СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА ИЗ КАРБИДСОДЕРЖАЩИХ СПЛАВОВ ВОЛЬФРАМОВОЙ (ВК) И ТИТАНО-ВОЛЬФРАМОВОЙ (ТК) ГРУПП Российский патент 2014 года по МПК B22F3/24 

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно к способам получения изделий порошковой металлургии, в частности к изделиям из карбидсодержащих твердых сплавов вольфрамовой (ВК) и титано-вольфрамовой (ТК) групп, применяемым для холодной и горячей механической обработки металлов и сплавов, например, резанием.

Известен способ термической обработки изделий из карбидсодержащих твердых сплавов с помощью закалки [Лошак М.Г. Прочность и долговечность твердых сплавов. - Киев: Наукова думка, 1984. - 218 с.], при котором температура закалки всегда выбирается ниже температуры эвтектики компонентов твердого сплава: монокарбида вольфрама и цементирующей кобальтовой связки. Недостатками известного способа являются малая степень упрочнения режущих пластин из твердых сплавов и низкая стойкость их к воздействию ударных нагрузок.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ термической обработки изделий из карбидсодержащих твердых сплавов, полученных методом стационарного спекания в присутствии жидкой фазы, при котором температуру обработки выбирают в интервале температур 800-1400°C [Wu Yinfang. A survey of study on heat-treatment of cemented carbide. - Hard metals and hard materials. - 1993. - V.1, 1. - P.20-23 (прототип)], причем интервал температур, больших 1280°C, лежит выше температуры эвтектики (1280°C) компонентов твердого сплава. Таким образом, при термообработке в интервале температур 1280-1400°C происходит повторная рекристаллизация твердого сплава. Недостатками известного способа являются:

- относительно малая степень упрочнения режущих пластин из твердых сплавов:

- низкая стойкость режущих пластин из твердых сплавов к воздействию ударных нагрузок.

Заявляемое изобретение направлено на увеличение степени упрочнения и стойкости к воздействию ударных нагрузок.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение стойкостных свойств карбидсодержащих сплавов вольфрамовой (ВК) и титано-вольфрамовой (ТК) групп введением вакуумного отжига карбидсодержащих сплавов после спекания, что увеличивает стойкость карбидсодержащих сплавов.

Техническая задача решается тем, что способ получения режущего инструмента из карбидсодержащих сплавов вольфрамовой (ВК) и титано-вольфрамовой (ТК) групп, включающий спекание карбидсодержащих сплавов при температуре 1400-1650°C, охлаждение, отличающийся тем, что после спекания производят вакуумный отжиг в вакуумной печи с нагревом до температуры 1050-1250°C (вакуум 5×10^-5 мм рт.ст.), выдержки 1 час, с последующим охлаждением вместе с печью в течение 4 часов.

Для пояснения способа на фиг.1 показан внешний вид твердосплавных штабиков ВК8 (а) и Т14К8 (б), увеличение 1:1, на фиг.2 показан график изменения твердости твердосплавных штабиков ВК8 и Т14К8 в зависимости от температуры отжига, на фиг.3 показана микроструктура твердого сплава Т14К8 после отжига при температуре 1050°C, 1420HV, износ 0,02 мм, а - увеличение 640, б - увеличение 1280, на фиг.4 - микроструктура твердого сплава Т14К8 после отжига при температуре 1150°C, 1340HV, износ 0,02 мм, а - увеличение 640, б - увеличение 1280, на фиг.5 - микроструктура твердого сплава Т14К8 после отжига при температуре 1250°C, 1450 HV, а - увеличение 640, б - увеличение 1280, на фиг.6 - микроструктура твердого сплава ВК8 после отжига при температуре 1050°C, 1410HV, износ 0,1 мм, а - увеличение 640, б - увеличение 1280, на фиг.7 - микроструктура твердого сплава ВК8 после отжига при температуре 1150°C, 1440HV, износ 0,2 мм, а - увеличение 640, б - увеличение 1280, на фиг.8 - микроструктура твердого сплава ВК8 после отжига при температуре 1250°C, 1400HV, износ 0,14 мм, а - увеличение 640, б - увеличение 1280.

Способ осуществляют следующим образом:

До и после отжига образцов были определены размеры: ширина, высота и длина, твердость и предел прочности при изгибе (таблица 1, 2 и фиг.2).

