Способ термической обработки режущих пластин из твердого сплава Т5К10 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 cпособ закалки изделия из твердого сплава на основе карбида вольфрама, включающий нагрев изделия под закалку до температуры выше 1100°С и охлаждение в 8-10% водном растворе полимера ПК-М, отличающийся тем, что нагрев осуществляют токами высокой частоты, а охлаждение проводят с использованием спрейерного устройства [Патент 2356693 заяв. 10.22.2007, опубл.27.05.2009. Бюл. № 16. Т.Н.Осколкова (прототип)].

Таким образом, сущность изобретения состоит в том, что в способе закалки твердого сплава на основе карбида вольфрама, включающем нагрев твердого сплава в готовом изделии выше 1100°C с помощью ТВЧ, его охлаждении в водополимерном растворе ПК-М с концентрацией 8-12%, в качестве способа охлаждения используют спрейерное (душевое) устройство. 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 механических свойств твердых сплавов нагревом и охлаждением в электролите (нагрев осуществляют от 1 до 3 раз) твердых сплавов после спекания, что увеличивает стойкость твердых сплавов.

Техническая задача решается тем, что способ термической обработки режущих пластин из твердого сплава Т5К10, включающий закалку и отпуск, отличающийся тем, что закалку и отпуск в электролите десяти процентного раствора соляной кислоты осуществляют от 1 до 3 раз, при этом закалку проводят при температуре 1100±25°С с выдержкой 3±1 мин, а отпуск - при температуре 600 ±5°С с выдержкой 30±1 мин.

Для пояснения способа на фиг.1 показана установка, разработанной на кафедре материаловедения и технологии материалов ОГУ, состоящей из герметичной емкости из электроизоляционного материала, блока питания с выключателем, на фиг.2 показан график изменения твердости твердосплавных пластин Т5К10 в зависимости от количества раз проведения цикла: закалки от температуры 1100ºС, выдержки 3 минуты с охлаждением на воздухе, с последующим отпуском при температуре при 600^оС, выдержка 30 минуты, на фиг.3 показана микроструктура твердого сплава Т5К10 после однократного нагрева в электролите (Т_з=1100º С-3 мин/ охлаждение на воздухе, Т_отп= 600º С - 30 мин), 1577 НV, износ 0,04 мм, а - увеличение 640, б - увеличение 1280, на фиг.4 - микроструктура твердого сплава Т5К10 после ), двукратного(Т_з=1100º С-3 мин/ охлаждение на воздухе, Т_отп= 600º С - 30 мин; Т_з=1100º С-3 мин/ охлаждение на воздухе, Т_отп= 600º С - 30 мин), 1729 НV, износ 0,06 мм, а - увеличение 640, б - увеличение 1280, на фиг.5 - микроструктура твердого сплава Т5К10 после ), трехкратного (Т_з=1100º С-3 мин/ охлаждение на воздухе, Т_отп= 600º С - 30 мин; Т_з=1100º С-3 мин/ охлаждение на воздухе, Т_отп= 600º С - 30 мин; Т_з=1100º С-3 мин/ охлаждение на воздухе, Т_отп= 600º С - 30 мин), 1690 НV, износ 0,08 мм, а - увеличение 640, б - увеличение 1280.

Способ осуществляют следующим образом:

До и после однократного ( Т_з=1100º С-3 мин/ охлаждение на воздухе, Т_отп= 600º С - 30 мин), двукратного(Т_з=1100º С-3 мин/ охлаждение на воздухе, Т_отп= 600º С - 30 мин; Т_з=1100º С-3 мин/ охлаждение на воздухе, Т_отп= 600º С - 30 мин), трехкратного (Т_з=1100º С-3 мин/ охлаждение на воздухе, Т_отп= 600º С - 30 мин; Т_з=1100ºС-3 мин/ охлаждение на воздухе, Т_отп= 600º С - 30 мин; Т_з=1100º С-3 мин/ охлаждение на воздухе, Т_отп= 600º С - 30 мин ) нагрева образцов в десяти процентном растворе соляной кислоты и охлаждения на воздухе были определены твердость и износ при резании по задней и передней поверхности (таблица 1).

