Способ изготовления композиционных инструментальных материалов на основе стали Советский патент 1983 года по МПК B22F3/14 C22C33/02 

I Изобретение относится к порошковой метаппургии, а именно к изготовпению композиционных инструментапьных материапов, соцержащих в качестве твераой составляющей тугоплавкие соединения, в частности, карбид титана, а в качестве связующей матрицы используются инструментальные стали. Известен способ получения металпокерамических износостойких материалов цпя режущего и штампового инструмента включающий измельчение порошка инстру ментальной стали и карбица титана, их . смешивание, прессование и спекание при температурах,обеспечивающих получение плотных заготовок за счет жидкой фазы, образующейся при плавлении стальной ма рицы М . Недостатком известного способа ЯВ-. ляется активное взаимодействие карбида ти тана со стальной матрицей, приводящее к п& реходувопьфрама,ванадия,хрома,молибдена из матрицы в карбид титана. В результате этого происходит обеднение матрицы пеги рующимиэлементами,снижакугсятвердость красностойкость,износостойкость матрицы и материала в целом. Характерио,что перехо легирующих элементов усиливается с увеличением содержания карбида титана и тем пературы спекания. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления композиционных инструментальных материалов на основе стапи, включающий измельчение,смешивание порошков стали и тугоплавкого соединения содержащего, титан и углерод, прессование и спекание; в соответствии с которым спекание про изводится при более низких температурах в условиях, не приводящих к обраэ ванию жидкой фазы. В связи с тем, что спеканием при пониженных температурах не удается получить плотный материал, согласно этому способу спеченные заготовки подвергаются повторному нагреву с последующей ковкой для уплотнения 2 , Недостатки известного способа - ниэкие механические свойства и износостой кость получаемых материалов, связанные с тем, что температура спекания остается все еще достаточно высокой (12ОО1250 С), что лишь частично устраняет нежелательное взаимодействие карбида титана с матрицей. Опробованная более низкая температура спекания приводит к получению спеченных заготовок с низкой плотностью (не бо5552пае 92%), что не поавоояет поцвергать их ковке. Кроме того, ввецение тугоплавких частиц в сталь по этому способу возможно в весьма ограниченных количествах, С увеличением соцержакия тугоплавких добавок пластические свойства материала ухуцшаются и при некотором их соцержании уплотнение ковкой становится невозможным. Кроме того, с увеличением соцержания тугопла&ких частиц цля получения заготовок с относительной плотностью более.92% (для ковки), необходимо увеличивать температуру спекания, что активирует процесс взаимодействия. К этому также приводит и простое увеличение копичества добавок. Цель изобретения - повышение меха ических свойств и износостойкости получаемого материала. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу изготовления композиционных инструментапьных материа ° основе стапи, включающему из--. мельчение, смешивание порошков стали и тугоплавкого соединения, содержащего титан и угп- ОД| прессование и спекание в качестве тугоплавкого соединения титана с углеродом используют карбид титана, смешивание порошков стали и карбида титана проводят в соотношении от 8,1:1 до 1:1, а спекание проводят под давлением при 1060-И40 сГ Смешивание порошков стальной матрицы и тугоплавких соединений производят в соотношении (по объему) от 8,1:1 до 1:1 (что соответствует содержанию тугоплавких частиц Ь стали от 11 до ВО об %). Увеличение температуры спекания выше верхнего предела увеличивает переход легирующих элементов из матрицы в тугоплавкое соединение, что приводит к снижению красностойкости и износостойкости материала. Нижний предел обусловлен там, что при более низких температурах значительно увеличивается