Спеченный твердый сплав на основе карбонитрида тугоплавкого металла

 

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к спеченным твердым сплавам для изготовления металлорежущего инструмента и износостойких деталей. Цель: повышение эксплуатационной стойкости режущего инструмента, изготовленного из твердого сплава, при черновом точении. Сплав содержит, мас. 1,2 13,6 Ni; 4,5 24,8 Co; 0,005 3,2 Mo; 0,01 14,7 W; 2,3 30,8 сложного карбонитрида WxMoyTizTakCN и карбонитрид титана остальное, при x 0,28 0,91; y 0,005 0,46; z 0,005 0,077; k 0,008 0,255; d = 0,34-0,995 0,34 0,995; = 0,005-0,66 0,005 0,66; x+y+z 1,0. Сплав имеет следующие механические свойства: изг 1600 2320 МПа, твердость 89,0 92,8 HRA, ak= 0,25-0,78 кг/см2 Износостойкость Kст повышается в 1,3 6,8 раз. 1 табл.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к спеченным твердым сплавам, используемым для изготовления металлорежущего инструмента и износостойких деталей.

Известен спеченный твердый сплав на основе карбонитридов тугоплавких металлов, содержащий никель, кобальт, молибден, твердый раствор карбонитридов вольфрама, молибдена и титана состава WxMoyTizCjN и твердый раствор карбонитридов титана и молибдена состава TinMolCmNn, где х=0,5-0,99; y=0,005-0,45; z= 0,005-0,05; j= 0,9-0,99; 0,01-0,1; k=0,85-0,99; l=0,01-0,15; m= 0,5-0,9; n= 0,1-0,5; x+y+z=1,0; j+ 1,0; k+l=1,0; m+n=1,0 при следующем соотношении компонентов, мас. Никель 12,4-22,5 Кобальт 6,5-10,3 Молибден 6,3-10,8 Твердый раствор карбонитридов 2,8-16,6 WxMoyTizCjN Твердый раствор карбонитридов TikMolCmNn остальное (авт. св. СССР N 904338, кл. С 22 С 29/00, 1980).

Известный сплав имеет следующие механические свойства n=134-178 кг/мм2, твердость 88,0-91,5 HRA.

Недостатком известного сплава является его низкие жаропрочность и ударная вязкость, что обусловливает низкую эксплуатационную стойкость режущего инструмента из этого сплава при черновом течении.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является спеченный твердый сплав, содержащий никель, кобальт, молибден, вольфрам и 60-99 мас. сложного карбонитрида (TixMoy) (CuNv)z, где М молибден и вольфрам, х= 0,4-0,95; y= 0,05-0,60, u= 0,2-0,95, v=0,05-0,80; z=0,8-1,02, причем титан может быть частично замещен цирконием, гафнием, ванадием, танталом или хромом при атомной доле 0,01-0,60.

Известный сплав имеет следующий состав, мас. 4Co, 8Ni, 2Mo, (Ti0,88Ta0,05Mo0,02W0,05)(C0,55N0,55)0,92 остальное. Известный сплав имеет следующие механические свойства: n=160-180 кг/мм2, твердость HV 1540-1610 кг/мм2.

Недостатком данного сплава является недостаточная износостойкость и ударная вязкость, что обуславливает недостаточную эксплуатационную стойкость изготовленного из него режущего инструмента.

Цель изобретения повышение эксплуатационной стойкости режущего инструмента, изготовленного из твердого сплава.

Цель достигается тем, что спеченный твердый сплав на основе карбонитридов тугоплавких металлов, содержащий никель, кобальт, молибден, вольфрам и сложный карбонитрид вольфрама, молибдена, титана и тантала, дополнительно содержит карбонитрид титана, а состав сложного карбонитрида вольфрама, молибдена, титана и тантала описывается общей формулой WxMoyTizTanCN, где х= 0,25-0,91; y= 0,0005-0,46; z= 0,005-0,077; k=0,008-0,255, 0,34-0,995; 0,005-0,66, при следующем соотношении компонентов в сплаве, мас. Никель 1,2-13,6 Кобальт 4,5-24,8 Молибден 0,005-3,2 Вольфрам 0,01-14,7 Сложный карбонитрид WxMoyTizTan CN 2,3-30,8 Карбонитрид титана остальное Введение карбонитрида титана, обладающего большей твердостью, чем сложный карбонитрид, обеспечивает повышение твердости, а следовательно, и повышение износостойкости режущего инструмента.

