Способ обработки заготовок из тугоплавких соединений и твердых сплавов на основе карбидов переходных металлов

 

Сущность способа: заготовку обрабатывают деформацией в интервале температур в 1,08-1,18 температуры хрупковязкого перехода карбидной фазы в материале со степенью деформации более 20% и со скоростью деформирования 0,1-20 мм/мин. 1 табл.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам обработки заготовок и изделий из тугоплавких соединений и твердых сплавов на основе карбидов переходных металлов.

Известен способ обработки заготовок из твердых сплавов, включающий нагрев заготовок выше температуры плавления металла связки и деформирование до получения конечной формы изделия (1).

К недостаткам данного способа относится низкое качество получения изделий из-за роста зерен карбидной фазы в присутствии жидкой фазы и объединения зерен карбидной фазы в конгломераты.

Известен также способ обработки заготовок из твердых сплавов, включающий заготовки до температуры пластичности металла связки и последующее деформирование (2).

К недостаткам способа относится невозможность получения изделий с заранее заданным по сечению распределением свойств и структуры, т.е. с металлографической и кристаллографической текстурой, так как при осуществлении данного способа деформируется лишь металлическая связка, а зерна карбидов не меняют своей формы.

Как известно, монокристаллы карбидов переходных металлов по различным кристаллографическим направлениям обладают разными свойствами, прочностью, твердостью, растворимостью в агрессивных средах и т.д. Создание текстуры в поликристаллах карбидов позволяет распределять свойства по сечению изделий, что улучшает их характеристики особенно при использовании в экстремальных условиях эксплуатации.

Целью изобретения является получение в обрабатываемых заготовках анизотропной структуры, т.е. металлографической и кристаллографической текстуры, которая определяется вытянутостью зерен относительно оси деформации заготовки и измеряется как отношение максимальных размеров зерен к минимальным размерам.

Цель достигается тем, что в способе обработки заготовок из тугоплавких соединений и твердых сплавов на основе карбидов переходных металлов, включающем нагрев и деформацию заготовки, в отличие от известного деформацию заготовки производят в интервале температур в 1,08-1,18 температуры хрупковязкого перехода карбидной фазы в материале со степенью деформации более 20% и со скоростью деформирования 0,1-20 мм/мин.

За критерий наличия металлографической текстуры принимали следующее: отношение максимальных размеров зерен к минимальной должно превышать 1,2 по результатам измерения 300-500 зерен в двух взаимно перпендикулярных направлениях по отношению к оси деформации заготовки, причем измерения проводили на пяти полях зрения на протравленных металлографических шлифах.

Температуру деформации заготовки необходимо задавать относительно температуры хрупко вязкого перехода карбидной фазы, так как именно она наиболее точно отражает структурное состояние материала перед деформацией. Если же взять температуру деформации относительно температуры плавления карбидной фазы, то данное отношение не будет учитывать изменений в структуре материалов: размеров зерен карбидной фазы и загрязнений материала газами и другими примесями и не приведет к достижению поставленной цели.

Снижение температуры деформирования ниже 1,08 по отношению к температуре хрупковязкого перехода карбидной фазы приведет к образованию трещин при больших степенях деформации, т.е. к неисправному браку. Увеличение температуры деформирования материала выше 1,18 по отношению к температуре хрупковязкого перехода не приводит к образованию металлографической текстуры из-за развития в карбидной фазе процессов динамической рекристаллизации. Снижение степени деформации ниже 20% не приводит к образованию значительной металлографической текстуры в материале. Снижение скорости деформирования ниже 0,1 мм/мин экономически нецелесообразно из-за низкой производительности способа. Повышение скорости деформирования выше 20 мм/мин в вышеописанном температурном интервале может привести к образованию трещин в материале.

П р и м е р. Изготавливали заготовки из материалов состава TiC_0,47, в котором согласно диаграмме состояния содержится 24% (об.) фазы на основе титана с размерами зерен карбидной фазы 10-12 мкм с пористостью 3% и из карбида титана с составом TiC_0,76 с размерами зерен 6-7 мкм, с пористостью 8% и с однофазной структурой, т.е. первый материал представляет собой твердый сплав, а второй - тугоплавкое соединение.

Размеры исходных заготовок составляли 25х25х40 мм. Заготовки получали методом СВС-компактирования, включающем приготовление исходной шихты, инициирование в ней реакции горения и компактирования до малопористого состояния.

Заготовки нагревали и деформировали в вышеуказанном температурно-скоростном интервале с различными степенями деформации. Изделия разрезали, готовили из них металлографические шлифы и изучали их после травления в растровом электронном и оптическом микроскопах. Полученные результаты приведены в таблице.

Таким образом, при реализации существенных признаков способа в заготовках из тугоплавких соединений и твердых сплавов формируется значительная металлографическая текстура, т.е. достигается поставленная цель. Кроме того, после деформации пористость в заготовках практически отсутствует (0,2-0,3%).

Формула изобретения

СПОСОБ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК ИЗ ТУГОПЛАВКИХ СОЕДИНЕНИЙ И ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ КАРБИДОВ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ, включающий деформацию заготовки, отличающийся тем, что, с целью получения в обрабатываемых заготовках анизотропной структуры, деформирование заготовки производят в интервале температур 1,08 - 1,18 температуры хрупковязкого перехода карбидной фазы в материале со степенью дефомрации более 20% и со скоростью деформирования в 0,1 - 20,0 мм/мин.

РИСУНКИ

Рисунок 1