Состав для получения твердого сплава

(51) МПК 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(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(57) Состав для получения твердого сплава, содержащий порошок твердого сплава и ультрадисперсный порошок борида хрома, отличающийся тем, что дополнительно содержит ультрадисперсные порошки оксида циркония и карбида кремния при следующем соотношении компонентов, мас.порошок твердого сплава 96,3-97,5 порошок борида хрома 1,5-2,0 порошок оксида циркония 0,5-1,0 порошок карбида кремния 0,5-0,7. Изобретение относится к области твердых сплавов, в частности к материалам на основе карбида вольфрама. Материалы широко используются во многих отраслях промышленности. Физикомеханические, эксплуатационные характеристики твердых 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. В изделиях из твердых сплавов наследуются качества исходных порошков, поэтому обеспечение необходимых свойств порошков является ключевой проблемой современного производства твердых сплавов. Весьма перспективным направлением с целью повышения характеристик является применение ультрадисперсных порошков 1. Традиционное для твердых сплавов спекание в вакууме или в газовой среде при использовании таких порошков не применимо, 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 этого метода значительно удорожает стоимость изделий и ограничивает их номенклатуру. 17312 1 2013.06.30 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. Для повышения характеристик в твердый сплав на основе карбида вольфрама вводят нанодисперсные добавки нитрида титана 4. Ультрадисперсные частицы нитрида (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 качестве прототипа выбран твердый сплав на основе карбида вольфрама, в который вводят ультрадисперсные добавки оксида алюминия и борида хрома 5. Ультрадисперсные частицы оксида алюминия не взаимодействуют с карбидной фазой и металлической связкой, адсорбируются на поверхности карбидных зерен, препятствуя их коалесценции и росту, кроме того, равномерно распределяясь в кобальте, тормозят развитие трещин, борид хрома взаимодействует с кобальтом, образуя с ним сложные соединения, которые упрочняют связку. Из полученных порошков по традиционной технологии (прессование с последующим спеканием в вакууме) получали требуемые изделия. Однако оксид алюминия позволяет упрочнять сплав только за счет предотвращения роста карбидного зерна, не взаимодействуя при этом с карбидной и металлической фазами. Техническая задача - повышение свойств твердого сплава за счет упрочнения карбидного зерна металлической связкой при введении керамических добавок, взаимодействующих с карбидной и металлической фазами. Поставленная техническая задача достигается тем, что состав для получения твердого сплава, содержащий порошок твердого сплава - и ультрадисперсный порошок борида хрома, дополнительно содержит ультрадисперсные порошки оксида циркония и карбида кремния при следующем соотношении компонентов, мас.порошок твердого сплава 96,3-97,5 порошок борида хрома 1,5-2,0 порошок оксида циркония 0,5-1,0 порошок карбида кремния 0,5-0,7. Экспериментально установлено, что введение в твердый сплав на основе карбида вольфрама комбинированной добавки оксида циркония, карбида кремния и борида хрома в заданном интервале повышает микротвердость, параметр вязкости разрушения К 1 и износостойкость твердого сплава. Повышение свойств твердого сплава на основе карбида вольфрама объясняется тем,что комплексная добавка оксида циркония и карбида кремния частично взаимодействует с карбидной фазой, упрочняя ее, кроме того, частицы карбида кремния и оксида циркония адсорбируются на поверхности карбидных зерен, что препятствует их коалесценции и росту. Взаимодействуя с кобальтом, комплексная добавка образует с ним сложные соединения, которые упрочняют связку. Содержание добавки в твердый сплав в интервале 0,5-1 мас.оксида циркония,0,5-0,7 мас.карбида кремния и 1,5-2,0 мас.борида хрома обусловлено следующим. Снижение содержания оксида циркония и карбида кремния менее 0,5 мас. , а борида хрома менее 1,5 мас.ведет к ухудшению характеристик. Повышение содержания оксида циркония свыше 1 мас. , карбида кремния свыше 0,7 мас.ведет к уменьшению прочности сплава из-за увеличения пористости. Повышение содержания борида хрома свыше 2,0 мас.ведет к уменьшению твердости, прочности и износостойкости сплава изза повышенного содержания сложных хрупких фаз. 2 17312 1 2013.06.30 Сущность предлагаемого изобретения поясняется в примерах. Примеры 1-5. Смеси исходных порошков твердого сплава ВК 15 (дисперсность частиц порядка 1,5 мкм) и порошков оксида циркония (дисперсность порядка 0,1 мкм), карбида кремния (0,4 мкм) и борида хрома (0,2 мкм) при требуемом соотношении компонентов подвергались смешиванию-размолу в аттриторе в течение 2 ч при скорости вращения вала мешалки 200 об/мин, в спирте. Частицы добавок равномерно распределялись между частицами карбида вольфрама и кобальта. Полученные порошки прессовали про 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), нагрузке 100 Н, линейной скорости вращения 2,3 м/с. Интенсивность изнашиванияопределяли по формуле 1/, где 1 - размер лунки изнашивания,- пройденный путь. Свойства полученных материалов Микротвер- Прочность Интенсивность Состав материала, мас.п/п дость,на изгиб,изнашивания,ВК 15 23 22 кг/мм 2 МПа 10-7 1 98,2 0,25 0,3 1,25 1260 2100 0,7 2 97,5 0,5 0,5 1,5 1300 2260 0,5 3 96,9 0,75 0,6 1,75 1340 2270 0,4 4 96,3 1,0 0,7 2,0 1320 2240 0,45 5 95,1 1,5 0,9 2,5 1270 1860 0,8 Про 97 0,75 2,25 1280 2230 0,6 тотип Таким образом, предлагаемый состав позволяет получать твердый сплав на основе карбида вольфрама с повышенными характеристиками микротвердостью - 1300-1340 МПа (у прототипа 1280 МПа), прочностью на изгиб - 2240-2270 МПа (у прототипа 2230 МПа), интенсивностью изнашивания - 0,4-0,510-7 (у прототипа 0,610-7). 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..,.,,.-//. . - 2006. - . 12. - . 2. . 141-146. 4. Орданьян С.С., Андронова Т.Е., Владимирова М.А., Пантелеев И.Б. Структура и свойства твердых сплавов // Цветная металлургия. - 2004. - . 8. - . 105-108. 5. Заявка РБ а 20091592, МПК 22 29/02, 2011. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3