УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2002 года по МПК C22C29/08 B23B27/14 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для холодной и горячей механической обработки различных материалов, преимущественно металлов и их сплавов, и может быть выполнено в виде различного типа резцов, сверл, фрез, фильер и т. п.

Известно устройство для механической обработки твердых материалов, представляющее собой основание и закрепленную в нем рабочую часть, выполненную из твердого сплава на основе карбида титана с железной связкой (карбидостали) [1] . Недостатком известного устройства является то, что оно обладает сравнительно низкой износостойкостью его рабочей части, что можно объяснить относительно равномерным распределением основы и связки по объему рабочей части.

Известно устройство для механической обработки твердых материалов, представляющее собой основание и закрепленную в нем рабочую часть, выполненную ив твердого сплава на основе монокарбида вольфрама с кобальтовой связкой [2] . Недостатком известного устройства является то, что износостойкость его рабочей части сравнительно мала, что можно объяснить относительно равномерным распределением основы и связки по объему рабочей части.

Наиболее близким к заявленному устройству является устройство для механической обработки твердых материалов, представляющее собой основание и закрепленную в нем рабочую часть, выполненную из твердого сплава на основе монокарбида вольфрама, карбида титана и цементирующей кобальтовой связки [3] . В процессе спекания изделия из твердых сплавов в присутствии жидкой фазы вольфрам переходит из монокарбида вольфрама в карбид титана и растворяется в нем, образуя сложный карбид - фазу (Ti, W)С [4] . Таким образом, в действительности рабочая часть описываемого устройства состоит из монокарбида вольфрама (WC), твердого раствора вольфрама в карбиде титана - фазы (Ti, W)C и цементирующей кобальтовой связки [5] . Недостатком известного устройства является малый срок службы, что обусловлено тем, что распределение фазы (Ti, W)C в его рабочей части нередко является достаточно однородным.

Заявляемое изобретение направлено на увеличение срока службы устройства.

Указанный результат достигается тем, что устройство для обработки твердых материалов содержит основание и закрепленную в нем рабочую часть из твердого сплава, состоящего из монокарбида вольфрама, твердого раствора вольфрама в карбиде титана фазы (Ti, W)C и цементирующей кобальтовой связки, при этом приповерхностный слой рабочей части толщиной от 8 до 15 мкм выполнен обогащенной фазой (Ti, W)C с концентрацией ее в этом слое от 50 до 99,5% по массе.

Отличительными признаками заявляемого устройства для обработки твердых материалов являются:
- выполнение приповерхностного слоя рабочей части обогащенным фазой (Ti, W)C;
- выполнение обогащенного фазой (Ti, W)C слоя толщиной от 3 до 15 мкм;
- выполнение обогащенного слоя с содержанием фазы (Ti, W)C в нем от 60 до 99,5% по массе.

Предлагаемое обогащение фазой (Ti, W)C приповерхностного слоя рабочей части устройства создает, как показывает опыт, на поверхности рабочей части "износостойкое покрытие", состоящее в основном из сложного карбида (Ti, W)C, обладающего повышенной твердостью по сравнению с объемом, и тем самым позволяет повысить срок службы устройства в несколько раз по сравнению с прототипом.

При этом было установлено, что толщина обогащенного фазой (Ti, W)C слоя не должна быть менее 3 мкм, в противном случае эффект повышения износостойкости незначителен и едва превышает погрешности эксперимента. Установлено, что толщина обогащенного фазой (Ti, W)C слоя не должна превышать 15 мкм, так как дальнейшее ее увеличение приводит к резкому снижению срока службы изделия.

Установлено, что если содержание фазы (Ti, W)C в приповерхностном слое менее 50% по массе, то повышение износостойкости практически не заметно. Содержание же фазы (Ti, W)C в приповерхностном слое более 50% по массе обеспечивает достижение заявленного результата. Если содержание фазы (Ti, W)C в приповерхностном слое превышает 99,5% по массе, то это означает снижение концентрации кобальтовой связки до значения, меньшего 0,5% по массе, что резко увеличивает хрупкость изделия.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежом.

На чертеже схематично представлен поперечный разрез рабочей части 1 устройства, иллюстрирующий расположение обогащенного слоя 2 на ее поверхности. Рабочая часть закрепляется в основании 3 известным образом, а само устройство в целом может являться резцом, сверлом, фрезой, фильерой, протяжкой и т. п. В частном случае таким основанием может служить зажимной патрон станка, а рабочая часть представлять собой твердосплавный инструмент (резец, сверло, развертку, метчик и т. п. ).

