Уже известен способ получения комплексной карбидной составляющей для твердых сплавов из смеси окислов, например, титана и вольфрама, т. е. двух карбидообразующих металлов, из которых один не восстанавливаемый газовыми восстановителями. Известно также проведение операции восстановления исходя из смеси окислов карбида, образующих металлов и цементирующего металла. К способам изготовления подобных твердых металло-керамических сплавов с комплексной карбидной составляющей относится и настоящее изобретение.
Исследованиями последних лет установлено, что введение в состав твердых сплавов карбидов тугоплавких металлов, главным образом, карбидов, кристаллизующихся в кубической системе (IV и V группы элементов), как например, карбидов циркония, титана, ванадия, ниобия, тантала, сильно повыщающих режущие свойства, твердость сплавов и т. д., затрудняется тем, что в отличие от вольфрама соответствующие металлы (цирконий, титан, ванадий, ниобий.
тантал) восстанавливаются значительно труднее. В частности, их нельзя получить путем применения таких общепринятых газообразных восстановителей, как водород или окись углерода. Поэтому обычно получают соответствующие карбиды путем прокаливания окислов с сажей.
Это требует высоких температур и продолжительного прокаливания, уменьщает производительность печей вследствие больщого объема загружаемой щихты, состоящей из таких легких порощков, как окислы и сажа, и дает при совмещении процессов восстановления и карбонизации неоднородный продукт, что и наблюдается, например, при изготовлении твердых сплавов на основе карбида титана.
Кроме того введение в сплав таких карбидов, как карбиды циркония, титана и др. затрудняет процесс спекания сплава и поэтому; операцию спекания приходится удлинять, что также понижает производительность печей.
Согласно настоящему способу, значительно облегчается получение твердых сплавов, содержащих тугоплавкие карбиды металлов IV и V группы. Способ заключается в том, что для снижения температуры и ускорения реакции восстановления окислов указанных металлов в шихту смеси окисла с углем добавляется небольшое количество нескольких металлов ускорителей реакции (катализаторов) в форме соответствующих окислов или солей. При этом, по меньшей мере два из металлов ускорителей должны быть из группы восстанавливаемых водородом и окисью углерода, но не карбонизующихся (медь, серебро, кобальт, никель). Процесс восстановления карбонизации при этом предпочтительно проводить в две операции вместо обычно применяющейся одной. В первой операции проводится в основном восстановление при пониженной температуре (понижение температуры за счет присадок), во второй операции проводится окончательная карбонизация при повышенной температуре спрессованной шихты из первой стадии; при этом, вследствие спрессованного состояния предварительно восстановленной шихты, производительность. печи сильно повышается, а продукт подвергается рекристаллизации, что увеличивает его однородность и улучшает качество. Затем полученный таким образом карбид, содержаш,ий. небольшие присадки других карбидов и не карбонизующихся металлов, размалывается, к нему примешиваются отдельно полученные карбид вольфрама или молибдена и цементирующий металл - кобальт или никель; смесь размалывается, прессуется и спекается.
Из расчета на образование 55 объемных
окись молибИз расчета на образование 6 объемных
или окись Из расчета на образование 1,5 объемных
процента металлического кобальта (или
окись ..... Из расчета на образование 0,25 объемных
Необходимое количество для восстановлепроцентов карбида титана
процентов карбида вольфрама (или карбида молибдена)
никеля)
нроцента металлической меди ния и карбонизации. При таком способе весь или большая часть карбида вольфрама или молибдена и кобальта или никеля могут быть получены при самых низких температурах в наиболее мелкозернистой форме и будет избегнуто известное ухудшающее воздействиепа них высоких температур. Небольшие же комплексные присадки к карбиду IV или V группы произведут достаточное действие, чтобы ускорить, и снизить температуру восстановления данного окисла, чтобы на второй, высокотемпературной стадии сосре-. доточить процесс окончательной карбонизации (уже без большего выделения газа - окиси углерода) и процесс рекристаллизации карбида. Последний процесс благодаря наличию присадок также облегчается, а в последующем карбид легче взаимодействует с остальными компонентами сплава и процесс спекания ускоряется. В случае необходимости для некоторых областей применения твердого сплава (резание некоторых металлов и др.) сохранения наименьшей зернистости карбида металла IV или V группы температуру второй стадии карбонизации снижают или же весь процесс восстановления (карбонизации) проводят в одну операцию без упрессовывания шихты во второй стадии. Данный способ поясняется следующим конкретным примером (количественные соотношения показаны в объемных процентах для облегчения рассуждений о взаимозаменяемости аналогичных компонентов). Замешиваются в форме мелких поошков или в форме водной суспении в шаровой мельнице следующие-; ещества:
Хорошо перемешанная и высушенная смесь загружается в угольные патроны и последние медленно задвигаются в печь Таммана в атмосферу водорода или окиси углерода при 1300-1400°.
