Способ обработки спеченного твердого сплава Т15К6 термоциклированием Российский патент 2021 года по МПК C22F1/18 B22F3/24 

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно к способам термического упрочнения изделий порошковой металлургии, в частности к изделиям твердых сплавов, применяемым для изготовления режущего и бурового оборудования.

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 спеченных твердых сплавов, включающий закалку и отпуск, отличающийся тем, что, с целью повышения режущих свойств сплавов, закалку и отпуск осуществляют в две стадии, включающий нагрев до 1050° С -1150° С, выдержка 3-4 минуты и охлаждение в масле и отпуск при 550° С - 650° С, затем вторичная закалка при 950° С -1050° С, а отпуск при 350° С -450 ° С [Авторское свидетельство SU 614889 заяв. 15.12.75, опубл.15.07.78. Бюл. № 26. С.И.Богодухов, С.С. Кипарисов, Ю.П. Юдковский (прототип)].

Таким образом, выбор повторного нагрева до 950-1050 ° С и отпуска при 350° С - 450 ° С обусловлен тем, что при превышении этого температурного интервала увеличивается хрупкость твердого сплава и происходит выкрашивание режущей кромки, а при нагреве до температуры ниже 950-1050 ° С не прослеживается повышения прочности твердого сплава. Недостатками известного способа являются:

- относительно малая степень упрочнения режущих пластин из твердых сплавов:

- низкая стойкость режущих пластин из твердых сплавов.

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

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение стойкостных свойств твердых сплавов введением термоциклирования твердых сплавов после спекания, что увеличивает стойкость твердых сплавов.

Техническая задача решается тем, что способ термической обработки твердых сплавов, включающий закалку и отпуск отличающийся тем, что подогрев, закалку и отпуск проводят в три цикла: подогрев при температуре от 870 °С ± 15 °С, выдержка 3±1 минуты, закалка при температуре 1150±25 °С, выдержка 3±1 минуты, с последующим отпуском при температуре при 780±15 ° С, выдержка 3±1 минуты, и охлаждение на воздухе, подогрев при температуре от 870± 15 °С, выдержка 3±1 минуты, закалка при температуре 1150± 25 °С, выдержка 3±1 минуты, с последующим отпуском при температуре при 780±15 ° С, выдержка 3±1 минуты, и охлаждение на воздухе, подогрев при температуре от 870± 15 °С, выдержка 3±1 минуты, закалка при температуре 1150±25 °С, выдержка 3±1 минуты, с последующим отпуском при температуре при 780± 15 ° С, выдержка 3±1 минуты, и охлаждение на воздухе

Для пояснения способа на фиг.1 показан внешний вид твердосплавных пластин Т15К6 пластины шестигранной формы с углом 80 градусов с отверстием и стружколомающими канавками (ГОСТ 19048-80) (а) и пластины квадратной формы с отверстием и стружколомающими канавками на одной стороне (ГОСТ 19052-80) (б), на фиг.2 показан график изменения твердости твердосплавных пластин Т15К6 в зависимости от количества раз проведения цикла: путем подогрева при температуре от 870 °С ± 15 °С, выдержки 3±1 минуты, закалки при температуре 1150±25 °С, выдержки 3±1 минуты, с последующим отпуском при температуре при 780±15 ° С, выдержки 3±1 минуты, на фиг.3 показана микроструктура твердого сплава Т15К6 после термоциклирования после двойного цикла (Т_под=870° С-3 мин, Т_з=1150° С-3 мин, Т_отп= 870 ° С - 3 мин; Т_под=870°-3 мин, Т_з=1150°-3 мин, Т_отп= 870 ° С - 3 мин), 1421НV, износ 0,02 мм., а - увеличение 640, б - увеличение 1280, на фиг.4 - микроструктура твердого сплава Т15К6 после тройного цикла (Т_под=870° С-3 мин, Т_з=1150° С-3 мин, Т_отп= 870 ° С - 3 мин; Т_под=870° С-3 мин, Т_з=1150°С-3 мин, Т_отп= 870 ° С - 3 мин; Т_под=870° С-3 мин, Т_з=1150° С-3 мин, Т_отп= 870 ° С - 3 мин), 1339НV, износ 0,02 мм., а - увеличение 640, б - увеличение 1280, на фиг.5- микроструктура твердого сплава Т15К6 после четверного цикла (Т_под=870° С-3 мин, Т_з=1150° С-3 мин, Т_отп= 870 ° С - 3 мин; Т_под=870° С-3 мин, Т_з=1150°С-3 мин, Т_отп= 870 ° С - 3 мин; Т_под=870° С-3 мин, Т_з=1150° С-3 мин, Т_отп= 870 ° С - 3 мин, Т_под=870° С-3 мин, Т_з=1150° С-3 мин, Т_отп= 870 ° С - 3 мин), 1452 НV, а - увеличение 640, б - увеличение 1280.

Способ осуществляют следующим образом:

До и после двойного (Т_под=870° С-3 мин, Т_з=1150° С-3 мин, Т_отп= 870 ° С - 3 мин; Т_под=870°-3 мин, Т_з=1150°-3 мин, Т_отп= 870 ° С - 3 мин), тройного(Т_под=870° С-3 мин, Т_з=1150° С-3 мин, Т_отп= 870 ° С - 3 мин; Т_под=870° С-3 мин, Т_з=1150°С-3 мин, Т_отп= 870 ° С - 3 мин; Т_под=870° С-3 мин, Т_з=1150° С-3 мин, Т_отп= 870 ° С - 3 мин), четверного (Т_под=870° С-3 мин, Т_з=1150° С-3 мин, Т_отп= 870 ° С - 3 мин; Т_под=870° С-3 мин, Т_з=1150°С-3 мин, Т_отп= 870 ° С - 3 мин; Т_под=870° С-3 мин, Т_з=1150° С-3 мин, Т_отп= 870 ° С - 3 мин, Т_под=870° С-3 мин, Т_з=1150° С-3 мин, Т_отп= 870 ° С - 3 мин) цикла нагрева образцов в соляной печи-ванне С-35 и охлаждения на воздухе были определены твердость (таблица 1 и фиг.2).

