Способ обработки изделий из твердых сплавов Советский патент 1983 года по МПК C21D6/04 B22F3/24 C21D1/04 C21D1/09 C22C29/00 

N0 3

:о з й

Изобретение относится к области еталлургии, в частности к технолоии термической обработки металлов сплавов.

Известен способ обработ ки металов и сплавов ультразвуком при темературах ниже , согласно котоjoMy изделия перед обработкой подвергают закалке на структуру однофазноо твердого раствора, что вызывает меньшение сопротивления перемещению дислокаций, увеличение их колиества, а следовательно, повышение рочности изделий С ЗНедостатками известного способа вляются необходимость создания структуры однофазного твердого раст9ора, что требует сложной термической обработки, и неприменимость Способа для обработки твердых сплааов, структура которых всегда мноГофазная,

. Наиболее близким к предложенному По технической сущности и достигаемому результату является способ криогенной обработки изделий из твердых сплавов 2.

Недостатками известного способа является то, что он не влияет на Прочностные свойства рабочей части изделий из твердого сплава, не изменяет твердость и износостойкость Твердосплавных изделий.

Цель изобретения - повыц(ение прочности . и твердости изделий из твердых сплавов.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу обработки изделий из твердых сплавов, вкл очающему криогенную обработку, перед криогенной обработкой изделие подвергают ионной бомбардировке в тлеющем разряде при 500-1400 С в Течение 0,25-0,5 ч а криогенную обработку осуществляют в течение 0,07-2 ч, причем ионную бомбардировку и криогенную обработку проводят при наложении ультразвука в среде алюминиевого сплава при давлении -10° Па, при этом амплитуда колебаний ультразвуковой волны при криогенной обработке превышает в 1,5-2 раза амплитуду колебаний ультразвуковой волны при ионной бомбардировке.

Ультразвуковая обработка при 5:00 - 1400с в течение 0,25-0,5 ч в совокупности с ионной бомбардировкой позволяет создать наклеп в по- .. верхностном сло твердосплавных изделий, т.е. создать сжимающее напряжение в поверхностном слое твердосплавных деталей. Кроме того, во время высокотемпературной выдержки повышается растворимость вольфрама в цементирующей связке и тверда й раствор CL обогащается вольфра мом.

Частичное обезуглероживание поверхности твердого сплава на глубину 0,01-0-,02 повышает твердость твердосплавных изделий, так как образующийся W, обладает высокой твердостью, чем WC.

При ультразвуковой обработке ;твердосплавных изделий с более выСокой амплитудой колебаний ультразвуковой волны (В 1,5-2 раза выше, :чем на предыдущем этапе одновременно с криогенной обработкой в течение 0,07-2 ч происходят процессы, вызывающие изменение физико-механических свойств изделий: общее повышение плотности дислокаций в твердосплавном изделии/ выпадение мелкодисперсных карбидов вольфрама различного стехиометрического состава на несовершенствах кристаллического строения изделия, причем дифференцированное: во внутренних объемах, происходит выделение мелкодисперсного карбида вольфрама в основном по границам зерен WC-Co, а во внешних слоях (около 20/л)- в объеме цементирующей фазы. Преимуществом предложенного способа является повышение прочности твердосплавных изделий на 5055%, твердости на 10-15%.

Применение сплава AMU в качестве передаточной среды вызвано тем, что скорость распространения ультразвука в этом сплаве одна из самых высоких, а коэффициент поглощения один из самых малых. Давление, прикладываемое к изделию, заставляет растекаться прокладку из сплава АМц указанного химического состава по поверхности изделия и концентрата, затекать в микрон ровности, создават плотный контакт, а следовательно, не происходит большое рассеивание ультразвуковой волны, что позволяетиспользовать магнитострикционные преобразователи и генераторы меньшей мощности, а в изделия передавать колебания большей амплитуды, ,

При давлении, меньшем указанного .не происходит плотный контакт кон центратор- изделие , а при большем начинается пластическая деформация концентратора, в результате чего рассеивается энергия ультразвуковой волны. I

Применение сплава АМц {1,5% Мп, 98/5% Al) в качестве передаточной среды и приложение давления 5-10 2 10 Па позволяет обеспечить простоту в передаче ультразвука от конг. центратора к детали,что в значительной степени повышает производительность процессаf экономичность процесса (большая часть энергии ультразвуковой волны передается в изделие, а не отражается от него , что позволяет применять генераторы меньшей мощности). Изделия обработанные по предложенному способу обладают структурой подобной композиционному материалу: переход от более твердых, но менее прочных поверхностных слоев к более прочным, но менее твердым внутренним слоям осуществляется плавно.

