Способ поверхностного упрочнения изделия из кобальтсодержащего твёрдого сплава

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОВЕРХНОСТНОГО УПРОЧНЕНИЯ ИЗДЕЛИЯ ИЗ КОБАЛЬТСОДЕРЖАЩЕГО ТВРДОГО СПЛАВА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(72) Авторы Побережный Сергей Владимирович Ильющенко Александр Федорович Кузнечик Олег Ольгердович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(57) Способ поверхностного упрочнения изделия из кобальтсодержащего твердого сплава,включающий его химико-термическую обработку в порошковом составе, содержащем,мас.аморфный бор 4-6 оксид алюминия 87-89 оксид магния 4-6 фтористый натрий 1-3,отличающийся тем, что после химико-термической обработки изделие подвергают электроимпульсной обработке под давлением. Изобретение относится к области химико-термической обработки в порошковых средах, в частности к способам упрочнения и повышения долговечности работы твердосплавного инструмента, в котором кобальт используется в качестве металлической связки или вязкой составной части. Известен 1 способ получения и поверхностного упрочнения с помощью химикотермической обработки (ХТО) кобальтсодержащих твердых сплавов. Основу получаемого таким образом твердосплавного инструмента составляют материалы на основе карбидов металлов, в которых кобальтсодержащие сплавы играют роль металлической связки или вязкой составляющей. Недостатком данного способа получения и упрочнения твердосплавного инструмента является остаточная пористость, которая в условиях повышенной динамической нагрузки ограничивает прочность и долговечность изготавливаемого из такого материала инструмента для обработки металлов резанием. Долговечность кобальтсодержащего твердосплавного инструмента также ограничена возникающей при обработке металлов резанием диффузией вольфрама из пограничной зоны инструмента в обрабаты 17560 1 2013.10.30 ваемый железоуглеродистый сплав, что приводит к образованию в приграничной зоне инструмента в, обладающего высокой хрупкостью. Наиболее близким к заявляемому является способ 2 получения и поверхностного упрочнения кобальтсодержащих твердых сплавов путем ХТО, включающий на стадии упрочнения термодиффузионное борирование в порошковой среде, состоящей, мас.аморфный бор - 4-6, оксид алюминия - 87-89, оксид магния - 4-6, фтористый натрий - 1-3. Благодаря термодиффузионному борированию в порошковой среде на стадии упрочнения кобальтсодержащих твердых сплавов в приповерхностном слое дополнительно образуются бориды кобальта. Появление среди карбидов приповерхностного слоя кобальтсодержащего твердосплавного инструмента боридов препятствует растворению вольфрама в обрабатываемом материале при обработке металлов резанием. Благодаря этому долговечность кобальтсодержащего твердосплавного инструмента повышается. Ограничением к дальнейшему повышению прочности и долговечности такого инструмента являются возникающие на границах фаз карбидов и боридов остаточные напряжения, а также остаточная пористость. Техническая задача, которую решает предлагаемое изобретение, заключается в повышении прочности и долговечности кобальтсодержащего твердосплавного инструмента,работающего в условиях повышенных динамических нагрузок при обработке металлов резанием, в частности при обработке резанием железоуглеродистых сплавов. Техническая задача решается в способе поверхностного упрочнения изделия из кобальтсодержащего твердого сплава, включающем химико-термическую обработку в порошковом составе, содержащем, мас.аморфный бор 4-6 оксид алюминия 87-89 оксид магния 4-6 фтористый натрий 1-3,после химико-термической обработки изделие подвергают электроимпульсной обработке под давлением. Электроимпульсная обработка может проводиться на машинах контактной сварки 3 или установках для реализации -метода 4, на режимах, способствующих в результате электротермического действия тока появлению жидкофазного кобальта по границам карбидов и боридов, а также возникновению на границах фаз карбидов и боридов дополнительных механических и термических напряжений, способствующих их механическому измельчению. В таких условиях под действием давления и возникающих межфазных капиллярных сил жидкофазный кобальт попадает между существовавшими до электроимпульсной обработки границами фаз карбидов и боридов, создавая после кристаллизации между ними кобальтсодержащую связку. Кроме этого, наличие давления при электроимпульсной обработке и появление в результате термического действия тока жидкофазного кобальта приводит к уплотнению кобальтсодержащего твердосплавного материала и снижению его остаточной пористости. Появление кобальтсодержащей связки между боридами и карбидами в поверхностном слое, уплотнение и снижение остаточной пористости кобальтсодержащего твердосплавного материала способствует повышению прочности и долговечности изготавливаемого инструмента для обработки металлов резанием. Пример реализации предлагаемого способа получения и поверхностного упрочнения изделий из кобальтсодержащих твердых сплавов. Исходные экспериментальные образцы кобальтсодержащего твердосплавного материала имели цилиндрическую форму. Образцы подвергли испытаниям, которые проводились с учетом требований ГОСТ 8.549-86, ГОСТ 18898-89, ГОСТ 9013-59. В ходе испытаний установлено, что экспериментальные образцы имели диаметр 21-22 мм, высоту 11-12 мм, твердость 78-82 и плотность 14,2-14,5 г/см 3. 