СПОСОБ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ МОНОКАРБИДА ВОЛЬФРАМА Российский патент 1995 года по МПК C23C14/28 

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к холодной и горячей механической обработке металлов, в частности, к методам увеличения износостойкости режущего инструмента.

Известен способ [1] увеличения износостойкости твердосплавного режущего инструмента на основе монокарбида вольфрама путем нанесения износостойкости покрытия, состоящего, например, из карбидов или нитридов титана. Способ позволяет увеличить износостойкость режущего инструмента в несколько раз.

Известен также способ увеличения износостойкости твердосплавного режущего инструмента на основе монокарбида вольфрама путем имплантации ионов азота или гелия из импульсного источника [2]
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ обработки твердосплавного режущего инструмента на основе монокарбида вольфрама (твердый сплав Т5К10) путем воздействия одним из видов ионизирующей радиации пучком протонов высоких энергий (энергия протонов E_о 6,3 МэВ, поток Ф 4 ˙ 10¹⁴ см^-2 [3]
Недостатками известных способов являются:
малая толщина покрытия, составляющая ≈ 10^о 10¹ мкм и ухудшение адгезии между материалом твердого сплава и покрытием при увеличении толщины последнего;
необходимость использования уникального дорогостоящего оборудования импульсного ускорителя ионов;
необходимость использования уникального дорогостоящего оборудования ускорителя заряженных частиц высоких энергий (циклотрона), остаточная радиоактивность обработанных изделий, большая длительность процесса облучения порядка нескольких часов.

Целью настоящего изобретения является предупреждение возникновения остаточной радиоактивности, повышение экономичности и эффективности способа и установление зависимостей между параметром режима обработки дозой облучения, максимумами времени работо- способности t_р обработанного изделия и составом твердого сплава.

Поставленная цель достигается тем, что в сплав вводят карбид титана с концентрацией не менее 15 массовых процентов, а воздействие ведут гамма-излучением,дозы которого, обеспечивающие максимальные значения t_p, выбирают из условий:
С_Со ≅ 6 массовых процентов D_γ= 6 ˙ 10²- -6 ˙ 10⁴ рентген,
С_Со≥ 9,5 массовых процентов D_γ1 6 ˙ 10²-6 ˙ 10⁴ рентген,
D_γ2 8,0 ˙ 10⁶-1,5 ˙ 10⁸ рентген, где С_Со концентрация кобальта в твердом сплаве.

Положительный эффект настоящего изобретения проявляется:
в том, что "износостойкое покрытие" обладает идеальной адгезией, так как является частью матрицы изделия из твердосплавного материала, а его толщина определяется энергией γ-излучения и может составлять до ≈ 10^-1-10^о см;
в том, что появляется возможность использования простого оборудования, например, природных источников γ-излучения: в частности, Со⁶⁰, Сs¹³⁷ с энергиями γ-квантов (0,5-1,2 МэВ), не вызывающими наведения остаточной радиоактивности в твердосплавном материале;
в том, что появляется возможность существенно уменьшить время воздействия, снизив его до 6,0-6 ˙ 10² с.

Экспериментально установлено, что режущие пластины, изготовленные из твердых сплавов марок МС 111, МС 146, МС 321 и Т15К6, увеличивают свою износостойкость и срок службы от 30% до 5-7 раз после воздействия γ-излучения с энергией≈ 0,5 МэВ и дозами от 6 ˙ 10² до 2,05 ˙ 10⁸ рентген, причем максимум времени работоспособности достигался дважды: в интервале доз 6 ˙ 10³-6 ˙ 10⁴ рентген и в интервале доз ≈ 8 ˙ 10⁷-1,0 ˙ 10⁸ рентген.

На фиг.1 изображены дозовые зависимости времени работоспособности срока службы режущих пластин из твердых сплавов МС 111 и МС 146, облученных γ-квантами, где 1,2 МС 111, срок службы, 3 МС 111, время работоспособности, 4 МС 146 время работоспособности.

Фиг. 2 дозовые зависимости времени работоспособности и срока службы режущих пластин из твердых сплавов МС 321 и Т15К6, облученных γ-квантами, где 1- Т15К6, время работоспособности, 2 Т15К6, срок службы, 3 МС 321, время работоспособности.

