Способ химико-термической обработки твердосплавных прецизионных деталей

 

Изобретение относится к химикотермической обработке твердосплавных прецизионных деталей в жидкометаллической среде легкоплавких компонентов. Цель изобретения - повышение износостойкости деталей, снижение энергоемкости и ускорение процесса насыщения - осуществляется следующим образом: в жидкометаллический расплав свинца и висмута добавляются свинец, кадмий и щелочные или щелочно-земельные металлы при следующем содержании компонентов, мас.%: свинец 24,5 - 25, олово 12,4 - 12,5, кадмий 12,4 - 12,5, щелочной или щелочно-земельный металл 0,1 - 0,3, висмут остальное, после чего проводится насыщение при температуре расплава 300 - 350^oС. 2 табл.

Изобретение относится к химико-термической обработке твердосплавного инструмента, в частности к способам получения защитных износостойких диффузионных слоев на рабочих поверхностях изделий после окончательной размерной обработки, и может быть применено в различных отраслях промышленности, использующих в производстве твердосплавный инструмент, например в машиностроительной, электронной, радиотехнической, горнодобывающей и др. Цель изобретения повышение скорости термодиффузионного насыщения обрабатываемых поверхностей, снижение энергоемкости за счет снижения температуры и времени обработки и повышение износостойкости обработанных изделий. Способ осуществляют следующим образом. В жидкометаллический расплав свинца и висмута добавляют щелочные и/или щелочно-земельные металлы (литий, натрий, калий, кальций, рубидий, магний, стронций, цезий, барий и др.) в количестве 0,1-0,3 мас. и при 300^о С детали помещают в расплав, осуществляя обработку при 300-350^о С в течение 2,5-3 ч. Кроме того, в расплав свинца и висмута дополнительно вводят олово и кадмий при следующем соотношении компонентов расплава, мас. Свинец 2,48-25 Олово 12,4-12,5 Кадмий 12,4-12,5 Щелочной и/или щелочно-земельный металл 0,1-0,3 Висмут До 100 Добавка щелочных и/или щелочно-земельных металлов в данный расплав способствует эффективному восстановлению окислов на поверхности обрабатываемых деталей, повышению смачиваемости этих поверхностей и обеспечению их более полного контакта с легирующим расплавом. Отсутствие окислов резко повышает скорость диффузии металлов расплава вглубь поверхностного слоя детали, обеспечивая достаточно полное и равномерное насыщение ими при более низких температурах. Кроме того, сокращается весь цикл изготовления детали. Добавки кадмия и олова в расплав свинца и висмута снижают температуру плавления всей эвтектики, что позволяет после термодиффузионной обработки применять для удаления остатков расплава с поверхностей высокоточных деталей горячую воду, так как использование механических методов очистки прецизионных деталей после ХТДО неприемлемо из-за возникновения повреждений на их рабочих поверхностях (например, элементов пуансонов и матриц вырубных штампов). Обработка твердосплавных изделий в расплаве Pb, Sn, Bi и Cd повышает износостойкость их рабочих поверхностей. Это объясняется тем, что при предлагаемой ХТДО твердых сплавов происходит незначительное подтравливание поверхностного слоя обрабатываемых деталей, особенно в местах нахождения микродефектов (микротрещин, включений, дислокаций и т.д.), благодаря чему в соответствии с эффектом Иоффе (растворение поверхностных дефектов кристаллических тел приводит к их упрочнению) поверхностный слой обработанных деталей упрочняется. Кроме того, обогащение поверхностного слоя деталей при диффузионном насыщении комплексом легирующих легкоплавких металлов, таких как свинец, висмут, олово и кадмий, приводит к появлению высокоэффективных смазочных пленок в процессе последующей эксплуатации этой твердосплавной оснастки. Эти пленки возникают за счет образования металлических мыл при взаимодействии легкоплавных металлов, находящихся в поверхностном слое термообработанных деталей, с компонентами технологических сред (эмульсий, масел и т.