СПОСОБ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ТВЕРДОГО СПЛАВА Российский патент 1996 года по МПК B22F3/24 B22F3/00 

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

Известен способ увеличения износостойкости твердосплавного режущего инструмента на основе карбида вольфрама путем нанесения износостойкого покрытия, состоящего, например из карбидов или нитридов титана. Способ позволяет увеличить износостойкость твердосплавного режущего инструмента в несколько раз [1]
Известен также способ увеличения износостойкости твердосплавного режущего инструмента на основе карбида вольфрама путем имплантации ионов азота или гелия с энергией 150 кэВ [2]
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ обработки твердосплавного режущего инструмента на основе карбида вольфрама путем воздействия одним из видов электромагнитного излучения лазерным излучением [3]
Недостатками известных способов являются:
малая толщина покрытия, составляющая ≈10⁰-10¹ мкм и ухудшение адгезии между материалом твердого сплава и покрытием при увеличении толщины последнего;
необходимость использования уникального дорогостоящего оборудования импульсного ускорителя ионов;
малое увеличение износостойкости (в 1,5 раза).

Целью изобретения является большее по сравнению с прототипом увеличение износостойкости обработанных изделий из твердого сплава и вывод аналитической зависимости между параметром режима обработки дозой облучения и временем работоспособности обработанного изделия.

Поставленная цель достигается тем, что длину волны рентгеновского или гамма излучения выбирают в пределах от 1,234·10^-3 до 24,5 , а дозу облучения D определяют по формуле
D=exp(at_p-b),
где t_p требуемое время работоспособности обработанного изделия, а положительные постоянные a и b находят опытным путем для изделий каждого класса.

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^-1-10⁰ см.

в том, что появляется возможность использования простого оборудования, например, природных источников γ-излучения: в частности, Co⁶⁰, Cs¹³⁷;
в том, что износостойкость твеpдосплав-ного материала увеличивается до 5 раз по сравнению с прототипом благодаря использованию принципиально иного вида электромагнитного излучения.

Экспериментально установлено, что пластины, изготовленные из твердого сплава марки МС-111, увеличивают свою износостойкость в 2-3 раза после воздействия γ-излучения с энергией ≈ 0,5 МэВ и дозами от 6·10² до ≈ 1,0·10⁸Р.

На чертеже дана дозовая зависимость времени работоспособности пластин из сплава МС 111, облученных γ-квантами, а именно зависимость времени работоспособности от логарифма дозы γ-излучения + + -V=180 м/мин, 0-V- 215 м/мин, 0-V-220 м/мин.

П р и м е р. В московском комбинате твердых сплавов (МКТС) проведены испытания на износостойкость пластин, изготовленных из твердого сплава 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 Р. Обрабатываемый материал сталь 50. Обработка проводилась на станке 1М63. Скорость резания V составляла 180, 215 и 220 м/мин, подача S=0,20 мин/об, глубина резания t=1,0 мин.

В таблице приведены данные опытов. Как следует из данных таблицы коэффициент стойкости возрастает в 2-3 раза в широком интервале доз облучения 6·10²-1·10⁸ р.

Математическая обработка результатов, представленных в таблице, позволяет получить аналитическое выражение, связывающее между собой дозу облучения и время работоспособности пластин, изготовленных из твердого сплава МС 111. Из данных таблицы видно, что время работоспособности облученной пластины (t_pγ) слабо зависит от дозы облучения: при возрастании дозы облучения на пять порядков t_pγ увеличивается всего лишь в 1,5 раза. На чертеже показано, что t_pγ является логарифмической функцией от дозы облучения. Следует отметить, что на графике чертежа экспериментальные точки укладывают на две прямые линии: прямую 1 в интервале доз 6·10² -7,2·10⁵ Р, прямую 2 в интервале доз 6·10³-8,6·10⁷Р. Прямая 1 описывается зависимостью
t_pγ= 1,2lgD+20,8, (1) где t_pγ и 20,8 выражено в минутах, а доза D рентгенах.

Прямая 2 описывается зависимостью
t_pγ=3,2 lgD+12,8 (2) где t_pγ, D и 12,8 имеют те же размерности. (Следует заметить, что, строго говоpя, логарифм берется от безразмерной величины, т. е. доза D разделена на единичную дозу D_o=1 Р.

Таким образом, обе прямые (1) и (2) имеют одинаковый вид
t_pγ= c lg +d (3) Потенциируя выражение (3) и учитывая, что lny=2,3 lgy, получаем
D=D_oexp(t_pγ -b), (4)
где a=2,3/с, b=2,3 d/c.

Поскольку D_o=1 рентген, выражение (4) можно упростить:
D= exp(at_pγ -b), (5) но при этом всегда иметь в виду, что D выражено в энергетических единицах, b безразмерно, а размерность a-T^-1.

