СПЕЧЕННЫЙ ТВЕРДЫЙ СПЛАВ Российский патент 2005 года по МПК C22C29/00 C22C29/14 

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к спеченным твердым сплавам на основе диборида титана, которые могут быть использованы для изготовления пластин, предназначенных для ударно-вращательного бурения нефтяных и газовых скважин.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является твердый сплав на основе диборида титана, представляющий собой композицию, структура которой состоит из зерен борида титана и карбида вольфрама, сцементированных матрицей-кобальтом, имеющей следующий состав, вес.%:

Карбид вольфрама 23-25

Кобальт 13-13,5

Диборид титана Остальное

[а.с. №514031, 1974 г. - прототип]

Недостатками указанного материала являются низкая абразивная способность, высокая температура спекания, а также высокая стоимость исходных компонентов. Низкая абразивная способность твердого сплава обусловлена низкими упругими свойствами кобальта, не позволяющими многократно деформировать матрицу при ударных нагрузках, что ведет к выкрашиванию твердых частиц борида титана и карбида вольфрама и, как следствие, к трещинообразованию твердого сплава.

Техническая задача - повышение абразивной способности спеченного твердого сплава за счет повышения его микротвердости и упругопластических свойств матрицы.

Решение технической задачи заключается в том, что спеченный твердый сплав, содержащий диборид титана, дополнительно содержит диборид хрома, ферромарганец и феррованадий при следующем соотношении компонентов, вес.%:

Диборид титана 25-25,5

Диборид хрома 5-6

Ферромарганец 58-60

Феррованадий Остальное

Спеченный твердый сплав представляет собой композицию, структура которой состоит из зерен диборидов титана и хрома, сцементированных матрицей, состоящей из ферросплавов марганца и ванадия. Высокая абразивная способность заявляемого твердого сплава достигается за счет повышения упругопластических свойств матрицы и микротвердости зерен диборидов титана и хрома. Высокие упругопластические свойства матрицы обусловлены образованием аустенитно-мартенситной структуры при взаимодействии сплавов ферромарганца и феррованадия, позволяющей многократно и обратимо деформировать зерна диборидов титана и хрома. А повышение микротвердости твердого сплава обусловлено образованием сложных карбоборидов при диффузии атомов ванадия и части свободного углерода матрицы в зерна диборидов, что обеспечивает твердому сплаву высокое значение абразивной способности - что и является новым техническим эффектом заявляемого изобретения.

Заявленный твердый сплав получают следующим образом. Шихта готовится методом механического смешивания компонентов диборида титана и хрома, ферромарганца и феррованадия в среде этилового спирта в аппарате с вихревым слоем типа АВС П/100, №2. Время смешивания 12 часов. Готовая шихта прессуется на прессе в брикеты при давлении 750 МПа. Далее брикеты загружаются в камеру вакуумной печи для более полного и быстрого спекания, а также для повышения плотности твердого сплава. В печи поддерживается вакуум 5-10 Па. Скорость подъема температуры 6°С/мин. Получение спеченного твердого сплава обеспечивается при температуре 1300°С и выдержке 75 минут.

Примеры конкретного исполнения.

Для экспериментальной проверки заявляемого твердого сплава были подготовлены несколько составов шихты, отличающиеся друг от друга различным составом компонентов в их весовом соотношении, три из которых показали оптимальные результаты.

Абразивную способность образцов определяли по типовой методике на установке МГСУ-ТМ с применением абразива - карбоборунд, принцип действия которой основан на истирании образца карбоборундом.

Пример 1.

Для получения спеченного твердого сплава вышеизложенным способом были использованы компоненты в следующем соотношении, вес.%:

TiB₂ 25

CrB₂ 5

FeMn 60

FeV 10

Абразивность при этом составила 0,42 г.

Пример 2.

Для получения спеченного твердого сплава вышеизложенным способом были использованы компоненты в следующем соотношении, вес.%:

ТiВ₂ 32

СrВ₂ 8

FeMn 50

FeV 10

Абразивность при этом составила 0,37 г.

Пример 3.

Для получения спеченного твердого сплава вышеизложенным способом были использованы компоненты в следующем соотношении, вес.%:

TiB₂ 45

CrB₂ 5

FeMn 40

FeV 10

Абразивность при этом составила 0,32 г.

Результаты проведенных исследований представлены в таблице.

ПримерСостав сплаваТемпература спекания, °СМикротвердость, МПаАбразив ность, гПрототип    62,3% TiB₂+24,7% WC+13% Со150032000-340000,37Заявленный   125%TiB₂+5%CrB₂+60% FeMn+10% FeV130032000-341500,42232%TiB₂+8%CrB₂+50%FeMn+10%FeV130029000-310000,37345%TiB₂+5%CrB₂+40% FeMn+10%FeV130028000-290000,32

Таким образом, заявляемый твердый сплав позволяет повысить относительную абразивную способность по сравнению с известным на 12%, при температуре спекания 1300°С, а использование недорогих исходных компонентов ферромарганца и феррованадия позволяет снизить затраты на его получение.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к спеченным твердым сплавам. Может использоваться для изготовления пластин, предназначенных для ударно-вращательного бурения нефтяных и газовых скважин. Предложен спеченный твердый сплав, содержащий, вес. %: диборид титана 25-25,5; диборид хрома 5-6; ферромарганец 58-60; феррованадий - остальное. Техническим результатом является повышение абразивной способности. 1 табл.

Спеченный твердый сплав, содержащий диборид титана, отличающийся тем, что он дополнительно содержит диборид хрома, ферромарганец и феррованадий при следующем соотношении компонентов, вес.%:

Диборид титана25-25,5Диборид хрома5-6Ферромарганец58-60ФеррованадийОстальное