ЭЛЕКТРОДНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ЭЛЕКТРОИСКРОВОГО ЛЕГИРОВАНИЯ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 1994 года по МПК B22F3/12 B23H3/06 B23H7/22 

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к электродным материалам для электроискрового легирования (ЭИЛ) металлических поверхностей, и может быть использовано при упрочнении режущего инструмента, штамповой оснастки и деталей машин. В настоящее время одним из направлений совершенствования электроискрового легирования является расширение базы исходных материалов за счет использования неметаллических и тугоплавких компонентов. Известен электродный материал и способ его получения, согласно которому компоненты - Со, окисел металла, выбранный из группы, содержащей Са, Ti и Zr, и карбид W, взятые в соотношении, мас. % соответственно 2-15; 0,1-2,0, WC остальное, перемешали и подвергли горячему прессованию при 1220-1270^оС, давлении 120 кг/см² в течение 2-3 мин (1).

Основными недостатками известных технических решений являются повышенные трудовые и материальные затраты, связанные с предварительным получением исходных компонентов, а также невысокая износостойкость покрытия. Известны также электродный материал на основе карбида вольфрама (2) и способ изготовления спеченных электродов-инструментов, включающий прессование и спекание материала электрода (3).

Основным недостатком известных технических решений является использование в материале карбида вольфрама, получение которого требует значительных затрат.

В основу изобретения положена задача осуществить такое получение электродного материала для электроискрового легирования, чтобы было обеспечено снижение затрат и повышение эффективности процесса нанесения покрытий.

Поставленная задача решается тем, что электродный материал содержащий карбид вольфрама, дополнительно содержит сложные карбиды вольфрама и железа Fe₃W₃C-Fe₄W₂C, сложный карбид вольфрама и железа Fe₆W₆C, сложный карбид вольфрама и кобальта Co₃W₃C, карбид железа Fe₂C, силицид марганца MnSi_x при 1 < х < 1,7, карбид марганца Mn₃C, сложный силицид вольфрама и кобальта CoWSi при следующем соотношении компонентов, мас. % :
Сложные карбиды вольфрама
и железа Fe₃W₃C-Fe₄W₂C 4-9
Сложный карбид вольфрама
и железа Fe₆W₆C 14-21
Сложный карбид вольфрама
и кобальта Co₃W₃C 4-9
Карбид железа Fe₂C 4-7
Cилицид марганца MnSi_x
при 1< х < 1,7 1-3
Карбид марганца Mn₃C 1,5-2,5
Сложный силицид вольфра-
ма и кобальта CoWSi 1-2,5
Карбид вольфрама Остальное
Поставленная задача решается также тем, что в способе получения электродного материала для электроискрового легирования, включающем прессование шихты электродного материала и последующее спекание, согласно изобретению прессованию подвергают шихту, содержащую кобальт, углерод, вольфрамсодержащий компонент в следующем соотношении, мас. % :
Кобальт 6-10
Углерод 7-10
Вольфрамсодержащий
компонент Остальное
При этом в качестве вольфрамсодержащего компонента используют вольфрамсодержащий концентрат, содержащий, мас. % :
Оксид вольфрама 45-72
Оксид железа 10-25
Оксид марганца 2-10
Оксид кремния 3-8
причем перед прессованием шихту термообрабатывают.

В качестве вольфрамсодержащего концентрата согласно изобретению используют шеелитовый и/или вольфрамитовый концентраты.

Преимущество предлагаемого технического решения заключается в том, что благодаря использованию непосредственно вольфрамсодержащего минерального сырья в качестве основы в способе получения электродного материала, значительно сокращаются трудовые и материальные затраты за счет исключения переделов по переработке сырья на карбид вольфрама, а также улучшаются экологические условия производства. Форма соединений в предложенном исходном вольфрамсодержащем компоненте при оптимальном соотношении с кобальтом и углеродом способствует получению структур в электродном материале, соответствующих вторичным структурам, образующимся в процессе легирования на упрочняемой поверхности известными вольфрамсодержащими электродными материалами, что улучшает характеристики легированного слоя и эффективность процесса.

П р и м е р. Для экспериментальной проверки заявляемого состава электродного материала были подготовлены смеси синтезированных ингредиентов (см. табл. 1). Приготовленную смесь смешивали с пластификатором (5% раствор синтетического каучука в бензине), затем сушили, прессовали при давлении 0,7-1,2 т/см², постепенно образцы спекали при 1400-1450^оС в вакуумной печи. Электроэрозионное упрочнение проводили на установках "Элитрон-10", "Элитрон-22" с ручным перемещением электрода-инструмента при токе легирования 0,7-1,2 А, частоте вибрации 100-200 Гц, в воздушной среде.

Для получения заявленного была подготовлена шихта следующего состава, мас. % :
Кобальт 6-10
Углерод 7-10
Вольфрамсодержащий
компонент Остальное
причем в качестве вольфрамсодержащего компонента использовали вольфрамсодержащий концентрат в виде шеелитового и/или вольфрамитового с содержанием в мас. % оксидов вольфрама 45-72, железа 10-25, кремния 3-8, марганца 2-10.

