Способ получения мелкозернистого спеченного твердого сплава

 

Сущность способа заключается в том, что смешивают размолом карбид вольфрама с удельной поверхностью 0,7-2,0 м /г, активностью, характеризующейся шириной рентгеновской линии (1122) в FeKa излучении

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 B 22 F 1/00, 3/12

Й КОМИТЕТ (21) 4753782/02 (22) 27,10,89 (46) 23.07.92. Бюл. N. 27 (71) Всесоюзный научно-йсследовательский и проектный институт тугоплавких металлов и твердых сплавов (72) Т.А,Емельянова, Н.Б.Кобицкая, И,В.Кобицкой, Т.Б,Горбачева, В.А.Югай и А,B,Òîêмашев (56) Патент ГДР N 208382, кл. В 22 F 3/16, 1985.

Чистякова В.А, и др, Твердые сплавы и инструменты. Сб.трудов ВНИИТС—

М.; Металлургия. 1986. с.33-43.

Изобретение относится к порошковой металлургии, к.способам получения мелкозернистых твердых сплавов на основе карбида вольфрама, используемых для изготовления режущего инструмента и деталей, Известен способ получения мелкозернистого спеченного твердого сплава, включающий смешивание порошков карбида вольфрама и кобальта совместным мокрым размолом, формирование заготовок и спекание, предусматривающее отжиг смесй в течение 5-30 мин при 800 С. а затем нагрев до температуры спекания со скоростью 200500 К/мин, причем темпера1ура спекания на 50 К ниже температуры образования жидкой фазы. продолжительность спекания

13 MNH, Твердый сплав состава 94 мас.% NIC u

6% Со со средним размером зерна 0,4 мкм обладает твердостью 90,2 НЙА и пределом прочности при изгибе 1200 н/мм2.

Недостатком известно;о способа является низкая эксплуатационная стойкость ре.. Ж 1748935 А1 (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕЛКОЗЕРНИСТОГО СПЕЧЕННОГО ТВЕРДОГО СПЛАВА (57) Сущность способа заключается в том. что смешивают размолом карбид вольфоама с удельной поверхностью 0,7-2,0 м /г, активностью, характеризующейся шириной рентгеновской линии (1122) в Fels излучении (20-30) х 10" рад с кобальтом, а размол проводят до удельной йоверхности смеси

2,8-3,6 м /г, Смесь прессуют, заготовки спег кают, Способ обеспечивает повышение прочности и коэффициента стойкости при резании, 1 табл.

У) жущего инструмента, изготовленного из ( твердого сплава, Это обусловлено недостаточными твердостью и прочностью твердого сплава.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ получения мелкозернистого спеченного твердого сплава, включающий смешивание + порошка карбида вольфрама со средним © размером зерйа 0,5-1,1 мкм,-активностью, О характеризующейся шириной рентгено- Ы вской линии (1122) в Fe Каизлучении 20-30 х (Л х 10 з рад, и удельной поверхностью 2,95 и

0474 м /г с порошком кобальта совместным мокрым размолом в течение 18-24 ч, 4 формирование заготовок и спекание, ъ

Известный способ позволяет получать сплавы типа M и ОМ со следующими свойствами.

ВК6: визг = 1320-1350 МПа, твердость

91,5 HRA, К = 1,5-1,56 по отношению к сплаву

ВК6М, 3

1748935

Недостатком известного способа является то, что полученные твердые сплавы обладают низкой прочностью. Это сужает область применения полученных твердых сплавов — их можно использовать только 5 для чистовой обработки, Это обусловлено следующим, В известном способе исходный порошок карбида вольфрама обладает удельной поверхностью 2,95 м г или 0,474 м /г, Пер- 10 вый порошок представляет собой агломераты из субмикронных частиц (об этом свидетельствует величина удельной поверхности, более чем в 6 раз превышающая теоретическую для сферических частиц та- 15 кого диаметра). Второй порошок имеет форму частиц, близкую к сферической (удельная поверхность совпадает с теоретической).

Размол первого порошка при приготовлении твердосплавной смеси, даже менее 20 интенсивный, чем при использовании стандартных порошков, приводит к переизмельчению карбида вольфрама и черезмерному повышению активности смеси. Спекание такой смеси; даже при относительно низких 25 температурах, приводит к интенсивному росту зерна, появлению аномально крупных зерен (об этом свидетельствует dec = 1,4 мкм при количестве зерен cd < 1,0 мкм 70 j).

