Способ получения мелкозернистого спеченного твердого сплава Советский патент 1992 года по МПК B22F1/00 B22F3/12 

Изобретение относится к порошковой металлургии, к способам получения мелкозернистых твердых сплавов на основе карбида вольфрама, используемых для изготовления режущего инструмента и деталей.

Известен способ получения мелкозернистого спеченного твердого сплава включающий смешивание порошков карбида вольфрама и кобальта совместным мокрым размолом, формирование заготовок и спекание, предусматривающее отжиг смеси в течение 5-30 мин при 800°С а затем нагрев до температуры спекания со скоростью 200- 500°К/мин. причем температура спекания на 50°К ниже температуры образования жидкой фазы, продолжительность спекания 13 мин

Твердый сплав состава 94 мае % WC и 6% Со со средним размером лерна 0 4 мкм обладает твердостью 90,2 НЙА и пределом прочности при изгибе 1200 н/мм2

Недостатком известного способа является низкая эксплуатационнпя стойкость режущего инструмента, изготовленного из твердого сплава Это обусловлено недостаточными твердостью и прочностью твердого сплава.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ получения мелкозернистого спеченного твердого сплава, включающий смешивание порошка карбида вольфрама со средним размером зерна 0,5-1,1 мкм, активностью, характеризующейся шириной рентгеновской линии (1122) в Fe Ка излучении 20-30 х х рад, и удельной поверхностью 2,95 и 0,474 м2/г с порошком кобальта совместным мокрым размолом в течение 18-24 ч, формирование заготовок-и спекание

Известный способ позволяет получать сплавы типа М и ОМ со следующими свойствами:

ВК6: Оизг 1320-1350 МПа, твердость 91,5 HRA,

Кет 1,5-1,56 по отношению к сплаву ВК6М

XI

4 00

о со сл

Недостатком известного способа является то, что полученные твердые сплавы обладают низкой прочностью. Это сужает область применения полученных твердых сплавов - их можно использовать только для чистовой обработки,

Это обусловлено следующим.

В известном способе исходный порошок карбида вольфрама обладает удельной поверхностью 2,95 м2г или 0,474 м /г. Первый порошок представляет собой агломераты из субмикронных частиц (об этом свидетельствует величина удельной поверхности, более чем в 6 раз превышающая теоретическую для сферических частиц такого диаметра). Второй порошок имеет форму частиц, близкую к сферической (удельная поверхность совпадает с теоретической).

Размол первого порошка при приготовлении твердосплавной смеси, даже менее интенсивный, чем при использовании стандартных порошков, приводит к переизмельчению карбида вольфрама и чрезмерному повышению активности смеси. Спекание такой смеси, даже при относительно низких температурах, приводит к интенсивному росту зерна, появлению аномально крупных зерен (об этом свидетельствует dwc 1.4 мкм при количестве зерен cd 1,0 мкм 70%). Наличие крупных зерен в структуре твердого сплава обуславливают снижение прочности.

При размоле второго порошка его активность не достигает необходимого уровня в смеси. В результате при спекании не удается получить сплав с низкой пористостью, поэтому прочность сплава также невелика.

Целью изобретения является повышение прочности и коэффициента стойкости.

Поставленная цель дбстигается тем, что в способе получения мелкозернистого спеченного твердого сплава, включающем смешивание порошка карбида вольфрама со средним размером зерна 0,5-1,1 мкм и активностью, характеризующейся шириной рентгеновской линии (1122) в FeKa излучении, 20-30 х рад с порошком кобальта совместным размолом, формирование заготовок и спекание, предлагается использовать порошок карбида вольфрама с удельной поверхностью 0.7-2,0 м2/г, а размол вести до удельной поверхности смеси 2,8-3,6 м2/г.

Использование порошка карбида вольфрама с указанными характеристиками и размол смеси до удельной поверхности 2,8- 3,6 м /г обуславливает получение твердосплавной смеси, при спекании которой не происходит интенсивного роста зерна карбида вольфрама, что приводит к получению твердого сплава с равномерной мелкозернистой структурой.

Это объясняется следующим

Начальный уровень дисперсности

(удельной поверхности) и дефектности кристаллической решетки карбида вольфрама при измельчении обеспечивает получение зерен карбида вольфрама с менее дефектной кристаллической решеткой, чем в известном способе. Удельная же поверхность смеси, равная 2,8-3,6 м2/г, обеспечивает необходимый уровень равномерности распределения компонентов в смеси, а также

уровень активности порошка, необходимый для получения беспористого сплава при спекании.

В случае, если исходный карбид вольфрама имеет размер зерна более 1,1 мкм

(удельная поверхность менее 0,7 м /г), то при размоле до необходимой крупности смеси происходит чрезмерное увеличение активности (дефектности кристаллической решетки) частиц карбида, что при спекании

приведет к увеличению среднего размера зерна в твердом сплаве и к появлению аномально крупных зерен. Это приводит к снижению коэффициента стойкости режущего инструмента, изготовленного из твердого

сплава.

