СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ Российский патент 2014 года по МПК B22F3/24 

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно к способам термического упрочнения изделий порошковой металлургии, в частности к изделиям из твердых сплавов, применяемым для холодной и горячей механической обработки металлов и сплавов, например, резанием.

Известен способ термической обработки изделий из карбидсодержаших 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 карбидсодержаших 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°С, 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 упрощение технического процесса термообработки: снижение температур термообработки, отсутствие применения закалочных ванн, увеличение стойкости.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является упрощение технического процесса термообработки твердых сплавов, увеличение стойкости.

Техническая задача решается тем, что в способе термической обработки твердых сплавов, включающем спекание твердых сплавов при температуре 1650°C, охлаждение, после спекания производят отпуск в вакуумной печи при температуре 600°C в среде инертного газа, выдерживают в печи от 4 до 24 часов с последующим охлаждением вместе с печью в течение 2,5 часов.

Для пояснения способа на чертеже показан внешний вид твердосплавных штабиков ВК8(а) и Т14К8(б), увеличение 1:1.

Способ осуществляют следующим образом:

Спекание твердых сплавов осуществляли при температуре 1650°C, охлаждение после спекания, производят отпуск в вакуумной печи СГВ2.3/15ЭМ1 при температуре 600°C (вакуум 5×10^-5 мм рт.ст), в среде инертного газа, длительность выдержки от 4 до 24 часов.

Сущность отпуска заключается в том, что в герметичном контейнере создается разреженная инертная атмосфера. С этой целью используется азот. Внутри контейнера размещают детали, которые подключают к отрицательному полюсу источника постоянного напряжения - катод. Анодом служит стенка контейнера. Между катодом и анодом включается высокое напряжение (500-1000 В). В этих условиях происходит ионизация газа. Образующиеся положительно заряженные ионы азота устремляются к отрицательному полюсу - катоду. Электрическое сопротивление газовой среды вблизм катода резко возрастает, вследствие чего почти все напряжение, подаваемое между анодом и катодом, падает на сопротивление вблизи катода, на расстоянии нескольких миллиметров от него. Благодаря этому создается очень высокая напряженность электрического поля вблизи катода.

Ионы азота, входя в эту зону высокой напряженности, разгоняются до больших скоростей и, соударяясь с деталью (катодом), внедряются в ее поверхность. При этом высокая кинетическая энергия, которую имели ионы азота, переходит в тепловую. В результате деталь за короткое время, примерно 15-30 мин, разогревается до температуры 600°С, при соударении ионов с поверхностью детали происходит выбивание ионов железа с ее поверхности. Благодаря этому происходит очистка поверхности от оксидных пленок.

После отпуска в вакуумной печи охлаждение твердых сплавов проводили вместе с печью в течение 2,5 часов.

До и после отпуска в инертной среде была определена твердость (таблица 1, 2) и прочность при изгибе (таблица 3).

Таблица 1 Марка твердого сплава Время отпуска, ч Твердость, HV Твердость средняя, HV 1 2 3 Среднее 600°C - инертная среда ВК8 4 1354 1354 1402 1370 (1331) 1330 1354 1332 1332 1339 1332 1332 1187 1307 ВК8 8 1427 1427 1427 1427 (1359) 1360 1267 1267 1268 1267 1354 1402 1378 1378 ВК8 16 1427 1378 1427 1410 (1409) 1410 1415 1415 1415 1415 1402 1402 1408 1404 ВК8 24 1354 1332 1533 1400 (1403) 1400 1378 1332 1427 1379 1378 1402 1533 1437 Т14К8 4 1427 1402 1402 1410 (1449) 1450 1478 1452 1478 1469 1478 1478 1452 1469 Т14К8 8 1452 1402 1427 1427 (1427) 1430 1402 1427 1452 1427 1402 1452 1427 1355 Т14К8 16 1428 1428 1533 1479 (1469) 1470 1427 1402 1505 1444 1402 1452 1452 1435 Т14К8 24 1427 1452 1402 1427 (1458) 1460 1452 1452 1533 1479 1452 1452 1505 1469 Т14К8 исходная 1452 1427 1378 1419 1420 ВК8 исходная 1302 1332 1282 1305 1310 1312 1318 1305 1327 1302 1302 1278 1294