Работа устройства не описывается, так как оно не содержит движущихся узлов и деталей.

Обогащенный приповерхностный слой рабочей части создается термообработкой. Готовое изделие из твердого сплава, полученное известными методами порошковой металлургии, подвергают нагреву до температуры, подбираемой экспериментально для каждого сплава, из которого данное изделие выполнено.

Время выдержки при подобранных температурах также подбирается экспериментально и зависит от толщины получаемого обогащенного слоя. Обогащение приповерхностного слоя фазой (Ti, W)C происходит за счет того, что при нагреве сплава до высоких температур происходит дальнейшее растворение вольфрама в карбиде титана.

Рабочие части со сформированным обогащенным слоем закрепляются в основании известными методами и полученное устройство для обработки твердых материалов используется по назначению.

Проверка достижения заявленного технического результата осуществляется следующим образом. Пластины из твердых сплавов до и после термообработки исследовались методами рентгеновской дифрактометрии и ядерного обратного рассеяния. Полученные после термообработки пластины с обогащенной фазой (Ti, W)C приповерхностным слоем использовались для изготовления резцов для токарной обработки.

Производственные испытания с целью определения срока службы резцов осуществлялись на ОАО ММП им. В. В. Чернышева. Испытания шестигранных режущих пластин обозначение по IS0 WNUM 080408 из твердого сплава Т15К6 проверены на токарном полуавтоматическом станке с ЧПУ модели SPT 16 NC при обработке деталей "Валик" 160300302 лодочного мотора "Нептун". Материал детали сталь 12Х2Н4А-Ш, твердость НВ 174-203. Операция 054 токарная с ЧПУ. Режимы резания: диаметр d - перем. , длина L - перем. , скорость резания V = const = 70 м/мин, число оборотов n - перем. , глубина резания t - перем. , подача S - перем. Токарная обработка производилась с охлаждением СОЖ "ЭГТ".

Результаты экспериментов приведены в таблице.

Из прeдcтaвлeнныx данных видно, что выполнение приповерхностного слоя рабочей части устройства для обработки твердых материалов обогащенным фазой (Ti, W)C повышает его срок службы в несколько раз.

Источники информации, принятые во внимание
1. Гуревич Ю. Г. , Нарва В. К. , Фраге Н. П. Карбидостали. М. : Металлургия, 1988. 142с.

2. Третьяков В. И. Основы металловедения и технологии производства спеченных твердых сплавов. М. : Металлургия, 1976, 528с. С. 126-205.

3. Третьяков В. И. Основы металловедения и технологии производства спеченных твердых сплавов. М. : Металлургия, 1976, 528с. С. 142-180 (прототип).

4. Третьяков В. И. Основы металловедения и технологии производства спеченных твердых сплавов. М. : Металлургия, 1976, 528с. С. 161-172.

5. Третьяков В. И. Основы металловедения и технологии производства спеченных твердых сплавов. М. : Металлургия, 1976, 628с. С. 179-180.

Изобретение может быть использовано для холодной и горячей механической обработки различных материалов, преимущественно металлов и их сплавов, и может быть выполнено в виде различного типа резцов, фрез, сверл, фильер и т. п. Устройство содержит основание и закрепленную в нем рабочую часть из твердого сплава, состоящего из монокарбида вольфрама, твердого раствора вольфрама в карбиде титана - фазы (Ti, W)C и цементирующей кобальтовой связки, при этом приповерхностный слой рабочей части толщиной от 3 до 15 мкм выполнен обогащенным фазой (Ti, W)C с концентрацией ее от 50 до 99,5% по массе. Изобретение позволяет увеличить срок службы устройства. 1 табл. , 1 ил.

Устройство для обработки твердых материалов, содержащее основание и закрепленную в нем рабочую часть из твердого сплава, состоящего из монокарбида вольфрама, твердого раствора вольфрама в карбиде титана - фазы (Ti, W)C и цементирующей кобальтовой связки, отличающееся тем, что приповерхностный слой рабочей части толщиной от 3 до 15 мкм выполнен обогащенным фазой (Ti, W)C с концентрацией ее от 50 до 99,5% по массе.