П р и м е р 1. В Люберецком производственном объединении "Завод им.Ухтомского" проведены испытания на срок службы режущих пластин, изготовленных из твердого сплава МС 111. Пластины были подвергнуты воздействию γ-излучения от природного источника Cs¹³⁷ с энергией ≈ 0,5 МэВ. В первой серии опытов дозы варьировались в интервале ≈ 1,0 ˙ 10⁸- 2,5 ˙ 10⁸ рентген, а во второй в интервале ≈ 1 ˙ 10⁷-1,4 ˙ 10⁸ рентген. Обрабатываемая деталь КРНО3604, материал заготовок сталь 45Г2. Обработка проводилась в цехе N 21 н гидрокопировальном полуавтоматическом станке модели 473-4. Число оборотов шпинделя n 400 об/мин, скорость резания V 70 м/мин, подача S 0,53 мм/об. глубина резания t 2,5 мм. Зависимости нормированного срока службы (N_дет/N_{дет,макс}) от дозы облучения представлены в табл.1 и 2 и на фиг.2 (кривые 1 и 2). Максимуму обработанных деталей N_{дет.макс.} соответствуют дозы ≈ 8,6 ˙ 10⁷ рентген (табл.1 и кривая 1 фиг.1) и ≈ 1,04 ˙ 10⁸ рентген (табл.2 и кривая 2 фиг.1).

П р и м е р 2. В Московском комбинате твердых сплавов (МКТС) проведены испытания на износостойкость режущих пластин, изготовленных из твердого сплава марки МС 111. Пластины были подвергнуты воздействию γ-излучения от природного источника Cs¹³⁷ с энергией ≈ 0,5 МэВ и дозами от 6 ˙ 10² до ≈ 1,0 ˙ 10⁸ рентген. Обрабатываемый материал сталь 50. Обработка проводилась на станке модели 1М63. Скорость резания V составляла 180, 215 и 220 м/мин, подача S 0,20 мм/об. глубина резания t1,0 мм. Зависимость нормированного времени работоспособности (t_p/t_рмакс.) от дозы облучения представлена в табл.3 и на фиг. 1 (кривая 3). На кривой 3 наблюдаются два максимума: один соответствует дозе 6 ˙ 10⁴ рентген, второй дозе ≈ 8,6 ˙ 10⁷ рентген.

П р и м е р 3. В Московском комбинате твердых сплавов (МКГС) проведены испытания на износостойкость режущих пластин, изготовленных из твердого сплава марки МС 146. Пластины были подвергнуты воздействию γ-излучения от природного источника -Сs¹⁴⁷ с энергией ≈ 0,5 МэВ и дозами от 6 ˙ 10² до 1,0 ˙ 10⁸ рентген. Обрабатываемый материал сталь 50. Обработка проводилась на станке модели 1 М63. Скорость резания V составляла 140 м/мин, подача S 0,20 мм/об. глубина резания t 1,0 мм. Зависимость нормированного времени работоспособности от дозы облучения гамма-квантами представлена в табл.4 и на фиг.1 (кривая 4). На кривой 4 наблюдается два максимума: один, соответствующий дозе 6 ˙ 10⁴ рентген, а другой дозе ≈ 8,6 ˙ 10⁷ рентген.

П р и м е р 4. В Московском комбинате твердых сплавов (МКТС) проведены испытания на износостойкость режущих пластин, изготовленных из твердого сплава марки Т15К6. Пластины были подвергнуты воздействию γ-излучения от природного источника Cs¹³⁷ с энергией ≈ 0,5 МэВ и дозами от 6 ˙ 10² до ≈ 1,0 ˙ 10⁸ рентген. Обрабатываемый материал сталь 50. Обработка проводилась на станке модели 1 М63. Скорость резания V составляла 210 м/мин, подача S 0,20 мм/об. глубина резания t 1,0 мм. Зависимость нормированного времени работоспособности от дозы облучения гамма-квантами представлена в табл.5 и на фиг.2 (кривая 1). На кривой 1 наблюдается один максимум, соответствующий дозе 6 ˙ 10⁴ рентген.

