Состав для получения твердого сплава

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СОСТАВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТВЕРДОГО СПЛАВА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(72) Авторы Побережный Сергей Владимирович Шелехина Виктория Михайловна Исупов Михаил Александрович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(57) Состав для получения твердого сплава, содержащий порошок твердого сплава -,отличающийся тем, что дополнительно содержит ультрадисперсный порошок оксида алюминия и ультрадисперсный порошок борида хрома при следующем соотношении компонентов, мас.порошок твердого сплава 96,5-97,5 порошок оксида алюминия 0,5-1,0 порошок борида хрома 2,0-2,5. Изобретение относится к области твердых сплавов, в частности к материалам на основе карбида вольфрама. Материалы широко используются в обрабатывающей и в других отраслях промышленности. Физико-механические характеристики сплавов - определяются рядом факторов соотношением составляющих фаз карбида вольфрама и кобальта, размером зерна карбида вольфрама, степенью связанности и смежности карбидных зерен, наличием легирующих добавок и т.д. Повышению физико-механических и эксплуатационных свойств твердых сплавов - придается большое значение. Весьма перспективным для этой цели является применение ультрадисперсных порошков 1. Традиционное для твердых сплавов спекание в вакууме или в газовой среде при использовании таких порошков неприменимо, так как обычные методы не позволяют сохранить дисперсное карбидное зерно. Имеются сведения о применении нанодисперсных порошков для получения твердых сплавов -, средний размер частиц порошков которого составляет порядка 100 нм 2. При этом для уплотнения порошковой смеси используют метод горячего изостатического прессования при 1000 С. Однако применение горячего изостатического прессования значительно удорожает стоимость изделий и ограничивает их номенклатуру. 14245 1 2011.04.30 Имеются данные об изготовлении сплавов - и - на основе ультратонких порошков с применением спекания высокочастотным индукционным нагреванием(СВИН) 3. СВИН позволяет получить очень быстрое уплотнение до почти теоретической плотности и замедляет рост зерна в наноструктурных материалах. Однако использование метода СВИН при изготовлении изделий на основе ультрадисперсных твердосплавных порошков также ограничивает их производство из-за высокой стоимости получаемых изделий и ограничения их размеров. В качестве прототипа выбран твердый сплав на основе карбида вольфрама, в который вводят нанодисперсные добавки нитрида титана 4. Ультрадисперсные частицы нитрида титана (при условии равномерного распределения по объему шихты), являясь своеобразным барьером для процессов вторичной рекристаллизации, позволяют предотвратить рост зерна карбида вольфрама и увеличить прочность твердого сплава за счет образования мелкодисперсной структуры. В работе предлагается вводить нитрид титана на стадии мокрого помола шихты, причем применяется нитрид, полученный плазмохимическим синтезом и обладающий высокой дисперсностью. Из полученных порошков по традиционной технологии (прессование с последующим спеканием в вакууме) получали требуемые изделия. Однако применение в качестве добавки ультрадисперсных порошков нитрида титана позволяет упрочнять сплав только за счет предотвращения роста карбидного зерна, не влияя при этом на металлическую фазу (Со). Техническая задача - повышение свойств твердого сплава за счет упрочнения карбидной и металлической фазы. Поставленная техническая задача достигается тем, что состав для получения твердого сплава, содержащий порошок твердого сплава -, дополнительно содержит ультрадисперсный порошок оксида алюминия и ультрадисперсный порошок борида хрома при следующем соотношении компонентов, мас.порошок твердого сплава 96,5-97,5 порошок оксида алюминия 0,5-1,0 порошок борида хрома 2,0-2,5. Экспериментально установлено, что введение в твердый сплав на основе карбида вольфрама комбинированной добавки оксида алюминия и борида хрома в заданном интервале повышает микротвердость, параметр вязкости разрушения 1 и износостойкость твердого сплава. Повышение свойств твердого сплава на основе карбида вольфрама объясняется двумя факторами 1) ультрадисперсный оксид алюминия не взаимодействует с карбидной фазой и металлической связкой, адсорбируется на поверхности карбидных зерен, препятствует их коалесценции и росту, кроме того, равномерно распределяясь в кобальте, тормозит развитие трещин при испытаниях 2) борид хрома взаимодействует с кобальтом, образуя с ним сложные соединения, которые упрочняют связку. Содержание добавки в твердом сплаве в интервале 0,5-1 мас.оксида алюминия и 2,0-2,5 мас.борида хрома обусловлено следующим. Снижение содержания оксида алюминия менее 0,5 мас. , а борида хрома менее 2 мас.ведет к существенному ухудшению характеристик. Повышение содержания оксида алюминия свыше 1 мас.ведет к значительному увеличению пористости из-за снижения смачиваемости твердой фазы расплавленной металлической связкой, значительному снижению прочности сплава. Повышение содержания борида хрома свыше 2,5 мас.ведет к уменьшению твердости,прочности и износостойкости сплава из-за повышенного содержания сложных хрупких фаз. Сущность предлагаемого изобретения поясняется в примерах. 2 14245 1 2011.04.30 Примеры 1-5. Смеси исходных порошков твердого сплава ВК 15 (дисперсность порядка 1,5 мкм) и плазмохимических порошков оксида алюминия и борида хрома (дисперсность агрегатов частиц 0,5-1 мкм) при требуемом соотношении компонентов подвергались смешиваниюразмолу в аттриторе в течение 2 ч при скорости вращения вала мешалки 200 об/мин, в спирте. Агрегаты частиц оксида алюминия и борида хрома разрушались до размера 100150 нм и равномерно распределялись между частицами карбида вольфрама и кобальта. Дисперсность порошков твердого сплава после обработки в аттриторе меняется незначительно. Полученные порошки прессовали при давлении 150 МПа и спекали в вакууме при температуре 1340-1360 С в течение 40-60 мин при остаточном давлении в камере печи 10-3 мм. рт. ст. На спеченных образцах определяли микротвердость по ГОСТ 9450-76, прочность на изгиб по ГОСТ 20019-74 и интенсивность изнашивания материалов при трении по стальному диску (диаметр 49,3 мм) при нагрузке 100 , линейной скорости вращения 2,3 м/с. Интенсивность изнашиванияопределяли по формуле,/, где- размер лунки изнашивания,- пройденный путь. Свойства полученных материалов приведены в таблице/п/п 1 2 3 4 5 Прототип,соотношение 91 Прочность Интенсивность изна изгиб,нашивания, 10-7 МПа 1920 1,2 2140 0,9 2230 0,6 2180 0,8 1860 1,0 Таким образом, предлагаемый состав позволяет получать твердый сплав на основе карбида вольфрама с повышенными характеристиками микротвердостью 1220-1280 МПа(у прототипа 1200 МПа), прочностью на изгиб 2140-2230 МПа (у прототипа 2100 МПа),интенсивностью изнашивания 0,6-0,910-7 (у прототипа 1,010-7). Источники информации 1. Панов В.С., Нарва В.К. Научные положения регулирования свойств спеченных твердых сплавов (аналитический обзор) // Цветная металлургия. - 2004.-6. - С. 28-35. 2..,.,. .,.-// . . . - 2002. 37. - . 19. - . 4189-4195. 3.-,-,-,-.-8-8-//. . - 2006. - 12. - . 2. . 141-146. 4. Орданьян С.С., Андронова , Владимирова .А., Пантелеев И.Б. Структура и свойства твердых сплавов // Цв. мет. - 2004. - . 8. - . 105-108. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3