Таблица 1

Вид
термообработка
образца Диагональ отпечатка d_отп, мм HV тек. сред. 1 2 3 4 5 Исходный 0,113
0,115
0,113 1510
1458
1510 1493 Закалка с
нагревом в
электролите
(однократная) 0,114
0,112
0,114 15384
1587
1534 1552 отпуск 0,117
0,119
0,119 1608
1561
1561 1577 Закалка с
нагревом в
электролите
(двукратная) 0,108
0,105
0,104 1653
1749
1783 1728 отпуск 0,112
0,111
0,114 1737
1765
1684 1729 Закалка с
нагревом в
электролите
(трехкратный) 0,110
0,106
0,106 1593
1716
1716 1675 отпуск 0,109
0,109
0,111 1690
1685
1595 1690

Характеристика исследуемых образцов после закалки в электролите приведены в таблице 2.

Таблица 2

Режим Т15К6 однократная Твёрдость увеличилась на 5 % двухкратная Твёрдость увеличилась на 13 % трехкратная Твёрдость увеличилась на 11,6 %

Результаты исследований на данном этапе показали, что закалку и отпуск в электролите эффективно проводить для сплава Т5К10. С увеличением количества раз закалки твердость увеличивается незначительно.

Температура нагрева в электролите составляла ~ 1100 - 1150 °С. Как показали результаты исследований, термообработка с нагревом в электролите е обеспечивает стабильность свойств, режущие свойства уменьшились в 2-3 раза по сравнению с исходным сплавом.

После проведения закалки в электролите твёрдого сплава Т5К10 были приготовлены шлифы и изучены микроструктуры данного сплава при различных увеличениях. Изучение микроструктуры твердосплавных пластин проводили на металлографическом микроскопе Altamy Met 3 с последующим фотографированием микроструктуры на цифровом фотоаппарате (фиг.3).

Твёрдый сплав Т5К10 при увеличении количества циклов (закалка, отпуск) меняет свою микроструктуру следующим образом: происходит насыщение кобальтовой связки вольфрамом и титаном, которое ведет к увеличению количество тёмной фазы -β-кобальт, что ведёт к повышению твёрдости образцов (фиг.3- микроструктура твердого сплава Т5К10 после нагрева в электролите (Т_з=1100º С-3 мин, Т_отп= 600º С - 30 мин), 15384 НV, износ 0,04 мм, а - увеличение 640, б - увеличение 1280.

Влияние закалки в электролите на износ поверхности (таблица 3) твёрдого сплава Т5К10 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 раз с 1 до 3 износ задней грани твёрдого сплава Т5К10 увеличился с 0,04 до 0,08 мм.

Таблица 3

Марка
материала Вид обработки Предел
прочности, МПа Твердость,
НV Износ при резании на шлифованной грани, мм Износ при резании на не шлифованной грани, мм задняя поверхность передняя поверхность задняя поверхность передняя поверхность Т15К6 Исходный 1500 1493 0,45 0,59 0,3 0,15 Закалка с
нагревом в
электролите
(однократная) 2010 1577 0,04 0,1 0,06 0,08 Закалка с
нагревом в
электролите
(двукратная) 2200 1726 0,06 0,1 0,07 0,08 Закалка с
нагревом в
электролите
(трехкратная) 2150 1690 0,08 0,15 0,1 0,12

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 электролите: Т_з=1100º С-3 мин/ охлаждение на воздухе, Т_отп= 600º С - 30 мин от 1 до 3 рат. Твёрдость увеличилась на 13 %, износ уменьшился в 4 - 6 раз.

Таблица 4

Изобретение относится к металлургии, преимущественно к способам термического упрочнения изделий из твердых сплавов, применяемым для изготовления режущего и бурового оборудования. Способ термической обработки режущих пластин из твердого сплава Т5К10 включает закалку и отпуск. Закалку и отпуск в электролите десятипроцентного раствора соляной кислоты осуществляют от 1 до 3 раз, при этом закалку проводят при температуре 1100±25°С с выдержкой 3±1 мин, а отпуск - при температуре 600±5°С с выдержкой 30±1 мин. Обеспечивается повышение механических свойств. 3 ил., 4 табл.

Способ термической обработки режущих пластин из твердого сплава Т5К10, включающий закалку и отпуск, отличающийся тем, что закалку и отпуск в электролите десятипроцентного раствора соляной кислоты осуществляют от 1 до 3 раз, при этом закалку проводят при температуре 1100±25°С с выдержкой 3±1 мин, а отпуск - при температуре 600±5°С с выдержкой 30±1 мин.