П р и м е р 5. В Люберецком производственном объединении "Завод им.Ухтомского" проведены испытания на срок службы режущих пластин, изготовленных из твердого сплава Т15К6. Пластины были подвергнуты воздействию γ-излучения от природного источника с энергией ≈ 0,5 МэВ в интервале доз 6 ˙ 10²-7,2 ˙ 10⁵ рентген. Обрабатываемый материал сталь 18ГТТ. Обработка проводилась в цехе N 18 на восьмишпиндельном вертикальном полуавтоматическом станке модели 1К282. Число оборотов шпинделя n 175 об/мин, скорость резания V 95 м/мин, подача S 0,25 мм/об. глубина резания t 1,5 мм. Зависимость нормированного срока службы от дозы облучения представлена в табл.6 и на фиг.2 (кривая 2). Максимуму N_дет соответствует доза 6 ˙ 10³ рентген.

П р и м е р 6. В Московском комбинате твердых сплавов (МКТС) проведены испытания на износостойкость режущих пластин, изготовленных из твердого сплава марки МС 321. Пластины были подвергнуты воздействию γ-излучения от природного источника Cs¹³⁷ с энергией ≈ 0,5 МэВ и дозами от 6 ˙ 10² до 1,0 ˙ 10⁸ рентген. Обрабатываемый материал чугун СЧ25. Обработка проводилась на станке модели 1М63. Скорость резания V cоставляла 140 м/мин, подача S 0,20 мм/об. глубина резания t 1,0 мм. Зависимость нормированного времени работоспособности от дозы облучения гамма-квантами представлена в табл.7 и на фиг.2 (кривая 3). На кривой 3 наблюдается один максимум, соответствующий дозе 6 ˙ 10³ рентген.

Анализ результатов, представленных в примерах 1-6, показывает, что на зависимостях t_p f(D_γ) наблюдается либо один максимум (Т15К6, МС 321), либо два максимума (МС 111, МС 146). Количество максимумов t_p явно связано с содержанием кобальта (Со) в твердых сплавах: один максимум наблюдается в режущих пластинах с меньшим содержанием кобальта и, соответственно с меньшей прочностью (6 мас. Т15К6, МС 321), а два с содержанием кобальта 9,5 и более, мас. (МС 111, МС 146) и, соответственно, с большей прочностью. Естественно, напрашивается заключение, что в сплавах с содержанием кобальта, меньшими 6 мас. также будет наблюдаться лишь один максимум t_p. Кроме того, значения K_{ст.макс.} ≥ 2,0 наблюдаются, если содержание карбида титана в сплаве составляет не менее 15 мас. (см.табл.8). Поскольку состав сплавов МС 111, МС 146, МС 321 является коммерческой тайной МКТС, в та бл.8 приведены неполные данные.

Время работоспособности t_p определялось как время, необходимое для износа задней режущей кромки на 0,5 мм (см.табл.3-5, 7).

В связи с тем (табл.3-5, 7, кривые 3 и 7 фиг.1 и кривые 1 и 3 фиг.2), что максимумы t_p весьма размыты, интервал доз, где имеет место наибольший эффект при облучении γ-квантами, целесообразно выбрать равным 6 ˙ 10²-6 ˙ 10⁴ рентген для первого максимума и 8,6 ˙ 10⁶-1,5 ˙ 10⁸ рентген для второго максимума.

Использование: в машиностроении, в частности в способе обработки изделий из твердых сплавов на основе монокарбида вольфрама, преимущественно холодной и горячей обработкой. Сущность изобретения: для увеличения износостойкости режущего инструмента, предупреждения возникновения остаточной радиоактивности, повышения экономичности и эффективности способа и установления зависимости между параметром режима обработки дозой облучения и составом твердого сплава способ предусматривает введение в состав сплава карбида титана с концентрацией не менее 15 мас. Воздействие ведут гамма-излучением, дозы которого, обеспечивающие максимальные значения за время работоспособности обработанного изделия, выбирают из выражений, приведенных в формуле изобретения. 2 ил. 8 табл.

СПОСОБ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ МОНОКАРБИДА ВОЛЬФРАМА с кобальтовой связкой и добавками карбида титана путем воздействия ионизирующей радиации, отличающийся тем, что в сплав вводят карбид титана с концентрацией не менее 15 мас. а воздействие ведут гамма-излучением, дозы которого, обеспечивающие максимальные значения т_p, выбирают из условий:
C_CO ≅ 6 мас. D_j 6 10² 6 10⁴ рентген,
C_CO ≥ 9,5 мас. D_j1 6 10² 6 10⁴ рентген,
D_j2 8,0 10⁶ 1,5 10⁸ рентген,
где т_p время работоспособности обработанного изделия;
C_CO концентрация кобальта в твердом сплаве.