Способ изготовления твердосплавных изделий на основе карбида вольфрама

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТВЕРДОСПЛАВНЫХ ИЗДЕЛИЙ НА ОСНОВЕ КАРБИДА ВОЛЬФРАМА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(72) Авторы Побережный Сергей Владимирович Ильющенко Александр Федорович Шелехина Виктория Михайловна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(57) Способ изготовления твердосплавных изделий на основе карбида вольфрама, включающий замешивание исходной шихты, прессование, предварительный отжиг в порошковой алюмотермической смеси на основе оксидов переходных металлов, содержащей оксиды титана, ванадия, вольфрама, молибдена, алюминия, магния и хлористый аммоний,а в качестве восстановителя - алюмомагниевую лигатуру 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 хлористый аммоний 1-2 алюмомагниевая лигатура 18-20 остальоксид алюминия ное,при температуре 1020 С в течение 2 ч и спекание, отличающийся тем, что спекание осуществляют в графитовой засыпке. 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 совместного размола порошков карбидов и порошка кобальта в шаровой мельнице 1. При таком способе изготовления твердосплавных смесей достигается высокая плотность твердосплавных изделий после спекания, но при этом сам полученный порошок представляет собой механическую 18129 1 2014.04.30 смесь исходных компонентов и изделия, полученные из него, не обладают достаточной прочностью на сжатие и имеют относительно невысокую износостойкость. В качестве прототипа выбран способ изготовления твердосплавных изделий на основе карбида вольфрама 2, включающий замешивание исходной шихты, прессование, предварительный отжиг 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, 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 ч и спекание. 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 дополнительной карбидизации износостойкого покрытия вследствие спекания в графитовой засыпке. Технический результат достигается тем, что в способе изготовления твердосплавных изделий на основе карбида вольфрама, включающем замешивание исходной шихты, прессование, предварительный отжиг 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, 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 ч и спекание, спекание осуществляют в графитовой засыпке. Опытным путем установлено, что при спекании твердосплавных изделий на основе карбида вольфрама предлагаемым способом на поверхности изделий формируется плотный слой карбидов переходных металлов большей толщины, что повышает сопротивление твердосплавного изделия износу в процессе эксплуатации на 15-25 . Сущность изобретения поясняется следующим примером. Пример. 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 СГВ 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, 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 алюминияостальное, 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. 2 18129 1 2014.04.30 Операцию окончательного спекания проводили в печи СГВ-2.4.2/15 ИЗ в графитовых лодочках в засыпке порошка графита ГК-3. 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. 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 стали 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, пределу прочности на изгиб и сжатие приведены в таблице. Способ Известный Предлагаемый Предел Предел Толщина прочности на прочности на карбидного сжатие, ГПа изгиб, ГПа слоя, мкм 3,8 1,66 5-7 3,8 1,66 8-10 Как видно из приведенных результатов, предел прочности при изгибе и предел прочности при сжатии у инструмента, обработанного по предлагаемому способу, на уровне полученного по известному способу, толщина карбидного слоя больше на 20-30 , износостойкость на 15-25 выше, чем у известного в зависимости от глубины резания. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3