СОСТАВ ДЛЯ КОМПЛЕКСНОЙ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ТВЕРДОСПЛАВНОГО ИНСТРУМЕНТА Российский патент 1995 года по МПК C23C10/52 

Изобретение относится к химико-термической обработке твердосплавного инструмента, в частности к составам для создания на его поверхности износостойких комплексных карбидных покрытий, и может быть использовано при производстве твердых сплавов.

Известен состав для обработки тведосплавного инструмента (Химико-термическая обработка металлов и сплавов. Сборник, Минск, 1971, с.24-27), содержащий двуокись титана, алюминий и окись алюминия.

Недостатком данного состава является то, что после обработки в таком составе износостойкость инструмента повышается в 2-3 раза, что во многих случаях недостаточно для использования.

Известен также наиболее близкий состав для комплексной химико-термической обpаботки твердосплавного инструмента, содержащий двуокись титана, окись ниобия, алюминий, хлористый аммоний и окись алюминия при следующем соотношении компонентов, мас. Двуокись титана 30-40 Окись ниобия 10-20 Алюминий 10-24 Хлористый аммоний 1-3 Окись алюминия Остальное
Процесс химико-термической обработки в данном составе проводят при 950-1100^оС в течение 1-6 ч в контейнерах без использования вакуума или защитных атмосфер. При этом на поверхности твердосплавного инструмента формируется износостойкое покрытие, состоящее из смеси карбидов титана и ниобия толщиной 7-15 мкм.

Использование данного состава позволяет повысить стойкость твердосплавного инструмента в 7-10 раз по сравнению с исходными материалами и не требует применения взрывоопасных защитных атмосфер.

Недостатком данного состава является то, что в процессе химико-термической обработки под образующимся покрытием в твердосплавной основе образуется обезуглероженная зона, так называемая γ -фаза, которая снижает хрупкую прочность инструмента на операциях прерывистого резания, особенно фрезерования.

Сущность изобретения заключается в следующем. В составе для комплексной химико-термической обработки твердосплавного инструмента дополнительно входят, мас. углерод (сажа) 3-5; циркониевый концентрат 10-25.

Изобретение направлено на решение задачи снижения обезуглероживания основы в процессе образования покрытия за счет изменения фазового состава насыщающей среды путем введения в состав углерода (сажа) и циркониевого концентрата при следующих соотношениях компонентов, мас. Двуокись титана 30-40 Окись ниобия 10-20 Алюминий 10-24 Углерод (сажа) 3-5 Циркониевый кон- центрат 10-25 Хлористый аммоний 1-3 Окись алюминия Остальное
Дополнительное введение в состав насыщающей среды углерода в виде сажи создает в контейнерах восстановительную атмосферу и интенсифицирует диффузионные процессы, с другой стороны, присутствие углерода в насыщающей среде препятствует процессу обезуглероживания основы твердого сплава. Состав диффузионного слоя получается сложным, а присутствие в нем карбидных и нитридных соединений циркония повышает его пластичность.

Сложный химический и минералогический состав циркониевого концентрата (смесь минералов бадделита, циркона, кварца, ильменита, граната, рутила и пр.) (ост. 48-84-72) повышает диффузионную активность насыщающей смеси, следствием чего является увеличение толщины диффузионных слоев, уменьшение времени насыщения и температуры процесса.

Циркониевый концентрат применяется в молотом виде зернистостью 5-20 мкм.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в повышении хрупкой прочности диффузионного слоя и износостойкости твердосплавного инструмента на операциях прерывистого резания и фрезерования.

Для повышения хрупкой прочности диффузионных слоев на твердосплавных материалах, содержащих карбиды и нитриды титана и ниобия, в диффузионную смесь, содержащую порошки двуокиси титана, окиси ниобия, алюминий и хлористый аммоний, окись алюминия, дополнительно вводят углерод в виде сажи и порошок циркониевого концентрата (ост. 48-84-72) в исходном минералогическом состоянии, препятствующие, с одной стороны, образованию переходной хрупкой зоны ( γ-фазы) между покрытием и основой, а, с другой стороны, внедрение в диффузионный слой более пластичных и износостойких соединений (карбиды, карбонитриды, нитриды) циркония.

Для проверки заявляемого состава для комплексной химико-термической обработки тведосплавного инструмента было подготовлено десять смесей. Первая готовилась по составу прототипа, остальные по предлагаемому составу, различие заключалось в соотношении входящих компонентов. Диффузионное насыщение сменных неперетачиваемых пластин из твердого сплава ВК 8 осуществляли в герметичном контейнере с плавким затвором в электропечи при температуре 980 ±10^оС в течение 2,5 ч.

На всех образцах, подвергнутых химико-термической обработке, при 480-кратном увеличении на поверхности травленых в растворе Мураками шлифов определялась толщина диффузионного слоя и выявлялись области под покрытием, содержащих γ -фазу (обезуглероженная хрупкая зона).

На операции фрезерования стали 45 в лабораторных условиях определялась износостойкость режущих пластин, подвергнутых комплексной химико-термической обработке.

Анализ технических результатов показывает, что предлагаемый состав для комплексной химико-термической обработки твердосплавного инструмента позволяет до 2-х раз повысить износостойкость на операциях фрезерования, при формировании слоя значительно уменьшается переходная обезуглероженная зона (γ -фаза) и увеличивается толщина покрытия при одних и тех же режимах проведения процесса упрочнения.

Результаты испытания представлены в таблице.

Использование: изобретение относится к процессам химико-термической обработки твердосплавного инструмента. Сущность изобретения: состав содержит, мас. двуокись титана 30 40; окись ниобия 10 20; алюминий 10 24; углерод 3 5; циркониевый концентрат 10 25; хлористый аммоний 1 3; окись алюминия остальное. В качестве углерода состав предпочтительно содержит сажу. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. СОСТАВ ДЛЯ КОМПЛЕКСНОЙ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ТВЕРДОСПЛАВНОГО ИНСТРУМЕНТА, включающий двуокись титина, окись ниобия, алюминий, окись алюминия и хлористый аммоний, отличающийся тем, что он дополнительно содержит углерод и циркониевый концентрат при следующем соотношении компонентов, мас.

Двуокись титана 30 40
Окись ниобия 10 20
Алюминий 10 24
Углерод 3 5
Циркониевый концентрат 10 25
Хлористый аммоний 1 3
Окись алюминия Остальное
2. Состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве углерода он содержит сажу.