Традиционно при бурении крепких, весьма крепких и абразивных горных пород рекомендуется применять вольфрамокобальтовый твердый сплав ВК15. Мониторинг информационных источников по вопросу возможностей повышения потенциала материала продемонстрировал наличие механизмов, обеспечивающих структурные превращения, провоцирующие повышение показателей прочности, твердости и ударной вязкости материала. Применение таких технологических приемов взамен традиционных приведет к повышению эффективности работы и срока эксплуатации инструмента. В ходе работы получены экспериментальные образцы сплава ВК15, спеченные по четырем разным модернизированным режимам. На полученных экспериментальных образцах проведен сравнительный анализ свойств. Результаты металлографического исследования, осуществляемого на микроскопе «Carl Zeiss», позволили оценить распределение зерен карбида вольфрама в кобальтовой связке и продемонстрировать измельчение карбидной фазы. Так, при традиционном спекании количество зерен карбида вольфрама средним размером менее 1 мкм в диаметре от всего размерного диапазона достигает 19,5 %, в то время как после дополнительной термической обработки с выдержкой 1280°С – 41,5 %; 900°С – 59,1 %; 600°С – 54,5 %. Максимальное из исследуемых экспериментальных образцов увеличение твердости на 18 %, коэрцитивной силы – на 49 %, трещиностойкости – на 11 % традиционного сплава достигнуто на режиме 900-1280 °С. Выдвинута гипотеза о формировании дополнительных структурных элементов, не выявляемых методами оптической металлографии. Исследования топологии и структуры образцов на атомно-силовом микроскопе подтвердили наличие наноразмерных включений от 20 до 40 нм, предположительно карбида вольфрама, в кобальтовой связке. Для ВК15 сравнительные исследования свойств и анализ микроструктуры экспериментальных образцов, полученных по традиционному режиму спекания и модернизированной технологии, показали, что режим спекания при 900 °С является приоритетным. Таким образом, разработанная технология, включающая спекание порошков в протоке водорода до 750 °С, с 750 до1450 °С в вакууме, подачу на максимальной температуре 1450 °С в течение 15 мин аргона под давлением 60 бар, последующее охлаждение до 900 °С и выдержку в течение часа, может быть рекомендована как наиболее рациональная для раскрытия потенциала материала и обеспечения повышенного уровня свойств бурового инструмента.

Traditionally, when drilling hard and abrasive rocks, it is recommended to use a tungsten-cobalt hard alloy VK15. The analysis of information on the possibility of improving the potential of the material has demonstrated the existence of mechanisms that provide structural transformations that enhance its strength, hardness and toughness. The use of such technology instead of traditional methods will lead to an increase in the operating efficiency and durability of the tool. During the work, experimental samples of alloy VK15 were obtained by sintering in four different modes. Then their properties were analyzed. The results of the metallographic study carried out on the «Carl Zeiss» microscope made it possible to estimate the distribution of tungsten carbide grains in cobalt bon and show the grinding of the carbide phase. Thus, with traditional sintering, the amount of tungsten carbide grains with an average size of less than 1 μm in diameter from the entire size range reaches 19.5 %, while after additional heat treatment with a holding time of 1280 °C, the value was 41.5 %; 900 °C – 59.1 %; 600 °С – 54.5 %. The maximum improvement results were the following: hardness by 18 %, a coercive force by 49 %, and crack resistance by 11 % of the traditional alloy, there were achieved at 900-1280 °C. A hypothesis has been put forward on the formation of additional structural elements not detected by the methods of optical metallography. Studies of the topology and structure of the samples on an atomic force microscope confirmed the presence of nanoscale inclusions from 20 to 40 nm (presumably tungsten carbide) in a cobalt bond.For VK15, comparative studies of properties and analysis of the microstructure of experimental samples obtained by the traditional sintering and modified technology have shown that the sintering mode at 900 °C is a priority.