Пример. Проводят обработку трех-партий изделий из твердых сплавов ВКб и ВК15. Состав сплава. ВКб: 6% Со; 94% WC, а ВК155: 15% CoJ 85% we.

Первую партию образцов из сплавов ВКб и,ВК15, находящихся под давлением 4 10/ Па с передаточной средой из сплава АМц указанного химического состава, подвергают ионной бомбардировке с одновременной ульразвуковой обработкой при 1300 С (сплав BKIS; и 1400С (сплав ВКб в течение 20 мин. Амплитуда ультразвуковых колебаний 1-2 мкм. Затем эти образцы помещают в жидкий азот где подвергают ультразвуковой обработке в течение 40 мин при амплитуде колебаний 3-4 мкм. Давление и передаточная среда те же.

В результате обработки твердость поверхностных слоев составляет в среднем для сплава ВКб 1520 кг/мм (НУ), для сплава ВК15 - 1140 кг/мм CHV).

Прочность изделий возросла для сплава ВКб на 55%, для сплава ВК15на 50%..

Вторую партию образцов из сплавов ВКб и- ВК 15, находящихся под давлением 5-10° Па с передаточной средой из сплава АМц указанного химического состава, подвергают ионной бомбардировке с одновременной ультразвуковой обработкой при в течение 15 мин. Ампли.туда ультразвуковйх колебаний 1-2 мкм. Затем эти образцы помещают в жидкий азот,где подвергают ультразвуковой об; работке в течение 4 мин при амплитуде колебаний 1-2 мкм. Давление и передаточная среда те же.

Третья партия образцов из спла5 ВОВ ВКб и ВК15, находящихся под давлением 210 Па с передаточной средой из сплава АМц указанного химического состава, подвергают ионной бомбардировке с одновременной ультразвуковой обработкой при 1400 С

0 в течение 30 мин; Амплитуда ультразвуковых колебаний доставляет 12 мкм. Затем эти образцы помещают в жидкий азот, где подвергают ультразвуковой обработке в течение 2 ч.

5 при амплитуде колебаний 4-5 мкм. Давление и передаточная среда те же.

Результаты испытаний представлены в таблице.

Использование предлагаемого спо0соба ультразвуковой обработки твердых сплавов обеспечивает по сравнению с существующими способами повышение прочности и твердости твердых сплавов, что снижает количе5ство поломок твердосплавного инструмента и оснастки и увеличивает их ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ} создание структуры сплава подобной структуре композиционного материала, но более

0 качественной, так как переход от более твердых, но менее прочных поверхностных слоев к более прочным, но менее твердым внутренним слоям осуществляется плавно; простоту в передаче ультразвука от .концентрато5ра к детали, что в- значительной степени повышает производительность процесса; экономичность процесса, так как большая часть энергии ультразвуковой волны передается в изделие,

0 а не отражается от него, следовательно, можно применять ультраЗвуковые генераторы меньшей мощности.

СП(Х:ОБ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ, включающий криогенную обработку, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности и твердости, перед криогенной обработкой изделие подвергают ионной бомбардировке в тлею|Щем разряде при 500-1400С в течение :0,25-О,5 ч, а криогенную обработку осуществляют в течение 0,07-2 ч, причем ионную бомбардировку и крио-енгенную обработку проводят при наложении ультразвука в среде алюминиевого сплава при давлении 510 2vl(na, при этом амплитуда колебаний ультразвуковой волны при криогенной обработке превышает в. 1,5-2 раза амплитуду колебаний ультразвуковой волны при ионной бомбардировке.

Известному Предложенному

180

1380

1060

270

1520

1140