Способ получения пластины из твердого сплава ВК8 для режущего инструмента Российский патент 2022 года по МПК B22F3/24 

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно к способам термического упрочнения изделий порошковой металлургии, в частности к изделиям из однокарбидных 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 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 [RU 2534670 C1, B22F 3/24,10.12. 2014].

Недостатками известного способа являются:

- использование дорогостоящего оборудования и длительность процесса термообработки;

- 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 однокарбидных твердых сплавов введением старения однокарбидных твердых сплавов после спекания, что увеличивает стойкость однокарбидных твердых сплавов.

Техническая задача решается тем, что способ получения пластины из твердого сплава ВК8 для режущего инструмента, включающий обеспечение спеченной из твердого сплава ВК8 пластины, ее охлаждение и термическую обработку, отличающийся тем, что обеспечивают спеченную из твердого сплава ВК8 при температуре 1350-1450°С пластину, которую после охлаждения подвергают термической обработке путем старения в графитовом тигле в засыпке графита ГК-1 при температуре 550-650°С и выдержке 60-180 мин.

Для пояснения способа на фиг.1 показан внешний вид твердосплавной пятигранной пластины ВК8, увеличение 1:1, на фиг.2 показан график изменения твердости твердосплавных штабиков ВК8 в зависимости от температуры старения, на фиг.3 показана микроструктура твердого сплава ВК8 после старения при температуре 550°С, 1455НV, износ 0,02 мм, а - увеличение 640, б - увеличение 1280, на фиг.4 - микроструктура твердого сплава ВК8 после старения при температуре 600°С, 1492НV, износ 0,02 мм, а - увеличение 640, б - увеличение 1280, на фиг. 5 - микроструктура твердого сплава ВК8 после старения при температуре 650°С, 1485 НV, износ 0,02 мм, а - увеличение 640, б - увеличение 1280.

Способ осуществляют следующим образом:

До и после старения штабиков и пластин твердого сплава ВК8 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, Н М h*h*в/6 Предел прочности при изгибе, МПа Среднее значение, МПа ширина высота длина ВК8 исходный 5,00 5,10 34,00 4590 39015 21,675 1800 1834 5,20 5,33 34,00 5414 46019 24,6210467 1869 ВК8 Старение при 550°С 5,25 5,32 34,00 5836 49606 24,43875 2029 2033 5,00 5,10 34,00 5175 43987,5 21,25 2070 5,23 5,33 34,00 5745 48832,5 24,2984 2000 Старение при 600°С 5,20 5,28 34,00 6059 51501,5 24,1612 2131 2144 5,00 5,27 34,00 5536 47056,5 21,9583 2143 5,25 5,30 34,00 6185 52572,5 24,3468 2159 Старение при 650°С 5,23 5,30 34,00 5835 49597,5 24,1617 2052 2034 5,10 5,10 34,00 5171 43956,5 22,10 1989 5,22 5,27 34,00 5806 49351 23,9331 2062

Результаты исследований на данном этапе показали, что старение эффективно проводить для сплава ВК8. С повышением температуры предел прочности повышается, а твёрдость остаётся примерно на том же уровне. Лучший режим старения при температуре 600°С. Прочность увеличилась примерно на 15 %.

После проведения старения твёрдого сплава ВК8 при различных температурах были приготовлены шлифы и изучены микроструктуры при различных увеличениях.

Таблица 2 Марка твердого сплава Форма образца Твердость, НV Твердость средняя, НV 1 2 3 Среднее 550°С - старение ВК8 Штабик 1589 1533 1478 1533 1455 1402 1288 1378 1356 1354 1288 1332 1325 600°С - старение ВК8 Штабик 1533 1533 1452 1493 1492 1478 1478 1478 1478 1378 1378 1332 1355 650°С - старение ВК8 Штабик 1402 1332 1452 1395 1485 1452 1378 1332 1387 1402 1402 1378 1394

Характеристика исследуемых образцов после нагрева старения в гарфитовом тигле, в засыпке графита ГК-1 приведены в таблице 3.

Таблица 3 Т, °С ВК8 550 Ширина и высота образцов увеличилась на 3 - 5 %, длина осталась прежней. Твёрдость не изменилась. Предел прочности при изгибе увеличился на 10% 600 Ширина и высота образцов увеличилась на 3 - 5 %, длина осталась прежней. Твёрдость увеличилась на 5 %. Предел прочности при изгибе увеличился на 15% 650 Ширина, высота увеличилась на 3 - 5 %, длина прежняя. Твёрдость не изменилась, предел прочности при изгибе увеличился на 10%.