Сложный карбонитрид WxMoyTizTan CNпредотвращает рост зерна карбонитрида титана при спекании, что обеспечивает получение особомелкозернистой структуры, придающей сплаву высокие износостойкость, прочность и ударную вязкость. При этом сложный карбонитрид должен быть на основе вольфрама и молибдена. Этот карбонитрид обеспечивает высокую пластичность твердой составляющей и снижает краевой угол смачивание твердой составляющей сплавом-связкой, что повышает прочность сплава и его ударную вязкость.

Предлагаемый сплав получают следующим образом.

Из шихты, состоящей из диоксида титана и сажи в заданных соотношениях, термообработкой при 1800-1850оС в среде спектральночистого азота в течение 3,0-3,5 ч получают карбонитрид титана. Состав карбонитрида титана описывается формулой TiCmNn, где m=0,4-0,9; n=0,1-0,6; m+n=1 (предпочтительно m=n= 0,5).

В случае, если m>0,9 (n<0,1), повышается хрупкость карбонитрида, наблюдается интенсивный рост зерна при спекании, что снижает прочность, ударную вязкость и износостойкость сплава.

Если m<0,4 (n>0,6), значительно снижается твердость карбонитра и сплава в целом, а, следовательно, и его износостойкость. Сложный карбонитрид вольфрама, молибдена, титана и тантала получают термообработкой смеси порошков металлов или их оксидов с сажей в атмосфере спектрального азота при 1600-1650оС в течение 2,0-2,5 ч.

Состав сложного карбонитрида отражается общей формулой WxMoyTizTanCN, где х=0,28-0,91; y=0,005-0,46; z=0,005-0,077; k=0,008-0,255; 0,34-0,995; = 0,005-0,66.

При х>0,91 снижается микротвердость сложного карбонитрида и износостойкость твердого сплава. Если х<0,28, уменьшается пластичность карбонитрида, что снижает прочность и ударную вязкость твердого сплава.

При y<0,005 повышается краевой угол смачивания карбонитрида связкой (до 4-6о), что уменьшает плотность сплава, его прочность.

Если y>0,46, что понижается пластичность сложного карбонитрида, а также прочность и ударная вязкость твердого сплава.

При мольной доле титана z<0,005 при спекании происходит разложение сложного карбонитрида с потерей азота. В результате снижается прочность и ударная вязкость сплава.

Если z>0,077, то повышается хрупкость сложного карбонитрида, уменьшается прочность и ударная вязкость твердого сплава.

Если мольная доля тантала k<0,008, то снижается пластичность сложного карбонитрида, уменьшается прочность и ударная вязкость сплава.

При k>0,255 не происходит дальнейшего роста ударной вязкости сплава, но возрастает расход дефицитного тантала.

Если <0,34 ( >0,66), то карбонитрид теряет стабильность при спекании происходит его деазотирование. В результате снижается прочность и ударная вязкость твердого сплава.

При >0,995 появляется свободный углерод, в результате чего при спекании происходит образование 1 фазы (двойные карбиды кобальта и вольфрама, никеля и вольфрама). В результате уменьшается прочность и ударная вязкость сплава.

После размола и просева карбонитридов их смешивают при размоле с порошками кобальта, никеля, вольфрама и молибдена в барабанной мельнице с размольными телами в среде спирта до обеспечения удельной поверхности смеси 4-6 м2/г.

В смесь вводят пластификатор и формуют заготовки изделий, например, режущих пластин.

Спекание заготовок ведут в вакууме 10-1 10-2 мм рт.ст. при 1400-1450оС.