Таким образом, настоящее изображение осуществляют следующим образом:
предварительно на образцы режущего инструмента из твердого сплава воздействуют рентгеновским или γ-излучением с длиной волны от 1,234·10^-3до 24,5 и с различными дозами излучения;
находят опытным путем зависимость между дозой облучения квантами электромагнитного излучения и временем работоспособности образцов режущего инструмента при постоянной величине износа последнего;
эту зависимость представляют в виде таблицы (см. например, столбцы 1-й и 3-й таблицы;
строят вспомогательную таблицу, где вместо доз облучения стоят их логарифмы (например, десятичные, как сделано выше);
данные вспомогательной таблицы наносят на график в координатах: логарифм дозы (lgD) по оси абсцисс, время работоспособности (t_p) по оси ординат;
на этом графике с помощью графического построения (прикладывания к экспериментальным точкам обычной линейки) находят линейные участки, выражающиеся алгебраической зависимостью: y=kx+m, где y=t_p, a x=lgD. Постоянные k и m находят либо из графика (k тангенс угла пересечения прямой y=kx+m с осью абсцисс, m отрезок, отсекаемый продолжением прямой y=kx+m на оси ординат), либо аналитически по формулам
k (6)
m= y₂-kx₂= y₁-kx_L, (7) где X₁, X₂ и y₁, y₂ какие-либо из двух, соответствующих друг другу значений x и y, взятых или из вспомогательной таблицы, или из графика линейной зависимости t_p от lgD.

Значения a и b в формуле изобретения определяют по формулам (3) и (4) с помощью найденных значений k и m
a=2,3/k, b=2,3m/k. (8)
Из формул (1), (2) и (8) вытекает, что для сплава МС 111 в интервале доз 6·10² -7,2·10⁵ P k= 1,2 мин, m=20,8 мин, а в интервале доз 6·10³-8,64·10⁷ рентген k=3,2 мин, m=12,8 мин. Таким образом, применяя формулы (8), получаем: для сплава МС 111 в интервале доз 6·10²-7,2·10⁵рентген a 1,92 мин^-1 ≈ 1,9 мин^-1, b 2,3 40 40, а в интервале доз 6·10³-8,64·10⁷ Р a=0,72 мин^-1 ≈ 0,7 мин^-1, b=9,2 ≈ 9,0.

Пользуясь методом, изложенным выше, а также нашими экспериментальными результатами, мы нашли, что для сплава Т15К6 в интервале доз 6·10²-6 ·10⁴ Р a= 0,63 мин^-1 ≈ 0,6 мин^-1, b=18,3≈18,0 и для сплава Т 5К10 в интервале доз 2,5·10⁷-1,0·10⁸ рентген a=0,26 мин^-1 ≈ 0,3 мин^-1, b=4,1 ≈ 4,0.

Приведенные выше значения a и b относятся к сплавам на основе монокарбида вольфрама WC (МС 111, Т5К10, Т15К6). Однако испытания режущих пластин из безвольфрамовых твердых сплавов (карбида титана TiC, керамики: Al₂O₃+TiC) показали, что хотя в них применение заявленного способа и обеспечивает положительный эф- фект, но логарифмические зависимости t_p от D(t_p=f(lgD) в интервале исследованных доз 6·10²-1·10⁸ рентген не наблюдается.

Результаты испытания пластин из твердого сплава марки МС 111 в МКТС

Способ обработки изделий из твердого сплава относится к области порошковой металлургии, преимущественно к холодной и горячей механической обработке металлов, в частности к методам увеличения износостойкости режущего инструмента. Цель изобретения - увеличение износостойкости изделий из твердого сплава и вывод аналитической зависимости между параметром режима обработки - дозой облучения и временем работоспособности обработанного изделия. Новым в способе является то, что длину волны рентгеновского или гамма-излучения выбирают в пределах от 1,234 • 10^- 3 до а дозу облучения D определяют по математической формуле, представленной в формуле изобретения. 1 ил.

СПОСОБ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ТВЕРДОГО СПЛАВА, включающий воздействие электромагнитного излучения, отличающийся тем, что предварительно на образцы из твердого сплава воздействуют рентгеновским или γ -излучением с длиной волны от 1,234 • 10^- 3 до 24,5 с различными дозами, определяют зависимость между временем работоспособности образцов при фиксированном износе и дозой облучения, строят линейную зависимость времени работоспособности от логарифма дозы облучения, по этой зависимости определяют коэффициент прямой, а обработку изделий ведут с дозой облучения, определяемой по зависимости
D exp(at_p b),
где t_p требуемое время работоспособности изделия;
a и b постоянные коэффициенты, определяемые по коэффициентам прямой.