Результаты исследований на данном этапе показали, что старение эффективно проводить для сплава ВК8. С повышением температуры предел прочности повышается, а твёрдость остаётся примерно на том же уровне. Лучший режим старения при температуре 600°С. Прочность увеличилась примерно на 15 %.

После проведения старения твёрдого сплава ВК8 при различных температурах были приготовлены шлифы и изучены микроструктуры при различных увеличениях.

Увеличение температуры старения с 550°С до 650°С привело к увеличению растворимости карбида вольфрама в кобальте для сплава ВК8. Микроструктура твердого сплава ВК8 после старения при температуре 550°С, 1455НV, износ 0,02 мм, фиг.3. Микроструктура твердого сплава ВК8 после старения при температуре 600°С, 1492НV, износ 0,02 мм, фиг.4. Микроструктура твердого сплава ВК8 после старения при температуре 650°С, 1485НV, износ 0,02 мм фиг.5, а - увеличение 640, б - увеличение 1280).

Влияние температуры старения на износ поверхности (таблица 4) твёрдого сплава ВК8 изучен в следующей серии экспериментов. Резание проводилось на токарном станке 16К20, точение осуществлялось по заготовке из ст45, ∅_нар=200 мм, отверстие по центру с ∅_внут=22 мм торцевым точением от центра к периферии: частота вращения n=400 об/мин, глубина t = 1 мм, подача s =0,1 мм/об. С повышением температуры старения с 550°С до 650°С снизился в 3 раза износ по задней грани твёрдого сплава ВК8 с 0,06 до 0,02 мм.

Таблица 4 Марка
материала Вид обработки Предел
прочности при изгибе, МПа Твердость,
НV Износ за 5 проходов, мм Износ за 80 проходов, мм задняя поверхность передняя поверхность задняя поверхность передняя поверхность ВК8 Исходный 1834 1450 0,06 0,08 0,18 0,2 Старение при 550°С 2033 1455 0,02 0,04 0,1 0,12 Старение при 600°С 2144 1492 0,02 0,02 0,1 0,1 Старение при 650°С 2034 1485 0,02 0,02 0,1 0,12

Проанализировали результаты проведённых экспериментальных работ по повышению физико-механических и эксплуатационных свойств твёрдых сплавов групп ВК в сравнение с прототипом приведены в таблице 5. Была проведена термообработка старением в графитовом стакане, в засыпке графита марки ГК1 при температуре 550°С, 600°С, 650°С. Твёрдость практически не изменилась и осталась в интервале 1450-1490 HV, предел прочности повысился от 10 до 15 %, износ уменьшился в 2 - 4 раза, коэффициент стойкости (определяли как отношение износостойкости до и после старения) увеличился в 2-4 раза.

Таблица 5 Марка материала Вид обработки Предел прочности при изгибе, МПа Твердость,
НV Коэффициент стойкости, К ВК8 Исходный 1834 1450 1 Старение при 550°С 2033 1455 3 Старение при 600°С 2144 1492 4 Старение при 650°С 2034 1485 3 ВК8 Прототип - - 2

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к получению пластин из твердого сплава ВК8 для режущего инструмента, применяемым для холодной и горячей механической обработки металлов и сплавов, например, резанием. Способ получения пластины из твердого сплава ВК8 для режущего инструмента включает обеспечение спеченной из твердого сплава ВК8 пластины, ее охлаждение и термическую обработку. Обеспечивают спеченную из твердого сплава ВК8 при температуре 1350-1450°С пластину, которую после охлаждения подвергают термической обработке путем старения в графитовом тигле в засыпке графита ГК-1 при температуре 550-650°С и выдержке 60-180 мин. Обеспечивается увеличение износостойкости пластины из твердого сплава ВК8 для режущего инструмента. 5 ил., 5 табл.

Способ получения пластины из твердого сплава ВК8 для режущего инструмента, включающий обеспечение спеченной из твердого сплава ВК8 пластины, ее охлаждение и термическую обработку, отличающийся тем, что обеспечивают спеченную из твердого сплава ВК8 при температуре 1350-1450°С пластину, которую после охлаждения подвергают термической обработке путем старения в графитовом тигле в засыпке графита ГК-1 при температуре 550-650°С и выдержке 60-180 мин.