Режущая пластина из твердого сплава

Предлагаемая полезная модель относится к области машиностроения, в частности, к металлообработке, а именно к металлорежущему инструменту, оснащенному пластиной из твердого сплава с износостойкой поверхностной зоной обогащенной карбидной фазой. Техническая задача, решаемая предлагаемой полезной моделью, заключается в создании режущей пластины, которая обладает повышенной твердостью и износостойкостью рабочей поверхности изделия с сохранением высокой прочности сердцевины изделия. Поставленная задача решается тем, что в режущей пластине, включающей основу из твердого сплава, содержащего карбиды вольфрама в кобальтовой связующей фазе, и поверхностную зону, в отличие от прототипа, основа и поверхностная зоны соединены между собой посредством жидко-фазного спекания. При этом объемная доля карбидной фазы в основе составляет 82-86%, а в поверхностной зоне - 94-98%, объемная доля связующей фазы основы составляет 14-18%, а поверхностной зоны - 2-6%. 1 н.з.п. ф-лы, 1 фиг.

Предлагаемая полезная модель относится к области машиностроения, в частности, к металлообработке, а именно к металлорежущему инструменту, оснащенному пластиной из твердого сплава с износостойкой поверхностной зоной обогащенной карбидной фазой.

Известно, что основным недостатком твердых сплавов с большим содержанием упрочняющей фазы является их повышенная хрупкость и низкая прочность при изгибе. Эти недостатки ограничивают их применение в тяжелонагруженных узлах трения с большими контактными нагрузками, где одновременно с высокой твердостью необходима высокая вязкость. Поэтому в большинстве случаев рабочую поверхность твердых сплавов упрочняют различными технологическими приемами - ионной имплантацией, облучением мощными ионными пучками, нанесение покрытий и т.д.,

Известна режущая пластина (патент РФ на полезную модель 107987, МПК B23B 27/14, опубл. 10.09.2011) в которой нанесено многослойное износостойкое покрытие состоящего из слоя мягкого хрома находящегося между слоями наноструктурного нитрида титана и карбонитрида титана. Покрытия такого рода позволяют повысить износостойкость в 1,52 раза.

К недостаткам режущей пластины по патенту 107987 следует отнести технологическую сложность и трудоемкость применения многослойных покрытий на поверхности пластин из твердого сплава, что приводит к существенному повышению стоимости инструмента.

Наиболее близкой к предлагаемой является режущая пластина из твердого сплава (изобретение 94040362, МПК A1 B22F 7/04, опубл. 27.06.1996), включающая основу и обогащенную связующей фазой поверхностную зону. Содержание кобальтовой связующей фазы основы составляет 6-12%, а поверхностной зоны 96-98%. Объемная доля карбидов в основе составляет 88-94%, а в поверхностной зоне 2-4%. Увеличение связующей фазы в поверхностном слое приводит к повышению способности твердого сплава поглощать деформацию и затруднять рост трещин.

Недостатком данной режущей пластины является низкая твердость и износостойкость, обусловленные увеличением количества низкопрочной связующей фазы в поверхностной зоне. Как следствие, такая режущая пластина требует увеличения количества заточек металлорежущего инструмента, что существенно снижает ресурс ее работоспособности.

Техническая задача, решаемая предлагаемой полезной моделью, заключается в создании режущей пластины, которая обладает повышенной твердостью и износостойкостью рабочей поверхности изделия с сохранением высокой прочности сердцевины изделия.

Поставленная задача решается тем, что в режущей пластине, включающей основу и поверхностную зону из твердого сплава, содержащей карбиды вольфрама в кобальтовой связующей фазе, в отличие от прототипа, основа и поверхностная зоны соединены между собой посредством жидкофазного спекания. При этом объемная доля карбидной фазы в основе составляет 82-86%, а в поверхностной зоне - 94-98%, объемная доля связующей фазы основы составляет 14-18%, а поверхностной зоны - 2-6%.

Жидкофазное спекание основы и поверхностного слоя с указанным содержанием карбидной фазы позволит сформировать износостойкий поверхностный слой с плавным переходом микроструктуры к основе, что обеспечит повышенную твердость и износостойкость рабочей поверхности с сохранением высокой прочности сердцевины изделия. При этом уменьшается количество стадий получения пластины и не требуется сложного технологического оборудования, что приводит к снижению стоимости инструмента.

Предлагаемая полезная модель поясняется чертежом, где представлена схема заявляемой режущей пластины, общий вид.

Предлагаемая режущая пластина включает основу 1 из твердого сплава, содержащего карбиды вольфрама с объемной долей 82-86% в кобальтовой связующей фазе с объемной долей 14-18%, и поверхностную зону 2 с объемными долями карбидной фазы 94-98%, а связующей фазы - 2-6%. Поверхностная зона 2 и основа 1 соединены между собой посредством жидкофазного спекания.

Предлагаемая режущая пластина работает следующим образом.

Режущая пластина из твердого сплава, состоящая из двух зон, механическим способом закрепляется на стальной державке. В процессе резания участвует поверхностная зона 2, с повышенным содержанием упрочняющей карбидной фазы, которая обеспечивает высокий уровень износостойкости режущей пластине. Возникающие в процессе резания динамические нагрузки гасятся в зоне 1, имеющей в своем составе пониженное содержание упрочняющей фазы и соответственно повышенное содержание пластичной кобальтовой связующей фазы. Наличие плавного перехода между зоной 1 и зоной 2 обеспечивает благоприятное перераспределение возникающих в процессе резания напряжений.

Пример изготовления заявляемой режущей пластины. В прямоугольную пресс-форму размером 10×10×10 мм помещают порошковую смесь марки ВК15 (85% карбида вольфрама, 15% кобальта, зернистостью 8,5-13 мкм) и осуществляют прессование до тех пор, пока высота прессовки не достигнет 4 мм. Не извлекая прессовку из пресс-формы, осуществляют прессование порошковой смеси марки СК (100% карбида вольфрама, зернистостью 8,5-13 мкм) до достижения общей высоты прессовки 5 мм. Затем помещают прессовку в вакуумную печь и выдерживают ее в течение 1 часа при температуре 1400°С и остаточном вакууме - от 1*10^-2 до 3*10^-5 Па. При этом происходит жидкофазное спекание слоев из порошковых смесей марок ВК15 и СК и в пластине формируется градиентная микроструктура, состоящая из основы и поверхностной зоны.

Режущая пластина из твердого сплава, включающая основу и поверхностную зону из твердого сплава, содержащая карбиды вольфрама в кобальтовой связующей фазе, отличающаяся тем, что объемная доля частиц карбида вольфрама в основе составляет 82-86%, а в поверхностной зоне - 94-98%, объемная доля кобальтовой связующей фазы основы составляет 14-18%, а поверхностной зоны - 2-6%, причем основа и поверхностная зоны соединены между собой посредством жидкофазного спекания.