д.) при последующей эксплуатации этой оснастки в производстве (например, за счет взаимодействия со спирто-бензиново-масляной активной технологической средой, которая подается с помощью капельницы в зону штамповки прецизионных изделий). В результате значительно повышается износостойкость твердосплавных рабочих элементов оснастки и качество поверхности изделий, изготовленных с помощью данной оснастки (например, выводных рамок интегральных микросхем, полученных с помощью твердосплавных вырубных прецизионных штампов, обработанных данной ХТДО, имеют меньшее количество заусениц). Испытаниям подвергались образцы из твердого сплава ВК15С размером 16х16 мм, толщиной 2 мм, с шероховатостью опорных поверхностей R_оп 0,08 мкм. ХТДО образцов производилась в составах насыщаемой среды 1,2 и 3 (см. табл.1) и в составе 4 (согласно способу-прототипу). За базовый объект сравнения был принят прототип. При ХТДО по предлагаемому способу в расплав свинца, олова, висмута и кадмия, нагретый до 300^о С, добавляли литий в количестве, соответствующем концентрации в вышеуказанных составах 1,2 и 3. Данная смесь перемешивалась в течение 5 мин до полного растворения лития. Затем в полученный расплав помещались обрабатываемые твердосплавные образцы и при 320^о С в течение 3 ч велась термодиффузионная обработка. Обработку образцов по известному способу-прототипу проводили в следующей последовательности: в расплав эвтектики свинец-висмут (Pb-Bi) добавляли порошок металлического никеля и титана в количестве 1,92 и 1,45 мас. Далее ванну разогревали до 1000^о С и выдерживали в течение 3 ч. В результате получили расплав Pb-Bi-Ti-Ni следующего состава, мас. 1,92 Ni; 1,45 Ti; 42,03 Pb; 56,4 Bi с равномерным по концентрации распределением никеля и титана по объему ванны. После получения рабочего расплава в ванну помещали обрабатываемые детали, повышали температуру до 1100^о С и в течение 10 ч вели диффузионное насыщение. В качестве критерия, позволяющего оценить эффективность обработки твердых сплавов предлагаемым способом и способом-прототипом, была выбрана износостойкость поверхностного слоя обработанных образцов. Испытания на износостойкость заключались в предварительном нанесении на контролируемую поверхность отпечатка от алмазной призмы при вдавливании ее в пластину-образец на твердомере Виккерса (по ГОСТ 2999-75 с рабочей нагрузкой 5 кг) с последующим дозированным истиранием этой поверхности. Получение пятна износа производилось с помощью вращающегося гексанитового наконечника прибора трения на износ. Равномерный износ при этом оценивался разностью размеров диагонали отпечатка Δh на поверхности испытуемой пластины, а относительная износостойкость J определялась по следующей формуле: J где Δ h_эт и Δ h_обр разность размеров диагонали отпечатка у образца-эталона (не подвергаемого ХТДО) и рабочего образца до и после термообработки. Сравнительные данные влияния способов термообработки и составов насыщаемых смесей на износостойкость обработанных твердосплавных поверхностей приведены в табл.1 и 2.

Формула изобретения

СПОСОБ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ТВЕРДОСПЛАВНЫХ ПРЕЦИЗИОННЫХ ДЕТАЛЕЙ, включающий насыщение в жидкометаллическом расплаве, содержащем свинец и висмут, отличающийся тем, что, с целью ускорения процесса, насыщения, повышения износостойкости и уменьшения энергоемкости процесса, насыщение ведут при 300 350^oС в течение 2,5 3 ч в расплаве, дополнительно содержащем олово, кадмий и по крайней мере один металл, выбранный из группы, содержащей щелочные или щелочно-земельные металлы при следующем содержании компонентов, мас. Свинец 24,8 25
Олово 12,4 12,5
Кадмий 12,4 12,5
По крайней мере один металл, выбранный из группы, содержащей щелочные или щелочно-земельные металлы 0,1 0,3
Висмут Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 8-2000

Извещение опубликовано: 20.03.2000        

---