г/см и порошок карбида тантала с содержанием Соьщ. = 6,13 масс; долей, % и Сев.= 0,03 масс, долей, %.
Смеси готовили в лабораторных мельницах емкостыо J ,8 и 3,5 л, футерованных твердыми пластинами, при соотношении веса шаров к весу смеси 2,5:1. Размольными телами являлись твердосплавные шары диаметром 6 мм. Длительность размола составляла 24 часа.. Перед прессованием смеси замешивали на 4,5 % растворе каучука в бензине.
Вакуумное спекание
На основании положительных предварительных результатов по использованию вакуумного спекания в работах ФГУП ВНИИГС исследование влияния вакуумного спекания проводилось на сплавах двух составов с массовым содержанием кобальта 6 и %. Сплавы, изготовленные из "высокотемпературного" карбида вольфрама, обладают повышенной пластичностью, поэтому для исследований был выбран сплав не с % (сплав ВК - наиболее широко применяемый, на сегодняшний день, при армировании бурового инструмента для ударного разрушения крепких горних пород), а с % кобальта, что заведомо позволит повысить твердость сплава и снизить износ коронок.
Пронесе окончательного спекания осуществлялся в печи «Синтервак» американской фирмы "Vacuum industrious , снабженной микропроцессорной техникой и обеспечивающей проведение процесса по заданной программе.
Физико-механические свойства и характеристика микроструктуры сплавов с 6 и % кобальта, спеченных в вакууме и по стандартной. технологии, т.е. в водородной атмосфере, приведены в табл. 4.1., 4,2. В таблице указаны средние значения свойств вакуумного спекания сплавов [ ].
Наряду с определением традиционных свойств (плотности, коэрцитивной силы, твердости HRA и предела прочности при поперечном изгибе) исследовались такие характеристики твердого сплава, как вязкость разрушения, циклическая долговечность, критическая сила при разрушении твердосплавного зубка, деформационные характеристики при одноосном сжатии.
Анализ результатов, (см. табл, 4.1,, 4,2-) показывает, что вакуумное спекание повышает плотность сплавов, снижает размер пор с — мкм до 5- мкм, а также приводит к небольшому уменьшению размера зерен карбидной фазы.
Проведенные исследования показали, что в процессе вакуумного спекания увеличивается количество растворенного вольфрама в кобальтовой фазе (в сплаве с массовой долей кобальта % отмечено увеличение с 4 до 5,5 %).
Наблюдаемые изменения микроструктуры и состава связующей фазы обуславливают изменение физико-механических свойств: тенденция к повышению коэрцитивной силы, твердости HRA, предела прочности при изгибе, вязкости разрушения, циклической долговечности, прочности зубков (рис.4.L-4.5.).
Изменение деформационных характеристик (величины предельной пластической деформации Еп и работы деформации Ап) имеет неоднозначный характер: снижение на малокобальтовом сплаве (6% кобальта) и некоторое повышение в сплаве с % кобальта, что, по-видимому, связано с одно- временным влиянием дисперсности карбидной составляющей и содержанием растворенного в кобальте вольфрама.
Из диаграммы (см. рис. 4Л-) видно, что у сплавов, спеченных в вакууме, наблюдается повышение предела прочности при поперечном изгибе. Это связано с уменьшение пористости, а главное с уменьшением размера пор с мкм до 5-Ю мкм. Поры являются концентраторами напряжений при нагружении образца и являются очагом зарождения и роста трещин. Отмечено, что крупные поры имеют более вытянутую, следовательно, наиболее опасную форму для зарождения и роста трещины. Особенно опасно попадание таких лор на дефектные площадки, закладываемые во вставку при традиционной схеме однооспого прессования. Так называемыми дефектными площадками называются площадки, на которых отношение касательных напряжений к нормальным имеет макси мальное значение. Существование таких площадок наглядно показано в кни ги А.Ф.Ревуженко [ ]. Наличие площадок показано на примере различных сыпучих материалов, с помощью прибора однородного сдвига. Семейство площадок закладывается и в нашем случае, при одноосном, прессовании твердосплавных заготовок. В процессе жидкофазного спекания площадки не устраняются и переходят в конечное изделие — твердосплавную вставку. Это является в настоящий момент серьезной проблемой, т.к. выкрашивание и полное разрушение твердосплавных вставок в процессе эксплуатации проис ходит именно по этим площадкам. Поэтому необходимо при дальнейшем совершенствовании твердосплавных вставок для горного инструмента разработать такие способы прессования твердосплавных заготовок, которые позволят устранить дефектные площадки. Наложение вибрации при прессовании не дает гарантированного устранения этих площадок. Снижение пористости при вакуумном спекании более заметно проявляется на повышении долговечности при циклическом нагружении (для сплава с % кобальта долговечность увеличилась с до тысяч циклов (см, рис. 4.4)). Этот параметр позволяет более объективно оценить повышение свойств твердого сплава, спеченного в вакууме, для ударного разрушения горных пород, По результатам экспериментов мы также отмечаем рост показателя критической силы при разрушении твердосплавной вставки. В наших экспериментах разрушали вставки формы Г , применяемых для оснащения штыревых шарошек. Увеличение этого показателя дает возможность повышать осевое давление при шарошечном бурении.
Рост прочностных показателей твердого сплава для оснащения бурового инструмента ударного действия позволит снизить расход коронок по причине выкрашивания или поломок твердое плавных вставок. Увеличение прочности также дает основание для применения повышенных энергий единичного удара при разрушении крепких горных пород.
