СОСТАВ ТВЕРДОСПЛАВНОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 1998 года по МПК C22C29/08 

Изобретение относится к области производства твердых сплавов и может быть использовано преимущественно для изготовления режущих вставок и твердосплавных пластин и повышенными требованиями по износостойкости для механической обработки труднообрабатываемых сталей и сплавов.

Повышение износостойкости твердосплавных режущих вставок и пластин, особенно при обработке высоко легированных сталей и сплавов, представляет значительные трудности, для преодоления которых предложены различные технологические решения, в том числе связанные с получением материала определенного состава. В частности, в шихту на основе карбида вольфрама с металлической связкой добавляются различны ингредиенты, проводящие к повышению износостойкости.

Так, в соответствие с патентом Японии N 1-140685, опубликованным 11.01.91 г. предлагается износостойкий твердый сплав, содержащий твердую фазу в количестве 80 95 мас. на основе WC с добавками карбидов и/или нитридов TiC, TiN, TaC, tAn, NbC и металлическую связующую фазу на железной основе в количестве 5 20% Наиболее близким к предлагаемому изобретению является техническое решение, защищенное патентов Японии N 2-73946, опубликованное 13.03.90 г. Патентом защищен сплав, содержащий 75-95 мас. карбида вольфрама, либо твердой фазы на основе карбида вольфрама с добавками карбидов тантала (1 12 мас.), ниобия (1 4%), титана (2 20%) и металлическую связку на основе кобальта с добавками никеля (остальное). Недостатком материала является низкая износостойкость при обработке труднообрабатываемых высоколегированных сталей и сплавов. Целью настоящего изобретения является повышение износостойкости твердосплавного материала.

Поставленная цель достигается за счет дополнительного ведения в состав материала рения и карбида тантала, ниобия и титана при следующем содержании компонентов (мас.):
Карбид вольфрама, либо твердая фаза на основе карбида вольфрама с добавками карбида тантала (6-7), карбида ниобия (2-2,5) и карбида титана (4-4,5) 80-95
Никель 1-3
Рений 1-6
Кобальт Остальное
При этом отношение содержания рения к содержанию никеля берется в следующем соотношении: 0,4-5,0.

В основе изобретения лежит экспериментально установленный факт повышения износостойкости в результате введения никеля и рения в указанных пропорциях, а также при легировании твердой фазы карбидами TiC, TaC, NbC. Введение рения оказывает положительное влияние на взаимную растворимость твердофазной матрицы и кобальтовой связки, препятствует росту зерна твердой фазы при спекании, а также повышает прочностные свойства твердого сплава при повышенной температуре. Вместе с тем, введение лишь одного рения в кобальтовую связку без введения никеля не приводит к существенному повышению износостойкости из-за охрупчивания материла при комнатной температуре. При температуре спекания твердосплавного материала скорость растворения рения в кобальте незначительна, вследствие чего возникает неравномерность его концентрации по объему металлической связки, что создает внутренние напряжения и снижает эффективность воздействия рения на свойства материала. Совместное же введение никеля и рения в кобальтовую связку в указанных пропорциях способствует более интенсивному процессу растворения рения в кобальте, его равномерному распределению по объему твердого сплава и, в конечном итоге, к повышению стойкостных характеристик материала.

При введении рения в количестве меньшем 0,4 от количества никеля (меньше 1% ) его влияние значительно снижается и эффект повышения износостойкости наблюдается в значительно меньшей степени. Введение рения в количестве большем, чем 5-кратное содержание никеля (больше 6%), приводит к упомянутому выше охрупчиванию и также снижает положительный эффект повышения износостойкости. Примеры реализации приведены в таблице. Опробывание составов было произведено на материале, изготовленном из смеси порошков карбида вольфрама марки "ч" по ТУ 6-09-4694-78, карбида тантала марки "ч" по ТУ 6-09-5947-79, карбида ниобия марки "ч" по ТУ 6-09-00-6-79, карбида титана марки "ч" по ТУ 6-09-492-75, никеля марки ПНЭ-2 по ГОСТ 9722-79, кобальта марки ПК-1 по ГОСТ 9721-79 и рения марки ПР-2 по ТУ 48-4-193-87. После помола смесей, сушки и пластифицирования были спрессованы и спечены образцы-свидетели для определения физико-механических свойств и твердосплавные пластины по ГОСТ 19048-80 для определения стойкости при резании. Стойкостные испытания проводились на стали ОХ18Н9Т при следующих характеристиках процесса резания: скорость резания 9 м/мин, глубина резания 1 мм, подача 0,1 мм/об.

Приведенные в таблице данные подтверждают правильность технического решения и выбранных интервалов концентрации компонентов твердого сплава. Экономический эффект от предложенного изобретения выразится в снижении расхода твердосплавных пластин в 6 8 раз по сравнению с существующим, повышении производительности труда при механической обработке, переводе обработки труднообрабатываемых сталей и сплавов на станки с ЧПУ на 1 кг твердосплавных пластин в ценах IV кв. 1984 г.

Использование: преимущественно для изготовления режущих вставок и твердосплавных пластин с повышенными требованиями по износостойкости для механической обработки труднообрабатываемых сталей и сплавов. Сущность изобретения: состав, содержащий карбид вольфрама, либо твердую фазу на основе карбидов титана, тантала и ниобия и связку из кобальта с добавками никеля, дополнительно содержит рений при следующем содержании компонентов (мас.%):
Карбид вольфрама, либо твердая фаза на основе карбида вольфрама с добавками карбида тантала (6 - 7), карбида ниобия (2 - 2,5) и карбида титана (4 - 4,5) - 80 - 95
Никель - 1 - 3
Рений - 1 - 6
Кобальт - Остальное,
при этом отношение содержания рения к содержанию никеля берется в следующем соотношении: 0,4 - 5,0. 1 табл.

Состав твердосплавного материала, содержащий карбид вольфрама либо твердую фазу на основе карбида вольфрама с добавками карбидов титана, тантала, ниобия и связку из кобальта с добавками никеля, отличающийся тем, что дополнительно содержит рений при следующем соотношении компонентов, мас.

Карбид вольфрама, либо твердая фаза на основе карбида вольфрама с добавками карбида тантала (6 7), карбида ниобия (2 2,5) и карбида титана (4, 4,5) 80 95
Никель 1 3
Рений 1 6
Кобальт Остальное
при этом отношение содержания рения к содержанию никеля составляет 0,4 - 5,0.