Способ изготовления твердосплавного изделия на основе карбида вольфрама

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТВЕРДОСПЛАВНОГО ИЗДЕЛИЯ НА ОСНОВЕ КАРБИДА ВОЛЬФРАМА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(72) Авторы Побережный Сергей Владимирович Шелехина Виктория Михайловна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(57) Способ изготовления твердосплавного изделия на основе карбида вольфрама, включающий замешивание шихты, ее прессование и спекание, отличающийся тем, что после прессования проводят отжиг прессовки при температуре 1020 С в течение 2 часов в порошковой алюмотермической смеси, содержащей оксид титана, оксид ванадия, оксид вольфрама, оксид молибдена, оксид магния, алюминиево-магниевую лигатуру АМД, хлористый аммоний и оксид алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.оксид титана 20-22 оксид ванадия 7-9 оксид вольфрама 4-6 оксид молибдена 7-9 оксид магния 1-2 лигатура АМД 18-20 хлористый аммоний 1-2 оксид алюминия остальное. Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам изготовления твердосплавных изделий, и может быть использовано для изготовления твердосплавных изделий, работающих в условиях интенсивного износа. Известны способы изготовления твердосплавных смесей путем одновременного смешивания карбидов и кобальта в шаровой мельнице в среде этилового спирта 1. Недостатком данного способа изготовления твердосплавных смесей является высокая остаточная пористость твердосплавных изделий после спекания - более 1 . В качестве прототипа выбран способ изготовления твердосплавных смесей путем совместного размола порошков карбидов и порошка кобальта в шаровой мельнице 2. При таком способе изготовления твердосплавных смесей достигается высокая плотность твердосплавных изделий после спекания, но при этом сам полученный порошок представляет собой механическую смесь исходных компонентов и изделия, полученные из него, не обладают достаточной прочностью на сжатие и относительно невысокой износостойкостью. 14208 1 2011.04.30 Техническая задача, которую решает предлагаемое изобретение, заключается в повышении эксплуатационной стойкости твердосплавных изделий (например, режущего инструмента, фильер, волок, вырубного и высадочного инструмента), работающих в условиях интенсивного износа, за счет проведения предварительного отжига в порошковых алюмотермических смесях на основе оксидов переходных металлов. Технический результат достигается тем, что в способе изготовления твердосплавных изделий на основе карбида вольфрама, включающем замешивание исходной шихты, прессование, предварительный отжиг и спекание, предварительный отжиг проводят в порошковой алюмотермической смеси на основе оксидов переходных металлов, содержащей оксиды титана, ванадия, вольфрама, молибдена, алюминия, магния, хлористый аммоний, а в качестве восстановителя - алюмомагниевую лигатуру (АМД) при следующем соотношении компонентов, в мас.оксид титана 20-22 оксид ванадия 7-9 оксид вольфрама 4-6 оксид молибдена 7-9 лигатура (АМД) 18-20 оксид магния 1-2 хлористый аммоний 1-2 оксид алюминия - остальное, при температуре 1020 С в течение 2 часов. Опытным путем установлено, что при предварительном отжиге твердосплавных изделий на основе карбида вольфрама предлагаемым способом на поверхности изделий формируется диффузионный карбидный слой, причем его формирование происходит не за счет углерода, диффундирующего из карбида вольфрама , что являлось бы причиной перехода карбида вольфрамав хрупкий полукарбид вольфрама 2, а за счет продуктов разложения пластификатора (каучук), в связи с чем полностью исключено наличие в структуре полукарбида вольфрама 2, что приводит к значительному улучшению физико-механических свойств, а сформировавшийся на поверхности слой карбидов переходных металлов резко повышает сопротивление твердосплавного изделия износу в процессе эксплуатации. Сущность изобретения поясняется следующим примером. Твердосплавная смесь ВК 8 замешивалась с пластификатором, после чего полученная тестообразная масса подсушивалась и гранулировалась. Шихта, полученная таким образом, была готова к прессованию экспериментальных образцов. Изготавливали образцы нескольких типоразмеров 1) для испытаний на предел прочности при изгибе в соответствии с международным стандартом ИСО 3327 2) для испытаний на предел прочности при сжатии в соответствии с ГОСТ 27034-84. Прессование образцов осуществляли на пресс-автомате фирмыв пресс-форме по схеме двухстороннего прессования. Отжиг и спекание образцов осуществляли в вакуумной печи сопротивления Г при температурах 1360-1380 С. Спрессованные образцы помещали в контейнер в засыпке из алюмотермической смеси на основе оксидов переходных металлов, содержащей оксиды титана, ванадия, вольфрама,алюминия, магния, хлористый аммоний, оксид молибдена, а в качестве восстановителя алюмомагниевую лигатуру (АМД) при следующем соотношении компонентов, в мас.оксид титана 20-22 оксид ванадия 7-9 оксид вольфрама 4-6 оксид молибдена 7-9 лигатура (АМД) 18-20 оксид магния 1-2 хлористый аммоний 1-2 оксид алюминия - остальное 3, под плавким затвором и отжигали в камерной печи с окислительной атмосферой при температуре 1020 С в течение 120 мин с целью удаления пластификатора и образования на поверхности образцов слоя карбидов переходных металлов. Операцию окончательного спекания проводили в печи СГВ-2.4.2/15 ИЗ. Режим спекания выбрали следующий подъем до 900 С - 120 мин, выдержка при 900 С - 30 мин,подъем до 1200 С - 60 мин, выдержка при 1200 С - 30 мин, подъем до 1380 С - 90 мин,выдержка - 40 мин. Охлаждение до 800 С, выдержка при 800 С - 40 мин, далее охлаждение с печью до комнатной температуры. Остаточное давление - 1,3310 Па. 2 14208 1 2011.04.30 Коэффициент усадки образцов после спекания составил 1,23. Анализ полученных результатов исследования микроструктуры и фазового состава порошкового твердосплавного материала на основе карбида вольфрама до и после обработки показал, что в процессе обработки по предлагаемому способу на поверхности образуется диффузионный слой, состоящий из карбидов титана и ванадия, легированных молибденом и вольфрамом, присутствие в подслое полукарбида вольфрама -фазы не обнаружено. Износостойкость твердосплавных пластин определяли при резании стати 40 при следующих параметрах режима резания скорость 100 м/мин подача 0,3 мм/об. глубина 1 1,5 2 мм. Износостойкость определяли как время работы твердосплавной режущей пластины до износа по задней грани 0,5 мм. Сравнительные данные по износостойкости твердосплавного инструмента, пределам прочности на изгиб и сжатие приведены в таблице. Способ Известный Предлагаемый Предел проч- Предел прочности на сжа- ности на изтие, ГПа гиб, ГПа 3,8 1,66 3,8 1,66 Как видно из приведенных результатов, предел прочности при изгибе и предел прочности при сжатии у инструмента, обработанного по предлагаемому способу, на уровне полученных по известному способу, а износостойкость в 2-4 раза выше, чем у известного,в зависимости от глубины резания. Источники информации 1. Третьяков В.И. Основы металловедения и технологии производства спеченных твердых сплавов. - М. Металлургия, 1976. - 528 с. 2.2203340 С 2, МПК 7222 9/08, 22 3/12, 2003. 3. А.с.СССР 1570342, МПК 23 10/56. 1990. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3