Наличие крупных зерен в структуре твердо- 30 го сплава обуславливают снижение прочности.

При размоле второго порошка его активность не достигает необходимого уровня в смеси. В результате при спекании не уда- 35 ется получить сплав с низкой пористостью, поэтому прочность сплава также невелика.

Целью изобретения является повышение прочности и коэффициента стойкости.

Поставленная цель достигается тем, что 40 в способе получения мелкозернистого спеченного твердого сплава, включающем смешивание порошка карбида вольфрама со средним размером зерна 0,5-1,1 мкм и активностью, характеризующейся шириной 45

l рентгеновской линии (1122) в РеКаизлучении, 20-30 х 10 рад с порошком кобальта совместным раэмолом, формирование загоtoeox и спекание, предлагается использо-: вать порошок карбида вольфрама с 50 удельной поверхностью 0.7-2,0 м /г, а размол вести до удельной поверхности смеси

28-36мг/

Использование порошка карбида вольфрама с указанными характеристиками и 55 размол смеси до удельной поверхности 2,83.6 м /r обуславливает получение твердоеплавной смеси, при спекании которой не происходит интенсивного роста зерна карбида вольфрама, что приводит к и,л ";ению твердого сплава с равномерной мелкозернистой структурой, Это объясняется следующим.

Начальный уровень дисперсности (удельной поверхности) и дефектности кристаллической решетки карбида вольфрама при измельчении обеспечивает получение зерен карбида вольфрама с менее дефектной кристаллической решеткой, чем в известном способе. Удельная же поверхность смеси, равная 2,8-3,6 м /г, обеспечивает нег обходимый уровень равномерности распределения компонентов в смеси, а также уровень активности порошка, необходимый для получения беспористого сплава при спекании, В случае, если исходный карбид вольфрама имеет размер зерна более 11 мкм (удельная поверхность менее 0,7 м /r). то при размоле до необходимой крупности смеси происходит черезмерное увеличение активности (дефектности кристаллической решетки) частиц карбида, что при спекании приведет к увеличению среднего размера зерна s твердом сплаве и к появлению аномально крупных зерен. Это приводит к снижению коэффициента стойкости режущего инструмента, изготовленного из твердого сплава.

Если исходный карбид вольфрама имеет размер зерна менее 0,5 мкм (удельная поверхность более 2,0 мг/г),. то при раэмоле не удается получить равномерное распределение компонентов в смеси, что обуславливает снижение прочности и коэффициента стойкости режущего инструмента.

Активность исходного порошка карбида вольфрама, характеризующаяся шириной рентгеновской линии (1122) в РеКа излучении менее 20 х 10 рад, при размоле смеси до необходимой удельной поверхности не позволяет получить активность смеси. обеспечивающую получение беспористого сплава при спекании.

Если ширина рентгеновской линии (1 )22} в Fe Ка излучении более 30 х 10 з рад, что при размоле смеси активность увеличивается настолько,. что при спекании имеет место интенсивный рост зерна, что снижает коэффициент стойкости режущего инструмента, Размол смеси до удельной поверхности менее 2.8 м /г ве обеспечивает получение активности смеси; достаточной для получения беспористого сплава. Кроме того, снижается равномерность распределения компонентов в сплаве. Все это уменьшает

1748935 коэффициент стойкости режущего инструмента.

При размоле до удельной поверхности более 3,6 м /г спекание сопровождается интенсивным ростом зерна карбида. что 5 уменьшает коэффициент стойкости режущего инструмента, Способ осуществляется следующим образом.

Порошок карбида вольфрама со сред- 10 ним размером зерна 0,5-1,1 мкм, удельной поверхностью 0,7-2,0 м /r и шириной рент г геновской линии в ЕеК, излучении, равной

20-30 х 10з рад, смешивают с порошком кобальта (3-15 мас.%) со средним размером 15 зерна 0,5-3 мкм совместным размолом в барабанной мельнице с размольными шарами. Размольная жидкость — спирт, ацетон и т,п, Соотношение шары/смесь = 1:6. Скоро-. сть вращения барабана мельницы — 60 от 20 критической, Продолжительность размола устанавливают экспериментально из условия получения удельной поверхности смеси

2,9-3,6 м /r, 25

После удаления размольной жидкости и шаров в смесь вводят пластификатор (раствор каучука в бензине), гранулируют (если это необходимо) и формируют заготовки режущих пластин, которые спекают в атмос- 30 фере водорода или в вакууме при температуре 1340-1500ЯС (в зависимости от содержания кобальта), При размоле в смесь могут быть введены ингибиторы роста зерна -ТаС. VC, СгзСг 35 и т.п.

