Способ обработки режущих пластин из твердого сплава Т15К6 Российский патент 2022 года по МПК C21D1/09 B22F3/24 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к обработке лазером при изготовлении и ремонте различных машин и механизмов. Известен способ поверхностной импульсной лазерной обработки материалов (Коваленко B.C. Упрочнение деталей лучом лазера. - Киев: Техника, 1981. - 131 с.; SU 1752514 А1 07.08.1992; А.Г. Григорьянц, А.Н. Сафонов. Основы лазерного термоупрочнения сплавов. - М.: Высшая школа, 1988, кн. 3, с. 98-102, 118-119, кн. 6, с. 106-107, 124; технология «Laser shot peening». Институт лазерной физики (г. Санкт- Петербург)), который представляет собой последовательную закалку материала изделия при облучении лазером. Основные недостатки поверхностной импульсной лазерной обработки изделий следующие: - одновременное упрочнение нескольких поверхностей недопустимо; - прилегающие поверхности после импульсной лазерной обработки ослаблены против действия сил хрупкого разрушения; - процесс продолжителен во времени (за счет многократного облучения одного изделия) и требует значительных энергетических затрат; - при износе или переточке изделия упроченный слой удаляется.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ упрочнения режущего инструмента из карбидсодержащих сплавов, заключающийся в том, что пластины подвергают лазерной обработке с использованием лазера непрерывного воздействия при плотности мощности лазерного излучения 2⋅106 Вт/м2, скорости распространения лазерного луча в пределах 2⋅10-2±1⋅10-2 м/с, при этом диаметр луча устанавливают от 1,5⋅10-3 до 2,5⋅10-3 м, а расстояние от режущей кромки до места облучения от 1 до 1,5 мм, причем перед непрерывным лазерным воздействием производят карбонитрацию в ванне карбонитрации при температуре от 540°C до 580°C в расплаве солей на основе 20% цианата калия KCNO и калия углекислого К₂СО₃ - 80% поташа К₂СО₃ с выдержкой в течение 30 мин [Патент N2688104, C1, C21D 1/09, 17.05/2019]. Недостатками известного способа являются:

- твердый сплав только группы ВК;

- 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 эксплуатационных свойств твердых сплавов введением после непрерывного лазерного воздействия отпуска, что увеличивает стойкость при резании твердых сплавов.

Техническая задача решается тем, что cпособ обработки режущих пластин из твердого сплава Т15К6, включает лазерную обработку режущих пластин из твердого сплава Т15К6 с использованием лазера непрерывного воздействия, отличающийся тем, что лазерную обработку проводят при плотности мощности лазерного излучения 0,5⋅10⁶ - 1,5⋅10⁶ Вт/м², скорости распространения лазерного луча 0,5⋅10^-2 - 1,5⋅10^-2 м/с, при этом диаметр луча составляет 0,5⋅10^-3 - 1,5⋅10^-3 м, а расстояние от режущей кромки пластины до места облучения составляет 0,5-1,0 мм, после лазерной обработки осуществляют отпуск в графитовом тигле в засыпке графита ГК-1 при температуре 550 - 650°С и выдержке 30 - 90 мин.

Для пояснения способа обработки режущих пластин из твердого сплава Т15К6 на фиг.1 показан внешний вид твердосплавной пятигранной пластины Т15К6 после непрерывной лазерной обработки и отпуска, увеличение 1:1, на фиг.2 показан график изменения твердости твердосплавных пластин Т15К6 в зависимости от температуры отпуска после непрерывного лазерного воздействия, на фиг.3 показана микроструктура твердого сплава Т15К6 после непрерывного лазерного воздействия и отпуска при температуре 550°С, 1455НV, износ 0,02 мм, а - увеличение 640, б - увеличение 1280, на фиг.4 - микроструктура твердого сплава Т15К6 после непрерывного лазерного воздействия и отпуска при температуре 600°С, 1492НV, износ 0,02 мм, а - увеличение 640, б - увеличение 1280, на фиг.5- микроструктура твердого сплава Т15К6 после непрерывного лазерного воздействия и отпуска при температуре 650°С, 1485 НV, износ 0,02 мм, а - увеличение 640, б - увеличение 1280.

Способ обработки режущих пластин из твердого сплава Т15К6 осуществляют следующим образом:

После непрерывного лазерного воздействия до и после отпуска (Т_отп= 600°С ± 50°С, выдержка 60±30 мин) образцов были определены твердость и износ при резании по задней и передней поверхности (таблица 1 и фиг.2).