Таблица 1 Марка материала Вид обработки Размеры, мм F, H М h*h*B/6 Предел прочности, Н/мм² Среднее значение ширина высота длина ВК8 Исходный 5,00 5,10 34,00 6176 52496 21,675 1800 (1833) 1830 5,20 5,33 34,00 5414 46019 24,6210467 1869   Отжиг в вакууме при 1050°C 5,26 5,32 34,00 4067 34569,5 24,811771 2195 (2192) 2190 5,10 5,10 34,00 5539 47081,5 22,1085 2130 5,22 5,27 34,00 5682 48297 24,162423 1999 Отжиг в вакууме при 1150°C 5,23 5,30 34,00 4956 42126 24,485117 1720 (1907) 1910 ВК8 5,10 5,10 34,00 5834 49589 22,1085 2243 5,22 5,27 34,00 5000 42500 24,162423 1759 Отжиг в вакууме при 1250°C 5,25 5,32 34,00 4092 34782 24,7646 1705 (1819) 1820 5,00 5,10 34,00 4945 42032,5 21,675 1939 5,23 5,33 34,00 4406 37451 24,763091 1912   Отжиг в вакууме при 1050°C 4,76 5,20 32,00 7877 63016 21,451733 2938 (2617) 2620 4,83 5,26 32,00 6620 52960 22,272418 2378 4,64 4,70 32,00 4417 35336 17,082933 2068 4,50 4,70 32,00 6295 50360 16,5675 3040 5,09 5,30 32,00 7926 63408 23,829683 2661 Отжиг в вакууме при 1150°C 4,57 4,95 32,00 5200 41600 18,662738 2229 (2312) 2310 4,62 5,12 32,00 3999 31992 20,185088 1585 T14K8 4,98 5,12 32,00 7883 63064 21,757952 2898 4,50 5,00 32,00 5555 44440 18,75 2370 5,13 5,30 32,00 7433 59464 24,01695 2476 Отжиг в вакууме при 1250°C 4,42 5,01 32,00 4127 33016 18,490407 1786 (1714) 1710 4,34 4,94 32,00 3008 24064 17,651937 1363 4,68 4,67 32,00 3596 28768 17,010942 1691 4,60 5,00 32,00 5292 42336 19,166667 2209 4,73 5,27 32,00 4170 33360 21,894303 1524 Т14К8 Исходный 4,62 5,12 32,00 3900 32260 20,194506 1500 1500

Таблица 2 Марка твердого сплава Форма образца Твердость, HV Твердость средняя, HV 1 2 3 Среднее 1050°C - вакуум Т14К8 Штабик 1402 1402 1402 1402 (1421) 1420 1427 1452 1452 1444 1452 1452 1505 1470 1378 1378 1378 1378 1402 1427 1402 1410 ВК8 Штабик 1589 1533 1478 1533 (1405) 1410 1402 1288 1378 1356 1354 1288 1332 1325 Т14К8 5 гранная пластинка 1452 1505 1378 1445 1445 1150°C - вакуум Т14К8 Штабик 1427 1427 1378 1411 (1411) 1410 1427 1411 1411 1419 1427 1411 1379 1412 1410 1410 1390 1400 1427 1410 1411 1418 ВК8 Штабик 1533 1533 1452 1493 (1442) 1440 1478 1478 1478 1478 1378 1378 1332 1355 Т14К8 5 гранная пластинка 1365 1560 1365 1465 1465 1250°C - вакуум Т14К8 Штабик 1332 1402 1402 1367 (1452) 1450 1452 1505 1533 1497 1452 1505 1533 1497 1505 1452 1452 1479 1452 1427 1378 1419 ВК8 Штабик 1402 1332 1452 1395 (1392) 1400 1452 1378 1332 1387 1402 1402 1378 1394 Т14К8 5 гранная пластинка 1452 1402 1402 1419 (1419) 1420

Характеристика исследуемых образцов после отжига в вакууме приведена в таблице 3.

Таблица 3 T, °C Т14К8 ВК8 1050 Ширина и высота образцов увеличилась на 3-5%, длина осталась прежней. Твердость увеличилась на 10%, предел прочности увеличился на 80% Ширина и высота образцов увеличилась на 3-5%, длина осталась прежней. Твердость уменьшилась на 10%. Предел прочности увеличился на 10% 1150 Длина прежняя, ширина и высота увеличились на 3-5%. Твердость осталась прежней, предел прочности увеличился на 60% Ширина и высота образцов увеличилась на 3-5%, длина осталась прежней. Твердость уменьшилась на 5%. Предел прочности увеличился на 5% 1250 Ширина и высота увеличились на 3-5%, длина прежняя. Твердость увеличилась на 5%, предел прочности увеличился на 20%. Износ пластин уменьшился на 30% и составил 0,6 мм Ширина, высота увеличилась на 3-5%, длина прежняя. Твердость уменьшилась на 10%, предел прочности остался прежним. Износ пластин уменьшился с 0,2 до 0,16 мм

Результаты исследований показали, что отжиг в вакууме эффективно проводить для сплава Т14К8. С повышением температуры предел прочности повышается, а твердость уменьшается. Лучший режим отжига при температуре 1050°C. Прочность увеличилась примерно в 1.7 раз.

Для сплава ВК8 проведение вакуумного отжига приводит к увеличению прочности на 5-10% и незначительному снижению твердости.

После проведения отжига при различных температурах в вакууме твердых сплавов ВК8 и Т14К8 были приготовлены шлифы и исследованы микроструктуры данных сплавов при различных увеличениях.