Талица 2 t, ч Т14К8 ВК8 4 Твердость и прочность увеличилась на 10%. Твердость и прочность увеличилась на 10%. 8 Твердость увеличилась на 20%, прочность - на 30%. Твердость и прочность увеличилась на 20,%. 16 Твердость увеличилась на 40%, прочность - на 90%. Твердость и прочность увеличилась на 40%. 24 Твердость увеличилась на 30%, прочность - на 50%. Твердость и прочность увеличилась на 30%. Таблица 3 Марка твердого сплава Время отпуска, ч Прочность, Н/мм² Прочность средняя, Н/мм² 1 2 3 Среднее 600°С - инертная среда ВК8 4 2154 2154 2202 2170 2130 2154 2132 2132 2139 2107 2107 2127 2107 ВК8 8 2127 2127 2127 2127 2160 2167 2167 2168 2167 2154 2102 2178 2178 ВК8 16 2427 2378 2427 2410 2406 2378 2378 2378 2378 2402 2402 2402 2402 ВК8 24 2354 2332 2533 2406 2400 2378 2332 2427 2379 2378 2402 2533 2437 Т14К8 4 1727 1702 1702 1715 1720 1778 1752 1778 1769 1678 1678 1652 1669 Т14К8 8 2145 2102 2080 2100 2140 2140 2200 2145 2180 2210 2252 2147 2200 Т14К8 16 2701 2532 2602 2661 2880 2942 2903 2933 2938 3050 3060 3010 3040 Т14К8 24 2378 2378 2363 2370 2360 2513 2402 2505 2476 2472 2452 2152 2229 Т14К8 исходная 1502 1498 1502 1501 1500 ВК8 исходная 1800 1869 1800 1823 1830

Результаты исследований на данном этапе показали, что отпуск в вакууме эффективно проводить для сплава Т14К8. С увеличением длительности выдержки от 4 до 24 часов твердость увеличивается от 10% до 40%, прочность - от 10% до 90%. Лучший режим отпуска при длительности выдержки 16 часов: твердость увеличилась на 40%, прочность - на 90%.

Для сплава ВК8 проведение отпуска в инертной атмосфере приводит к увеличению твердости и прочности на 10-40%.

Влияние температуры отжига на износ поверхности (таблица 4) твердых сплавов ВК8 и Т14К8 изучено в следующей серии экспериментов. Резание проводилось торцевым точением от центра к периферии n=400, t=1 час, s=0,1 мм/об. Коэффициент стойкости (определяли как отношение износостойкости до и после отпуска в инертной атмосфере) увеличился в 3-6 раз.

Проанализировали результаты проведенных экспериментальных работ по повышению физико-механических свойств твердых сплавов групп ВК и ТК и провели сравнение с прототипом (таблица 4). Была проведена термообработка с нагревом образцов в инертной среде при температуре 600°C, с выдержкой от 4 до 24 часов. Твердость увеличилась от 10 до 40%, прочность - от 10% до 90%, коэффициент стойкости увеличился в 3-6 раз.

Таблица 4 Марка материала Вид обработки Предел прочности, МПа Твердость, HV Коэффициент стойкости, K ВК8 Исходный 1830 1310 3 Отпуск 4 ч 2130 1330 4 Отпуск 8 ч 2160 1360 5 Отпуск 16 ч 2406 1410 6 Отпуск 24 ч 2400 1400 4 Т14К8 Исходный 1500 1420 3 Отпуск 4 ч 1720 1450 3,5 Отпуск 8 ч 2140 1430 4 Отпуск 16 ч 2880 1470 5 Отпуск 24 ч 2360 1460 4,5

Изобретение относится к области металлургии, в частности к изделиям из твердых сплавов, применяемым для холодной и горячей механической обработки металлов и сплавов, например, резанием. Техническим результатом предлагаемого изобретения является упрощение технического процесса термообработки твердых сплавов,. Способ термической обработки твердосплавного изделия включает спекание твердосплавного изделия и охлаждение. Спекание проводят при температуре 1650°С, затем осуществляют вакуумный отпуск с нагревом до температуры 1050°С-1250°С и выдержкой 1 час, а охлаждение проводят вместе с печью в течение 4 часов. Увеличиваются твердость, прочность и стойкость изделий. 1 ил., 4 табл.

Способ термической обработки твердосплавного изделия, включающий спекание твердосплавного изделия и охлаждение, отличающийся тем, что спекание проводят при температуре 1650°С, затем осуществляют вакуумный отпуск с нагревом до температуры 1050°С-1250°С и выдержкой 1 час, а охлаждение проводят вместе с печью в течение 4 часов.