Если исходный карбид вольфрама имеет размер зерна менее 0,5 мкм (удельная поверхность более 2,0 м2/г). то при размо- ле не удается получить равномерное распределение компонентов в смеси, что обуславливает снижение прочности и коэффициента стойкости режущего инструмента.

Активность исходного порошка карбида

вольфрама, характеризующаяся шириной рентгеновской линии (1122) в FeKa излучении менее 20 х рад, при размоле смеси до необходимой удельной поверхности не позволяет получить активность смеси, обеспечивающую получение беспористого сплава при спекании.

Ёсли ширина рентгеновской линии (1122) в Fe К# излучен ии более 30 х рад, что при размоле смеси активность увеличивается настолько, что при спекании имеет место интенсивный рост зерна, что снижает коэффициент стойкости режущего инструмента.

Размол смеси до удельной поверхности

менее 2.8 м2/г не обеспечивает получение активности смеси; достаточной для получения беспорист ого сплава. Кроме того, снижается равномерность распределения компонентов в сплаве. Все это уменьшает

коэффициент стойкости режущего инструмента

При размоле до удельной поверхности более 3,6 м2/г спекание сопровождается интенсивным ростом зерна карбида, что уменьшает коэффициент стойкости режущего инструмента.

Способ осуществляется следующим образом.

Порошок карбида вольфрама со средним размером зерна 0,5-1,1 мкм. удельной поверхностью 0,7-2,0 м /г и шириной рентгеновской линии в РеК лизлучении, равной 20-30 х рад, смешивают с порошком кобальта (3-15 мас.%) со средним размером зерна 0,5-3 мкм совместным размолом в барабанной мельнице с размольными шарами. Размольная жидкость - спирт, ацетон и т.п. Соотношение шары/смесь 1:6. Скорость вращения барабана мельницы - 60% от критической.

Продолжительность размола устанавливают экспериментально из условия получения удельной поверхности смеси 2,9-3,6 м2/г.

После удаления размольной жидкости и шаров в смесь вводят пластификатор (раствор каучука в бензине), гранулируют (если это необходимо) и формируют заготовки режущих пластин, которые спекают в атмосфере водорода или в вакууме при температуре 1340-1500°С (в зависимости от содержания кобальта).

При размоле в смесь могут быть введены ингибиторы роста зерна -ТаС. VC, СгзСа и т.п.

Порошок карбида вольфрама с предлагаемыми характеристиками дисперсности и активности может быть получен карбидиза- цией ультрамелкодисперсного порошка вольфрама (средний размер зерна 0.2- 1,0 мкм) - прокалкой в смеси с сажей при 1400-1600°С в атмосфере водорода.

Пример. Карбид вольфрама с различными значениями характеристик дисперсности и активности смешивали в различных соотношениях с порошком кобальта при размоле в барабанной мельнице в среде

спирта при соотношении смесь/шары 1:6, скорости вращения 60% от критической в течение 48-72 ч. Характеристики исходного порошка карбида вольфрама, состав смеси

и полученная удельная поверхность смеси приведены в таблице.

Смесь после сушки смешивали с пластификатором (4%-ный раствор синтетического каучука в бензине), формировали заготовки

режущих пластин формы 02271 ГОСТ 82 и штабиков размерами мм3 прессованием в металлических пресс-формах при давлении 80-150 МПа.;

Заготовки а зависимости от состава

спекали при 1340-1480°С в атмосфере водорода в течение 1 ч.

Свойства полученных твердых сплавов приведены в табл.2.

Коэффициент стойкости определяли

при точении серого чугуна СЧ 30 при скорости резания V 120 м/мин, сечении среза s x t 0,2x1,0 мм%б, критерий износа ha 0,8 мм Эталонная пластина - из сплава по ГОСТ 3882-74 по составу, соответствующая

сплаву, полученному по предлагаемому способу.

Как видно из данных таблицы, предлагаемый способ (примеры 1-5) по сравнению с известным (примеры 11 и 12) позволяет

повысить прочность сплава и коэффициент стойкости (Кет) режущего инструмента на 18- 180%.

Формула изобретения Способ получения мелкозернистого

спеченного твердого сплава, включающий смешивание порошка карбида вольфрама со средним размером 0,5-1,1 мкм и активностью, характеризуемой шириной рентгеновской линии (1122) в FeKa -излучении (20-30) х

х рад, с порошком кобальта совместным размолом, формование и спекание, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности и коэффициента стойкости при резании, используют порошок карбида

вольфрама с удельной поверхностью 0,7- 2,0 м /г, а размол ведут до удельной поверхности смеси 2,8-3,6 м2/г.

Сущность способа заключается в том, что смешивают размолом карбид вольфрама с удельной поверхностью 0,7-2,0 м /г, активностью, характеризующейся шириной рентгеновской линии (1122) в FeKa излучении