При этом в первую очередь восстанавливается медь и затем кобальт (или никель); их присутствие каталитгачески ускоряет и снижает температуру восстановления н карбонизации вольфрама (или молибдена), а затем происходит восстановление окиси титана, температура которого снижается, а скорость увеличивается за счет воздействия всей цепи вышеуказанных ускорителей, последнее звено которой - карбид вольфрама (или молибдена) образует твердый раствор с карбидом титана и над этим твердым раствором допустимо более высокое равновесное давление окиси углерода (продукта восстановления), чем над чистым карбидом титана.
В результате карбонизацию можно закончить в течение 1-V/2 часов при температуре 1450-1700° (в зависимости от величины загрузки и количества присадок - ускорителей).
В случае возможности или желательности некоторого укрупнения величины зерен карбида или получения их
Карбид титана с присадкамиС2,5 объемных процента
Мелкий низкотемпературный карбид вольфрама30,0 объемных процента
Мелкий низкотемпературный никель 7,5 объемных процента.
Смесь после размола прессуется и спекается обычным путем при 1400- 1500°. При этом кобальт (или никель) и медь (или серебро), введенные как присадки к карбиду титана, переходят в цементируюший твердый раствор, присоединяясь к никелю, введенному в окончательную смесь. Наличие же меди в цементе увеличивает вязкость сплава, а карбид вольфрама (карбид молибдена), введенный как присадка в карбид титана, совместно с карбидом вольфрама, введенным в окончательную смесь, частично распределяются в твердых растворах в карбиде титана и в никелевом цементе и частично выкристаллизовываются в форме самостоятельных зерен карбида вольфрама (молибдена).
В итоге происходит активное переразнообразного набора, или при применении последуюш,его размола карбида до нужной мелкой зернистости в мельницах с ударным действием шаров можно применять метод карбонизации в две операции с рекристаллизацией запрессованной шихты во второй операции. При этом производительность, операции сильно возрастает.
Для вышеприведенного примера шихта на первой операции после загрузки в 1400° прогревается в печИ, например, до 1600-1700° в течение 30 минут, затем проталкивается в холодильник и размалывается; содержимое двух патронов набивается (запрессовывается) в один патрон (благодаря уменьшению в объеме) и вновь подвергается прогреву в течение) 45 минут при 1600-1900° (в зависимости от желательного роста зерна).
Полученный в одну или две операции карбид титана с небольшими присадками карбида вольфрама (молибдена), кобальта (никеля) и меди размалывается и смешивается в шаровой мельнице с мелкими порошками отдельно полученных при минимальных температурах карбида вольфрама и никеля из следующего расчета:
движение материала всех компонентов, в результате процесс спекания и заполнения пор облегчается и ускоряется и получается сплав с высокими твердостью, плотностью, прочностью, режушими и истираюшими свойствами.
В результате же ускорения процессов карбонизации и спекания повышается производительность труда и оборудования в производстве, а продукт удешевляется.
Указанный в вышеприведенном примере карбид титана может быть полностью или частично заменен карбидами циркония, ванадия, ниобия, тантала. При этом соответственно изменяется температура восстановления и карбонизации.
Количественные соотношения компонентов могут изменяться в зависимости от нужных свойств сплава, однако, общее количество карбидов IV и V группы элементов в сумме карбидов всего сплава должно быть не меньше 30 объемных процентов. Кроме того увеличение содержания присадочных металлов железной группы ® шихте перед карбонизацией карбидов IV и V группы металлов ведет к «слишком сильному спеканию карбида, поэтому количество этих металлов в ускоряюш,ей присадке не должно превосходить 5 обт емных процентов по отношению к карбиду. Присадка же меди или серебра не должна, во избежание снижения твердости сплава, превосходить 5 объемных процентов по отношению ко всему количеству цементирующ,их металлов в сплаве.
Предам ет изобретения.
Способ изготовления твердых металло-керамических сплавов с комплексной карбидной составляющей из
карбидов по крайней мере.одного не восстанавливаемого водородом металла (например, титан, цирконий и др.) и одного легко восстанавливаемого газовыми восстановителями (например, вольфрама, молибдена) с проведением операции восстановления и карбониза1 ; {и, исходя из порошков окислов или солей или их водной суспензии, отличающийся тем, что, с целью ускорения процессов восстановления и карбонизации, в исходную смесь окислов или солей дополнительно вводят в форме окислов или солей по меньшей мере два металла из группы восстанавливаемых газовыми восстановителями, но не карбонизующихся (медь, серебро, кобальт, никель), причем количество металлов железной группы в этой присадке не должно превосходить 5 объемных процентов по отношению к карбиду, а количество меди или серебра - 5 съемных процентов по отношению к общему количеству цементирующих металлов в сплаве.