Увеличение твердости (см. рис. 4.2.) обуславливается, по-видимому, большей растворимостью карбида вольфрама в кобальтовой фазе. В процессе вакуумного спекания идет некоторое обезуглероживание спекаемых образцов, Обезуглероживание может произойти в результате взаимодействия с остатками воздуха в рабочем пространстве печи, с адсорбированными окисляющими газами, а также вследствие восстановления имеющихся в образце окислов примесью свободного углерода и углеродом карбида. Углерод в значительной степени влияет на растворимость вольфрама в кобальте, С уменьшением содержания углерода растворимость вольфрама в кобальтовой фазе растет.
Исследование влияния количества легирующей добавки карбида тантала на стандартные свойота твердого сплава
С целью повышения износостойкости буровых коронок для оснащения машин ударного действия, в данной работе были проведены исследования по влиянию добавок карбида тантала в количестве от 1 до 5 масс, долей, % на структуру и свойства сплавов с массовым содержанием кобальта 12% [105]. Сплавы были получены на основе "высокотемпературного" порошка карбида вольфрама.
Характеристика используемого порошка карбида тантала: содержание углерода общего (СОБЛІ) = 6,13 %, содержание углерода свободного (Сев) = 0,03 Уо, адсорбдия паров метанола А = 0,030 мг/г, средний размер зерен по Фишеру 3,8 мкм. Добавки карбида тантала вводили в смесь при размоле в количестве 1; 2; 5 масс, долей, % (1,2; 2,4 и 6 об. далей, %) по отношению к карбидной фазе сплава.
Свойства сплава с массовым содержанием кобальта 12%, легированного карбидом тантала с использованием вакуумного спекания, приведены в табл, 5.L и 5.2. %" В сплавах не отмечено наличие свободного углерода и хрупкой фазы rjL(W3Co3C). Из приведенных данных, (см, табл. 5.1, 5,2.) видно, как изменяются структура и свойства сплава с массовой долей кобальта 12 % при введении карбида тантала в количестве 1; 2 и 5 масс, долей, %.
Полученные результаты показали, что при добавлении 1 % карбида тантала наблюдаются следующие изменения в структуре сплава: появляется вторая карбидная фаза твердого раствора (Та, W)C в виде зерен размером 3—5 мкм, увеличивается объем зерен карбида вольфрама мелкой фракции 1—3 мкм с 44 до 60 %, средний размер зерен карбида вольфрама в сплаве снижается с 4,1 до 3,4 мш (см. табл. 5.1.) Изменения в структуре приводят к изменению физико-механических свойств твердого сплава: наблюдается повышение коэрцитивной силы Нс, твердости HRA, прочности ирл поперечном изгибе о изгі критической силы для разрушения Рк, вязкости разрушения КС- Прочность при сжатии аСж остается без изменений- Деформационные характеристики (Еп и Ап) и циклическая долговечность Иуд снижаются, хотя и незначительно.
Увеличение количества карбида.тантала от 2 до 5 масс, долей, % практически не оказывает дальнейшего значительного влияния на структуру и свойства сплава с массовым содержание кобальта 12%: объем фракции зе-реп 1-3 мкм увеличивается незначительно (с 60 до 70 %), средний размер зерен карбида вольфрама (dWc)ocTaeTC на уровне 3,3 мкм.
Увеличивается объем второй карбидной фазы (рис. 5.1., 5.2., см. табл. 5.1.). Коэрцитивная сила, твердость, прочность при сжатии практически не изменяются по сравнению со сплавом, содержащим 1 % карбида тантала. Прочность при изгибе при этом снижается. Вязкость разрушения К!С несколько возрастает..
Такой характер изменения физико-механических свойств твердых сплавов может быть, по видимому, обусловлен уменьшением размера зерна карбида вольфрама, изменением свойств карбидной фазы за счет растворения карбида вольфрама в карбиде тантала с образованием твердого раствора на основе карбида тантала, разным количеством второй карбидной фазы в сплаве и различным составом кобальтовой фазы. Анализ полученных данных в целом показывает, что наибольший эф фект достигается при добавлении карбида тантала в количестве 1 масс, доли, %.
Большее содержание карбида тантала (2 и 5 масс, долей %) к дальнейшему повышению физико-механических свойств твердого сплава не приводит. Также нельзя забывать о высокой стоимости карбида тантала.
Добавка карбида тантала в исследуемые сплавы приводит к увеличению объема зерен карбида вольфрама размером 1—3 мкм и уменьшению среднего размера зерен карбида вольфрама. Структурные изменения в сплаве подтверждаются ростом коэрцитивной силы. Уменьшение среднего размера зерна происходит, по всей видимости, из-за того, что карбид тантала, адсор-бируясь на зернах карбида вольфрама, затрудняет процесс перекристаллизации через жидкую фазу при спекании, а т.к. перекристаллизация является основным механизмом роста зерен карбида вольфрама, то средний размер карбидной фазы (WC) уменьшается.
Уменьшение размера зерен карбидной фазы приводит к уменьшению толщины прослоек кобальтовой фазы, в результате увеличивается сопротивление кобальтовых прослоек пластической деформации, что приводит к росту твердости сплава в целом.
Растворимость тантала в кобальтовой связке крайне мала, но даже при малом содержании тантала в кобальте, по-видимому, уменьшается энергия дефекта упаковки, чем и объясняется увеличение величины прочности при поперечном изгибе твердого сплава с 1% карбида тантала. Также увеличение прочности связано с путем прохождения разрушаюшей трещины.