17560 1 2013.10.30 Затем экспериментальные образцы поместили в порошковую среду, содержащую,мас.аморфный бор 4-6 оксид алюминия 87-89 оксид магния 4-6 фтористый натрий 1-3. В этой порошковой среде с использованием защитной атмосферы образцы подвергли химико-термической обработке, при которой изотермическая выдержка на максимальной температуре 960-990 С составила 3 ч. Затем экспериментальные образцы были подвергнуты электроимпульсной обработке. Электроимпульсная обработка производилась на машине точечной контактной сварки 2201 на следующих режимах усилие сжатия электродов 200-220 даН напряжение в контуре электроимпульсной обработки 5-6 В частота следования импульсов 50 Гц амплитуда силы тока 10 кА длительность импульса 20 мс длительность 5 с. После завершения электроимпульсной обработки полученные экспериментальные образцы вместе с экспериментальными образцами, прошедшими ХТО в порошковой среде,и исходными подвергли испытаниям, которые проводились с учетом требований ГОСТ 8.549-86, ГОСТ 18898-89, ГОСТ 9013-59. Результаты этих испытаний приведены в таблице. Физико-механические свойства экспериментальных образцов После ХТО и электроИсходные После ХТО импульсной обработки Геометрические диаметр 20-21,диаметр 20-21,диаметр 19,5-20,5,размеры, мм высота 10-11 высота 10-11 высота 9-10 Твердость,81-83 81-83 85-87 3 Плотность, г/см 14,5-14,7 14,5-14,7 14,8-15,0 Анализ результатов, приведенных в таблице, позволяет сделать вывод о том, что после электроимпульсной обработки остаточная пористость снижается, а твердость получаемого кобальтсодержащего твердосплавного материала возрастает. Затем экспериментальные образцы с учетом требований ГОСТ 30480-97 прошли испытания на износостойкость. Используемые при проведении испытаний контртела были изготовлены из стали 45 ГОСТ 1050-88 и прошли закалку, после которой имели твердость 40-41 . Результаты проведенных испытаний показали, что износостойкость экспериментальных образцов, прошедших термодиффузионное борирование (ХТО), повышается на 13-17 , а прошедших термодиффузионное борирование и электроимпульсную обработку - на 19-23 . При этом продолжительность взаимодействия экспериментальных образцов с контртелом в первом случае увеличилась на 23-26 , а во втором увеличилась на 29-33 . Анализ полученных результатов, приведенных в примере реализации предлагаемого способа получения и поверхностного упрочнения кобальтсодержащих твердых сплавов,позволяет сделать следующие выводы 1. Использование термодиффузионного борирования (ХТО) с последующей электроимпульсной обработкой, проводимой под давлением, может повысить прочность кобальтсодержащего твердосплавного инструмента на 15 и долговечность на 30 , если его использовать при обработке железоуглеродистых сплавов. 3 17560 1 2013.10.30 2. Повышение прочности и долговечности кобальтсодержащего твердосплавного инструмента, полученного ХТО в порошковой среде с использованием последующей электроимпульсной обработки, может объясняться следующим на определенных режимах такой обработки из-за электротермического действия тока в обрабатываемом материале по границам карбидов и боридов появляется жидкофазный кобальт. При этом на границах фаз карбидов и боридов возникают дополнительные механические и термические напряжения, способствующие их механическому измельчению. В таких условиях под действием давления и возникающих межфазных капиллярных сил жидкофазный кобальт попадает между существовавшими до электроимпульсной обработки границами фаз карбидов и боридов, создавая после кристаллизации между ними кобальтсодержащую связку. Кроме этого, наличие давления при электроимпульсной обработке и появление в результате термического действия тока жидкофазного кобальта приводит к уплотнению кобальтсодержащего твердосплавного материала и снижению его остаточной пористости. Появление кобальтсодержащей связки между боридами и карбидами в поверхностном слое, уплотнение и снижение остаточной пористости кобальтсодержащего твердосплавного материала способствует повышению прочности и долговечности изготавливаемого инструмента. Источники информации 1. Третьяков В.И. Основы металловедения и технологии производства спеченных твердых сплавов. - М. Металлургия, 1976. - 528 с. 2. А.с. СССР 908944, МПК 23 9/04, 1982. 3. Банов М.Д. Технология и оборудование контактной сварки. - М. Академия, 2008. 224 с. 4. Григорьев Е.Г. Современные достижения и перспективы электроимпульсных (электроразрядных) методов спекания порошковых материалов. Научная сессия МИФИ-2006. Т. 9. - С. 57. 5..,. - 2004. - . 14-16. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4