Способ поверхностного упрочнения твердосплавных изделий на кобальтовой связке

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОВЕРХНОСТНОГО УПРОЧНЕНИЯ ТВЕРДОСПЛАВНЫХ ИЗДЕЛИЙ НА КОБАЛЬТОВОЙ СВЯЗКЕ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(72) Авторы Ильющенко Александр Федорович Побережный Сергей Владимирович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(57) Способ поверхностного упрочнения твердосплавного изделия на кобальтовой связке,включающий загрузку цинка и твердосплавного изделия на поддон в вакуумную печь,расплавление цинка и осуществление экстрагирования в него кобальта до получения на поверхности твердосплавного изделия слоя глубиной 10-20 мкм с пористостью 5-6 , цементацию изделия при температуре 1100 С в течение 4 часов и его насыщение в алюмотермической смеси, содержащей оксиды ванадия, титана, молибдена и вольфрама,алюмомагниевую лигатуру в качестве восстановителя, оксид магния в качестве балластной добавки и хлористый аммоний в качестве активатора. Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам поверхностного упрочнения твердосплавных изделий, и может быть использовано для изготовления твердосплавных изделий, работающих в условиях высоких давлений и температур. Известны составы для химико-термической обработки твердых сплавов в алюмотермических смесях на основе оксидов переходных металлов 1. Недостатками данного способа поверхностного упрочнения твердых сплавов являются слабая адгезия образующегося покрытия к твердосплавной подложке и, как следствие, повышенная скалываемость покрытия при эксплуатации. В качестве прототипа выбран способ поверхностного упрочнения в составе для комплексного насыщения твердосплавного инструмента, содержащем оксиды хрома, ванадия,ниобия и алюминия, а также порошок алюминия в качестве восстановителя и хлористый аммоний в качестве активатора процесса насыщения 2. Насыщение твердосплавного инструмента проводят в контейнере под плавким затвором. При таком способе поверхностного упрочнения твердосплавного инструмента толщина диффузионного карбидного слоя не превышает 12 мкм, что недостаточно для эффективного повышения износостойкости твердосплавного инструмента, работающего в условиях интенсивного абразивного износа,например пескоструйных сопел и проводок металлокорда. 16854 1 2013.02.28 Техническая задача, которую решает предлагаемый способ поверхностного упрочнения твердосплавных изделия на кобальтовой связке, включающий загрузку цинка и твердосплавного изделий на поддон в вакуумную печь, расплавление цинка и осуществление экстрагирования в него кобальта до получения на поверхности твердосплавного изделия слоя глубиной 10-20 мкм с пористостью 5-6 , цементацию изделия при температуре 1100 С в течение 4 ч и его насыщение в алюмотермической смеси, содержащей оксиды ванадия, титана, молибдена и вольфрама, алюмомагниевую лигатуру в качестве восстановителя, оксид магния в качестве балластной добавки и хлористый аммоний в качестве активатора, заключается в повышении эксплуатационной стойкости твердосплавного инструмента с нанесенным карбидным покрытием, работающего в условиях динамических нагрузок. Данный технический прием известен авторам по 3, где экстрагирование кобальта в цинк по вышеприведенной схеме используется для переработки кусковых отходов твердосплавных изделий в порошок карбида вольфрама и кобальта. Опытным путем установлено, что при нанесении покрытия на предварительно обработанный в цинке и подвергнутый цементации твердосплавный инструмент толщина карбидного слоя за счет повышенной пористости на поверхности обрабатываемого инструмента и, таким образом облегченного процесса диффузии насыщающих элементов увеличивается в 4-6 раз до 25 мкм, что существенно повышает его стойкость к изнашиванию, а повышенное содержание углерода в поверхностных слоях позволяет избежать образования в подслое обезуглероженной зоны, снижающей прочность твердосплавного инструмента. Сущность изобретения поясняется следующим примером. Пример. Токарные неперетачиваемые пластины из сплава ВК 15 (далее - пластины) (основа карбид вольфрама, металл-связка - 15 кобальта) в количестве 10 шт. помещали на поддон вместе с порошком цинка (массой 4 кг). Поддон помещали в вакуумную печь, оборудованную конденсатором, расположенным внутри. Печь вакуумировали, а затем заполняли азотом. При давлении азота 0,2 атм печь разогревали до 850 С и выдерживали при этой температуре в течение 0,2 ч для экстрагирования кобальта в расплавленный цинк. После этого печь вновь вакуумировали с одновременной подачей воды в водоохлаждаемый конденсатор. При этом происходили отгонка цинка и конденсация его на поверхности холодильника. Процесс вакуумирования и отгонки цинка длился 7 часов. Затем реактор вновь заполняли азотом, охлаждали в течение 3 ч и демонтировали, извлекали твердосплавные сопла. Затем проводили газовую цементацию при температуре 1100 С в течение 4 ч, а затем насыщение пластин в известном составе 2, содержащем оксиды хрома, ванадия, ниобия и алюминия, а также порошок алюминия в качестве восстановителя, и хлористый аммоний в качестве активатора процесса насыщения, в контейнере под плавким затвором при температуре насыщения 1000 С и времени 6 ч. Измерение толщины диффузионного карбидного слоя проводили при исследовании микроструктуры образцов на металлографическом микроскопе Поливар (фирма Райхерт,Австрия). Износостойкость пластин определяли при токарном точении стали 40 Х при скорости резания 100 м/мин, глубине резания 1,5 мм и подаче 0,3 мм. Критерием износа являлась лунка износа по задней грани пластины с предельным размером 0,8 мм. Данные по толщине диффузионного карбидного слоя и времени работы пластин приведены в таблице. Способ обработки Известный Предлагаемый Толщина диффузионного карбидного слоя, мкм 8-12 23-48 2 Коэффициент повышения стойкости 1 2,2 16854 1 2013.02.28 Таким образом, толщина диффузионного карбидного покрытия увеличилась в 3-4 раза,а износостойкость пластин из сплава ВК 15 - в 2,2 раза. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3