УСТРОЙСТВО ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ 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 износостойкость его рабочей части сравнительно мала, 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 из твердого сплава на основе монокарбида вольфрама с кобальтовой связкой [2] . Недостатком известного устройства является то, что он обладает сравнительно низкой износостойкостью своей рабочей части, что можно объяснить относительно равномерным распределением основы и связки по объему рабочей части.

Наиболее близким к заявляемому 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 в присутствии жидкой фазы вольфрам переходит из монокарбида вольфрама в карбид титана и растворяется в нем, образуя сложный карбид - фазу (Ti, W)C [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 при наличии ударных нагрузок, что обусловлено тем, что распределение монокарбида вольфрама (WC), фазы (Ti, W)C и кобальта в его рабочей части нередко является достаточно однородным.

Заявляемое изобретение направлено на увеличение срока службы устройства в условиях его эксплуатации при наличии ударных нагрузок.

Указанный результат достигается тем, что устройство для механической обработки твердых материков 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 монокарбидом вольфрама с концентрацией его в этом слое от 50 до 99,5% по массе.

Отличительными признаками заявляемого устройства для механической обработки твердых материалов являются:
- выполнение приповерхностного слоя рабочей части обогащенным монокарбидом вольфрама;
- выполнение обогащенного монокарбидом вольфрама слоя толщиной от 3 до 15 мкм;
- выполнение обогащенного слоя с содержанием монокарбида вольфрама в нем от 50 до 99,5% по массе.

Предлагаемое обогащение монокарбидом вольфрама приповерхностного слоя рабочей части устройства создает, как показывает опыт, на поверхности рабочей части "износостойкое покрытие", состоящее в основном из монокарбида WC, обладающего повышенной твердостью и пластичностью, и тем самым позволяет повысить срок службы устройства при наличии ударных нагрузок в несколько раз по сравнению с прототипом.

При этом было установлено, что толщина обогащенного слоя не должна быть менее 3 мкм, в противном случае эффект повышения износостойкости незначителен и едва превышает погрешности эксперимента.

Установлено, что толщина обогащенного слоя не должна превышать 15 мкм, так как дальнейшее ее увеличение приводит к ревкому снижению срока службы изделия.

Установлено, что если содержание монокарбида вольфрама в приповерхностном слое менее 50% по массе, то повышение износостойкости практически не заметно. Содержание же монокарбида вольфрама более 50% по массе обеспечивает достижение заявленного результата. Если содержание монокарбида вольфрама 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 и нижеследующим описанием. На чертеже схематично представлен поперечный разрез рабочей части 1 устройства, иллюстрирующий расположение обогащенного слоя на ее поверхности. Рабочая часть закрепляется в основании 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 изделия из твердого сплава, полученное известными методами порошковой металлургии, подвергают нагреву до температуры, подбираемой экспериментально для каждого сплава, из которого изделие выполнено.

Время выдержки при подобранных температурах также подбирается экспериментально и зависит от толщины получаемого обогащенного слоя. Обогащение приповерхностного слоя происходит за счет того, что при нагреве сплава до высоких температур происходит обратная диффузия вольфрама в WC из фазы (Ti, W)C.

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

Проверка достижения заявленного технического результата осуществлялась следующим образом. Пластины из твердых сплавов до и после термообработки исследовались методами рентгеновской дифрактометрии и ядерного обратного рассеяния. Полученные после термообработки пластины с обогащенным монокарбидом вольфрама WC приповерхностным слоем использовались 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 ISO WNUM 080408) из твердого слава Т15К6 проведены 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 представленных данных видно, что выполнение приповерхностного слоя рабочей части устройства для механической обработки твердых материалов обогащенным монокарбидом вольфрама повышает его срок службы при наличии ударных нагрузок в несколько раз.

Источники информации
1. Гуревич Ю. Г. , Нарва В. К. , Фраге Н. Р. Карбидостали. - М. : Металлургия, 1988. 142 с.

2. Третьяков В. И. Основы металловедении и технологии производства спеченных твердых сплавов. -М. : Металлургия, 1976, 528 с. - С. 125-205.

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

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

5. Третьяков В. И. Основы металловедения и технологии производства спеченных твердых сплавов. - М. : Металлургия, 1976, 528 с. - 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 монокарбидом вольфрама с концентрацией его в этом слое от 50 до 99,5% по массе. Изобретение позволяет увеличить срок службы устройства в условиях его эксплуатации при наличии ударных нагрузок. 1 табл. , 1 ил.

Устройство для механической 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 монокарбидом вольфрама WC с концентрацией его в этом слое от 50 до 99,5% по массе.