Увеличение температуры отжига с 1050°C до 1250°C привело к увеличению растворимости карбидов вольфрама в кобальте для сплава ВК8 и увеличению предела прочности при изгибе при неизменной твердости. Твердый сплав Т14К8 при увеличении температуры отжига меняет свою структуру следующим образом: измельчаются карбидные включения и увеличивается количество темной фазы - β-кобальт, что ведет к увеличению прочности образцов при неизменной твердости (фиг.3 - Микроструктура твердого сплава Т14К8 после отжига при температуре 1050°C, 1420HV, износ 0,02 мм, фиг.4 - Микроструктура твердого сплава Т14К8 после отжига при температуре 1150°C, 1340HV, износ 0,02 мм, фиг.5 - Микроструктура твердого сплава Т14К8 после отжига при температуре 1250°С, 1450 HV. фиг.6 - Микроструктура твердого сплава ВК8 после отжига при температуре 1050°C, 1410HV, износ 0,1 мм, фиг.7 - Микроструктура твердого сплава ВК8 после отжига при температуре 1150°C, 1440HV, износ 0,2 мм, фиг.8 - Микроструктура твердого сплава ВК8 после отжига при температуре 1250°C 1400HV, износ 0,14 мм, а - увеличение 640, б - увеличение 1280).

Влияние температуры отжига на износ поверхности (таблица 4) твердых сплавов ВК8 и Т14К8 изучен в следующей серии экспериментов. Резание проводили торцевым точением от центра к периферии, n=400 мин^-1, t=1 час, s=0,1 мм/об, глубина резания - 1 мм, 5 проходов. С повышением температуры отжига с 1050°C до 1250°C уменьшился износ шлифовальной грани твердого сплава ВК8 с 0,4 до 0,1 мм.

Таблица 4 Марка материала Вид обработки Предел прочности, Н/мм² Твердость, HV Шлифованная грань Не шлифованная грань задняя поверхность передняя поверхность задняя поверхность передняя поверхность ВК8 Исходный 1830 1490 0,4 0,24 0,6 0,1 Отжиг в вакууме при 1050°C 2190 1410 0,1 0,18 0,1 0,12 Отжиг в вакууме при 1150°C 1910 1440 0,15 0,24 0,2 0,38 Отжиг в вакууме при 1250°C 1820 1400 0,16 0,1 0,14 0,2 Т14К8 Исходный 1500 1400 0,25 0,15 0,3 0,15 Отжиг в вакууме при 1050°C 2620 1420 0,06 0,06 0,02 0,1 Отжиг в вакууме при 1150°C 2310 1410 0,04 0,06 0,02 0,08 Отжиг в вакууме при 1250°C 1710 1450 0,04 0,04 излом

Износ твердого сплава Т14К8 с повышением температуры отжига уменьшился в 3-6 раз, что указывает на положительное влияние отжига ни износ данного вида сплава (время отжига при заданной температуре - 1 час, время нагрева и охлаждения - 2,5-4 часа).

Проанализировали результаты проведенных экспериментальных работ по повышению физико-механических и эксплуатационных свойств твердых сплавов групп ВК и ТК и дали сравнение с прототипом (таблица 5). Была проведена термообработка с нагревом образцов в вакууме при температуре 1050°C, 1150°C, 1250°C. Твердость практически не изменилась и осталась в интервале 1400-1450 HV, предел прочности повысился от 50 до 80%, износ уменьшился в 3-6 раз, коэффициент стойкости (определяли как отношение износостойкости до и после вакуумного отжига) увеличился в 3-6 раз.

Таблица 5 Марка материала Вид обработки Предел прочности, МПа Твердость, HV Коэффициент стойкости, K ВК8 Исходный 1830 1490 1 Отжиг в вакууме при 1050°C 2190 1410 4 Отжиг в вакууме при 1150°C 1910 1440 3,5 Отжиг в вакууме при 1250°C 1820 1400 3 Т14К8 Исходный 1500 1400 1 Отжиг в вакууме при 1050°C 2620 1420 4 Отжиг в вакууме при 1150°C 2310 1410 5 Отжиг в вакууме при 1250°C 1710 1450 6 ВК8 и Т15К6 Прототип - - 3 - - 3

Изобретение относится к области металлургии, в частности к изделиям из карбидсодержаших твердых сплавов, применяемым для холодной и горячей механической обработки металлов и сплавов, например, резанием. Способ получения режущего инструмента из карбидсодержащих сплавов вольфрамовой (ВК) и титано-вольфрамовой (ТК) групп включает спекание карбидсодержащих сплавов при температуре 1400-1650°C и охлаждение. После спекания производят вакуумный отжиг с нагревом до температуры 1050°C-1250°C и выдержкой 1 час, а последующее охлаждение осуществляют вместе с печью в течение 4 часов. Повышается стойкость карбидсодержащих сплавов. 8 ил., 5 табл.

Способ получения режущего инструмента из карбидсодержащих сплавов вольфрамовой (ВК) и титано-вольфрамовой (ТК) групп, включающий спекание карбидсодержащих сплавов при температуре 1400-1650°C и охлаждение, отличающийся тем, что после спекания производят вакуумный отжиг с нагревом до температуры 1050°C-1250°C и выдержкой 1 час, а последующее охлаждение осуществляют вместе с печью в течение 4 часов.