сопротивление деформации и материал при спекании не удается уплотнить до беспористого состояния, что снижает его твердость и износостойкость. За счет проведения операций измепычения, смешивания, прессования, н т. п. стоимость изготовления инструментапьных материалов с добавками тугоппав1оис соединений возрастает, поэтому смешивание стали с тугоплавким соединением в соотношении меньшем 8,1:1 не всегда может быть целесообразным, так как затраты могут превысить получаемый экономический эффект. Увепичение cooTw ношения бопее 1:1 привоцит к получению материала с низкой прочностью. Преимуществами известного сдособа HBnsDOTCH значительное прецотвращениё диффузии легирующих элементов из матрицы к Tj С.возможность получения материа п ов с большими количествами в , сталь операции спекания,повторного нагрев ковки совмещаются в оцну - прессование поц цавпением, а также использование бопее широкой номёнкратуры, тверцых, тугоплавких частиц и стапей апя их связывания. Пример. Для получения компо зиционного материала исиопьзуюг распыленный порошок быстрорежущей стали ,10Р6М5К5 и карбиц титана. Порошок стали измельчают в струйной мельнице, карбиц титана - в вибрационной. Измельченный порошок стали смешивают в вальковом смэситепе с карбицом титана в соотношении (по объему) 8,1:1; 2,14:1 и 1:1 в течение 8ч. Смеси загружают в капсупы циамеаром 1О9 мм и цлмной 45О мм. После вакуумирования капсупы герметизируют и спекают поц аавпением 157 МПа при различных температурах смесь с соотношением сталь: Т i С, равном 2,14:1 - при 1О60, НОО и , остальные - при 11ОО С.- Выаержка при спекании 1 ч. Из этих же исходных материалов получают заготовки по известному способу - прессованием |И спеканием при 1250С с последующей ковкой. Иа-за низкой пластичности заготовки с содержанием Т| С более 1О об.% изготовить не удается (они разливаются при ковке). Свойства полученных материалов приведены в табл. 1. Примечание. Условия испытаний на стойкость при точении: обрабатываемый материал - стань ХН35ВТЮ; скорость резания - 5,5 м мин, глубина резания - 2,0 мМ; поцача - 0,7 мм/об. П р и м е р 2, Для получения компс. зиционного материала используют распылешый порошок штамповой стали 6X6 В ЗМФСи карбид титана. Порошок стали измельчают в стуйной мельнице, карбид титана - в вибрационной. Измельченный порошок стали смешивают с карбидом титана в COOTHO-J шении (по объему) 2,34:1. Смесь загружают в капсулу диаметром 16О мм длиной 450 мм. После вакуумирования капсулу герметизируют и спекают при И4ОС и давлении 157 МПа в течение 1,5 ч., Свойства полученного материала приведены в табл. 2. Как видно из результатов испытаний материала для режущего инструмента (табл. 1), полученного по предлагаемому способу, его износостойкость значительно превосходит износостойкость материала, полученного по и естному способу, принятому за базовый объект. Экономический эффект от применения этого материала в зависимости от сложности инструмента 7 - 14 тыс. руб. на тонну. Та б л и ц а 1

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ СТАЛИ, включающий иэмепьчение, смешивание порошков стапи и тугоплавкого соецийения, соцержащего титаи и угпероц, прео4 сование и спекаиие, отпич аютнЙ- с я тем, что,: с цепью повышения меха нических свойств и ъ1эносостойкости, в качестве тугоплавкого соецинеиия титана с угпероаом используют карбнц тйтвна, смешивание п ошков стапи и карбяца титава провопят в соотношеиии от 8,1:1 QO 1:1« а спекавие провоаят noq щавяетием при 1О6О-114О ч;.

Предлагаемый

8,1:1 1100

2,14:1 1100

11ОО

1:1

2200 15,О

66О

68

1ОО

1650 34,2

690

10О

ТО

1280 4О,1

100

705

72

2,14:1 1060

2Д4:1 1100

2,14:1 1140

Известный

9:1125О

Тверцость

Поспе отжига

38-40

100

Поодолжение габп. 1

142025,3

99,8 . 68670

165034,2

10070

690

1780 34,8

315010,2

100 67650

Твбпкца2

Прбчность при изгибе, МПа

Поспе закапки

1700-19ОО

68-70