Таблица 1

Режимы термической обработки (термоциклирования) Твердость по трем показателям, Средняя твердость, HV 1 2 3 Нетермообработанные 1605 1583 1537 1575 Двойной цикл, на воздухе 1754 1591 1653 1666 Тройной цикл, на воздухе 1754 1634 1791 1726 Четверной цикл, на воздухе 1667 1662 1653 1661

Характеристики исследуемых образцов после термоциклирования приведены в таблице 2.

Таблица 2

Режим Т15К6 Двойной цикл, охлаждение на воздухе Твёрдость увеличилась на 5 %, предел прочности увеличился на 31 % Тройной цикл, охлаждение на воздухе Твёрдость увеличилась на 8 %, предел прочности увеличился на 37 % Четверной цикл, охлаждение на воздухе Твёрдость увеличилась на 5 %, предел прочности увеличился на 30 %

Результаты исследований на данном этапе показали, что термоциклирование в соляных печах-ваннах эффективно проводить для сплава Т15К6. С увеличением количества циклов твердость остаётся примерно на том же уровне.

После проведения термоциклирования твёрдого сплава Т15К6 были приготовлены шлифы и изучены микроструктуры данного сплава при различных увеличениях.

Твёрдый сплав Т15К6 при увеличении количества циклов (подогрев, закалка, отпуск) меняет свою микроструктуру следующим образом: происходит насыщение кобальтовой связки вольфрамом, которое ведет к увеличению количество тёмной фазы -β-кобальт, что ведёт к повышению твёрдости образцов (фиг.3 Микроструктура твердого сплава Т15К6 после двойного цикла, 1421НV, износ 0,02 мм., фиг.4 Микроструктура твердого сплава Т15К6 после тройного цикла, 1339НV, износ 0,02 мм., фиг.5 Микроструктура твердого сплава Т15К6 после четверного цикла 1452 НV , фиг.6 при температуре 1250 °С, 1392НV, износ 0,14 мм, а - увеличение 640, б - увеличение 1280).

Влияние термоциклирования на износ поверхности (таблица 3) твёрдого сплава Т15К6 изучен в следующей серии экспериментов. Резание проводилось торцевым точением от центра к периферии n= 400, t = 1 час, s =0,1 мм/об. С увеличением количества циклов с 2 до 4 снизился в 5 раз износ задней грани твёрдого сплава Т15К6 с 0,5 до 0,1.

Таблица 3

Марка
материала Вид обработки Предел
прочности, МПа Твердость,
НV Шлифованная грань Нешлифованная грань задняя поверхность передняя поверхность задняя поверхность передняя поверхность Т15К6 Исходный 1450 1575 0,25 0,15 0,3 0,15 Двойной цикл, охлаждение на воздухе 2110 1666 0,06 0,06 0,04 0,1 Тройной цикл, охлаждение на воздухе 2312 1726 0,02 0,06 0,02 0,08 Четверной цикл, охлаждение на воздухе 2150 1661 0,03 0,04 излом

Проанализировали результаты проведённых экспериментальных работ по повышению механических и эксплуатационных свойств твёрдого сплава групп ТК и дали сравнение с прототипом (таблица 4). Была проведена термообработка с нагревом образцов в соляных печах-ваннах С-35: Т_под=870° С-3 мин, Т_з=1150° С-3 мин, Т_отп= 870 ° С - 3 мин с повторением данного цикла от 2 до 4 раз. Твёрдость практически не изменилась и осталась в интервале 1575 - 1725 HV, предел прочности повысился до 30 %, износ уменьшился в 3 - 6 раз, коэффициент стойкости (определяли как отношение износостойкости до и после термоциклирования) увеличился в 3-6 раз.

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно к способам термического упрочнения изделий порошковой металлургии, в частности к изделиям твердых сплавов, применяемым для изготовления режущего и бурового оборудования. Способ обработки спеченного твердого сплава Т15К6 термоциклированием включает проведение термоциклирования в соляной печи-ванне путем подогрева твердого сплава Т15К6, его закалки и отпуска. Термоциклирование проводят за 3 цикла, причем подогрев твердого сплава Т15К6 осуществляют до температуры от 870±15°С с последующей выдержкой 3±1 мин, закалку осуществляют при температуре 1150±25°С с выдержкой 3±1 мин, а отпуск проводят при температуре 780±15°С с выдержкой 3±1 мин, после чего обработанный сплав охлаждают на воздухе. 5 ил., 4 табл.

Способ обработки спеченного твердого сплава Т15К6 термоциклированием, включающий проведение термоциклирования в соляной печи-ванне путем подогрева твердого сплава Т15К6, его закалки и отпуска, отличающийся тем, что термоциклирование проводят за 3 цикла, причем подогрев твердого сплава Т15К6 осуществляют до температуры от 870±15°С с последующей выдержкой 3±1 мин, закалку осуществляют при температуре 1150±25°С с выдержкой 3±1 мин, а отпуск проводят при температуре 780±15°С с выдержкой 3±1 мин, после чего обработанный сплав охлаждают на воздухе.