Таблица 1 Вид
термообработка
образца Температура, °С HV текущая средняя Исходный 1510
1458
1510 1493 Лазерная обработка 1⋅10⁶Вт/мм², 1⋅10^-2 м/с 2180
2160
2200 2180 Лазерная обработка (ЛО) + отпуск 550 2010
2020
2000 2010 600 2058
2048
2068 2058 650 2108
2061
2061 2077

Характеристика исследуемых образцов после отпуска в графитовом тигле приведены в таблице 2.

Результаты исследований на данном этапе показали, что отпуск в графитовом тигле эффективно проводить для сплава Т15К6 при температуре 600°С.

Как показали результаты исследований, лазерная обработка с последующим отпуском обеспечивает стабильность свойств, износ при резании уменьшился в 3 раза по сравнению с исходным сплавом. Резание проводилось торцевым точением от центра к периферии n= 400, t = 1 мм, s =0,1 мм/об. Износ задней грани твёрдого сплава Т15К6 после лазерной обработки с дальнейшим отпуском уменьшился с 0,45 до 0,02 мм.

Таблица 2 Режим Т15К6 ЛО+ отпуск при 550°С Твёрдость увеличилась на 25 % ЛО+ отпуск при 600°С Твёрдость увеличилась на 27 % ЛО+ отпуск при 650°С Твёрдость увеличилась на 28 %

После проведения лазерной обработки с последующим отпуском твёрдого сплава Т15К6 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.3-5).

Твёрдый сплав Т15К6 при увеличении температуры отпуска (лазерная 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 Т15К6 после лазерная обработка с дальнейшим отпуском (1⋅10⁶Вт/мм², 1⋅10^-2 м/с, Т_отп= 600°С - 60 мин), 2058 НV, износ 0,01 мм, а - увеличение 640, б - увеличение 1280.,

Влияние лазерной обработки с последующим отпуском на износ поверхности (таблица 3) твёрдого сплава Т15К6 изучено в следующей серии экспериментов.

Таблица 3 Марка
материала Вид обработки Предел
прочности при изгибе, МПа Твердость,
НV Износ при резании, мм задняя поверхность передняя поверхность Т15К6 Исходный 1500 1493 0,3 0,15 1⋅10⁶Вт/мм², 1⋅10^-2 м/с, Т_отп= 600°С - 60 мин 2150 2058 0,04 0,06

Анализ результатов проведённых экспериментальных работ по повышению механических и эксплуатационных свойств твёрдого сплава групп ТК и сравнение с прототипом приведены в таблице 4. После лазерной обработки с отпуском образцов по режиму: 1⋅10⁶Вт/мм², 1⋅10^-2 м/с, Т_отп= 600°С - 60 мин твёрдость увеличилась на 25 %, износ при резании уменьшился в 4 раза.

Таблица 4 Марка
материала Вид обработки Предел
прочности при изгибе, МПа Твердость,
НV Т15К6 Исходный 1500 1493 Лазерная обработка с отпуском 2150 2058 Прототип 1500

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к обработке лазером при изготовлении и ремонте различных машин и механизмов. Способ обработки режущих пластин из твердого сплава Т15К6 включает лазерную обработку режущих пластин из твердого сплава Т15К6 с использованием лазера непрерывного воздействия. Лазерную обработку проводят при плотности мощности лазерного излучения 0,5·10⁶-1,5·10⁶ Вт/м², скорости распространения лазерного луча 0,5·10^-2-1,5·10^-2 м/с, при этом диаметр луча составляет 0,5·10^-3-1,5·10^-3 м, а расстояние от режущей кромки пластины до места облучения составляет 0,5-1,0 мм, после лазерной обработки осуществляют отпуск в графитовом тигле в засыпке графита ГК-1 при температуре 550-650°С и выдержке 30-90 мин. Увеличивается износостойкость режущих пластин из твердого сплава Т15К6. 5 ил., 4 табл.

Способ обработки режущих пластин из твердого сплава Т15К6, включающий лазерную обработку режущих пластин из твердого сплава Т15К6 с использованием лазера непрерывного воздействия, отличающийся тем, что лазерную обработку проводят при плотности мощности лазерного излучения 0,5·10⁶-1,5·10⁶ Вт/м², скорости распространения лазерного луча 0,5·10^-2-1,5·10^-2 м/с, при этом диаметр луча составляет 0,5·10^-3-1,5·10^-3 м, а расстояние от режущей кромки пластины до места облучения составляет 0,5-1,0 мм, после лазерной обработки осуществляют отпуск в графитовом тигле в засыпке графита ГК-1 при температуре 550-650°С и выдержке 30-90 мин.