Вольфрамсодержащий концентрат после обжига на воздухе при 900-950^оС для удаления аурипигмента AsS₃ смешивали с углеродом техническим (сажей) и кобальтом, поддерживая указанное в табл. 1 соотношение компонентов в массовых процентах. Смешивание проводили в планетарной мельнице "Санд". Полученную порошковую смесь подвергали термической обработке в вакуумной печи СНВЭ-1.3.1/16Нз при разряжении 1х10^-3 атм. с с изотермическими выдержками при 900, 1150, 1250, 1400^оС в течение 1,5 ч при каждой температуре. Затем добавляли пластификатор, сушили образцы, прессовали при давлении 0,7-1,2 т/см² и спекали при 1400-1450^оС в вакуумной печи.

В результате карбидизации получили электродный материал следующего состава, мас. % : сложные карбиды вольфрама и железа Fe₃W₃C-Fe₄W₂C 4-9, сложный карбид вольфрама и железа Fe₆W₆C 14-21, карбид железа Fe₂C 4-7, силицид марганца MnSi_x, где 1 < х < 1,7, 1-3, карбид марганца в виде Mn₃C 1,5-2,5, сложный силицид вольфрама и кобальта CoWSi 1-2,5; сложный карбид вольфрама и кобальта Co₃W₃C 4-9, остальное карбид вольфрама.

Электроэрозионное упрочнение проводили на установках "Элитрон-10, "Элитрон-22" с ручным перемещением электрода-инструмента при токе легирования 0,7-1,2А, частоте вибрации 100-200 Гц в воздушной среде. Характеристики покрытий образцов 10х10х5 мм, изготовленных из стали Х12Ф1, представлены в табл. 2. Испытание на износ в условиях сухого трения-скольжения проводили на установке МТ22П в условиях трения без смазки.

Предлагаемый состав вольфрамсодержащего исходного соединения может найти применение также в процессе лазерного легирования металлических поверхностей изделий.

(56) Авторское свидетельство СССР N 778319, кл. С 22 С 29/08, 1978 г.

Немилов Е. Ф. Справочник по электроэрозионной обработке материалов. Л. : Машиностроение, 1989 г. , с. 153.

Ножиков А. Х. и др. Изготовление электродов - инструментов. - Ж. ПМ, 1976, N 5.

Использование: упрочнение режущего инструмента, штамповой оснастки и деталей машин. Сущность изобретения: электродный материал содержит, мас. % : вольфрамокарбид железа в виде: Fe₃W₃C-Fe₄W₂C 4-9, Fe₆W₆C 14-21, карбид железа в виде 4-7, силициды марганца в виде MinSi_x при 1<x<1,7 1-3, карбид марганца в виде Mn₃C 1,5-2,5, вольфрамосилицид кобальта в виде CoWSi 1-2,5, карбид вольфрама остальное, при этом в качестве вольфрамсодержащей исходной шихты используют вольфрамовый концентрат с содержанием, мас. % : оксидов вольфрама 45-72, железа 10-25, марганца 2-10, кремния 3-8, а в качестве вольфрамового используют полученный из окисленных руд шеелитовый концентрат и/или вольфрамитовый. При получении электродного материала для электроискрового легирования прессованию подвергают шихту, содержащую 6-10 мас. % Co, 7-10% углерода, остальное вольфрамсодержащий компонент. В качестве вольфрамсодержащего компонента используют вольфрамсодержащий концентрат, содержащий 45-72 мас. % оксида вольфрама, 10-25% оксида железа, 2-10 оксида марганца, 3-8 оксида кремния. 2 табл.

1. Электродный материал для электроискрового легирования, содержащий карбид вольфрама, отличающийся тем, что он дополнительно содержит сложные карбиды вольфрама и железа Fe₃W₃C - Fe₄W₂C, сложный карбид вольфрама и железа Fe₆W₆C, сложный карбид вольфрама и кобальта Co₃W₃C, карбид железа Fe₂C, силицид марганца MnSi_x при 1 < x < 1,7, карбид марганца Mn₃C, сложный силицид вольфрама и кобальта CoWSi при следующем соотношении компонентов, мас. % :
Сложные карбиды вольфрама и железа Fe₃W₃C - F3e₄W₂C 4 - 9
Сложный карбид вольфрама и железа Fe₆W₆C 14 - 21
Сложный карбид вольфрама и кобальта Co₃W₃C 4 - 9
Карбид железа Fe₂C 4 - 7
Силицид марганца MnSi_x при 1 < x 1,7 1 - 3
Карбид марганца Mn₃C 1,5 - 2,5
Сложный силицид вольфрама и кобальта CoWSi 1 - 2,5
карбид вольфрама Остальное. 2. Способ получения электродного материала для электроискрового легирования, включающий прессование шихты электродного материала и последующее спекание, отличающийся тем, что прессованию подвергают шихту, содержащую кобальт, углерод, вольфрамосодержащий компонент в следующем соотношении, мас. % :
Кобальт 6 - 10
Углерод 7 - 10
Вольфрамосодержащий компонент Остальное
при этом в качестве вольфрамосодержащего компонента используют вольфрамосодержащий концентрат, содержащий мас. % :
Оксид вольфрама 45 - 72
Оксид железа 10 - 25
Оксид марганца 2 - 10
Оксид кремния 3 - 8
причем перед прессованием шихту термообрабатывают. 3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что в качестве вольфрамосодержащего концентрата используют шеелитовый и/или вольфрамитовый концентраты.