Порошок карбида вольфрама с предла-. гаемыми характеристиками дисперсности и активности может быть получен карбидиза-. цией ультрамелкодисперсного порошка 40 . вольфрама (средний размер зерна 0.21,0 мкм) — прокалкой в смеси с сажей при

1400-1600 С в атмосфере водорода.

Пример. Карбид вольфрама с различными значениями характеристик дисперс- 45 ности и активности смешивали в различных соотношениях с порошком кобальта при размоле в барабанной мельнице в среде спирта при соотношении смесь/шары = 1:6, скорости вращения 60 от критической в течение 48-72 ч. Характеристики исходного порошка карбида вольфрама, состав смеси и полученная удельная поверхность смеси приведены в таблице, Смесь после сушки смешивали с пластификатором(4%-ный раствор синтетического каучука в бензине), формировали заготовки режущих пластин формы 02271 ГОСТ 2539582 и штабиков размерами 6 6 36 ммз прессованием в металлических пресс-формах при давлении 80-150 МПа„

Заготовки а зависимости от состава спекали при 1340-1480 C в атмосфере водорода в течение 1 ч.

Свойства полученных твердых сплавов приведены в табл.2.

Коэффициент стойкости определяли при точении серого чугуна СЧ 30 при скорости резания V = 120 м/мин, сечении среза

s x t = 0,2х1,0 мм3Ьб, критерий износа Ьз= 0,8 мм. Эталонная пластина- из сплава по

ГОСТ 3882-74 по составу, соответствующая сплаву. полученному по предлагаемому способу, Как видно из данных таблицы, предлагаемый способ (примеры 1-5) по сравнению с известным (примеры 11 и 12) позволяет повысить прочность сплава и коэффициент стойкости (Кст) режущего инструмента на 18180 .

Формула изобретения

Способ получения мелкозернистого спеченного твердого сплава, включающий смешивание порошка карбида вольфрама со средним размером 0,5-1,1 мкм и активностью, характеризуемой шириной рентгеновской линии (1122) в FeKa-излучении (20-30) х х 10 з рад. с порошком кобальта совместным размолом, формование и спекание, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения прочности и коэффициента стойкости при резании, используют порошок карбида воль рама с удельной поверхностью 0,72,0 м /г, а размол ведут до удельной поверхности смеси 2Я-3,6 м /г, 1748935

Опттвп сп>>ааа, мас ° 2

Характеристики сплава ч5

СМЕ<И> мэ /r

Пример

Характеристики исходно>о !!С

Коэрцитмвнам

Коэефицмен т стойкости,отн.ед.

Предел про г ности при мэгмбе, Н/ммт

Твердостьь

НЯЛ

Колнпсство верен

MC сраэнерами ло 1 мкм

Сг С, Г

aF мкм

О.!0>, рад т>с со

ОЧЧ мэ/г смпа ° кд/и

94 6

93,4

9! 4

0,5

0,5

0,1

0 l

° l »»ll»

«н»

«11»

ll

«It

Составитель T.Eìåëüÿíîâà

Техред М.Моргентал Корректор И,Муска

Редактор О.Хрипта

Заказ 2549 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина, 101

1 0,95

2 О ° 5

4 0,95

5 и

6 0,4

7 . 1.1

8 095

9,0,95 !

О

11

0,95

2,0

0,7

0,95

«>1»

2,2

0,5

0>95

0.95

11

0.474

2,95

22,3

20,0

30 ° О

22,3

lt

27,0

21,0

30,5

2>3

«Й»

30,5

25,5

3,1

3 ° 6

2,8

3;1

3,i

3,!

3,1

3.1

2>6

3,8

78

74

87

77

54

72

59

26>0

27 ° 2

24,7

26,8

24,6

21,2

17,5

20,5

19,5

25,3

23,9

26,4

1468 !

448

1460 !

462

1!75

1536

1320

92 5 1 ° 45

92,5 1,40

92.0 1,30

92,5 1,50. .92,0 1,65

92,0 0,80

91,0 0 ° 75

91,5 0,90

90,0 0,62

92 ° 0 О 90

91,5 1,1

93,0 0,7