Содержание никеля в описанном сплаве должно составлять 1,2-13,6 мас. При содержании никеля менее 1,2 мас. уменьшается прочность сплава из-за увеличения угла смачивания карбонитрида титана сплавом-связкой. Если содержание никеля более 13,6 мас. то уменьшается твердость сплава, т.е. его износостойкость.

Содержание кобальта в сплаве составляет 4,5-24,8 мас. Если его содержание меньше 4,5 мас. снижается прочность сплава, а если больше 24,8 мас. то уменьшается твердость (из-за слишком большого содержания сплава-связки).

Вольфрам повышает жаропрочность связки. При содержании вольфрама менее 0,01 мас. этот эффект отсутствует, а при содержании свыше 14,7 мас. ухудшается спекаемость, обуславливает повышение пористости сплава, и соответственно снижение его прочности и ударной вязкости.

Молибден в составе связки повышает прочность сплава из-за улучшения смачиваемости карбонитридов связкой. При содержании молибдена менее 0,005 мас. этот эффект отсутствует, а содержание выше 3,2 мас. нецелесообразно, так как при этом улучшаются свойства готового сплава.

Содержание сложного карбонитрида WxMoyTizTakCN составляет 2,3-30,8 мас. При содержании этого карбонитрида менее 2,3 мас. увеличивается средний размер зерна твердой составляющей в сплаве, т.е. уменьшаются износостойкость, прочность и ударная вязкость. Если содержание сложного карбонитрида выше 30,8 мас. то снижается твердость сплава, т.е. его износостойкость.

П р и м е р. По вышеописанной технологии были изготовлены режущие пластины формы 03114-150412 и штабики с размерами 5х5х35 мм из сплавов различных составов. На штабиках были определены механические свойства сплавов, а режущие пластины были испытаны при течении стали 50 при скорости резания V=130 м/мин и сечении среза sxt=0,5х3 мм2/об. Кроме того, были проведены испытания при фрезеровании стали 50 однозубой фрезой с увеличивающейся подачей.

Кст определяли как отношение времени резания исследуемой пластиной до износа по задней грани 0,5 мм к времени резания эталонной пластиной (протипа) до такого же износа.

Кпр определяли как отношение "ломающей" подачи при фрезеровании однозубой фрезой и исследуемой пластиной к "ломающей" подаче для прототипа.

Составы сплавов и результаты проведенных испытаний приведены в таблице.

Из данных таблицы следует, что предлагаемый твердый сплав 1-11 обладает более высокой износостойкостью и эксплуатационной прочностью, чем известный 22, т.е. обладает большей эксплуатационной стойкостью.

Выход за пределы соотношения компонентов и состава карбонитридов ухудшает свойства сплава.

Формула изобретения

СПЕЧЕННЫЙ ТВЕРДЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ КАРБОНИТРИДА ТУГОПЛАВКОГО МЕТАЛЛА, содержащий никель, кобальт, молибден, вольфрам и сложный карбонитрид вольфрама, молибдена, титана и тантала, отличающийся тем, что он дополнительно содержит карбонитрид титана, а в качестве сложного карбонитрида карбонитрид вольфрама, молибдена, титана, тантала, состава WxMoyTizTakCN, где x 0,28 0,91;
y 0,005 0,46;
z 0,005 0,077;
k 0,008 0,255;
d = 0,34-0,995;
= 0,005-0,66;
x + y + z 1,0,
при следующем соотношении компонентов, мас.

Никель 1,2 13,6
Кобальт 4,5 24,8
Молибден 0,01 14,7
Вольфрам 0,01 14,7
Сложный карбонитрид состава WxMoyTizTakCN 2,3 30,8
Карбонитрид титана Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности может применяться для изготовления износостойких, коррозионно-стойких и жаростойких узлов механизмов, а также изделий, работающих в условиях сухого трения
Изобретение относится к спеченным твердым сплавам и может быть использовано для изготовления универсального режущего инструмента, абразивных шлифпорошков, мерительного инструмента в т.п

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к спеченным твердым безвольфрамовым сплавам
Изобретение относится к области порошковой металлургии и предназначено для производства износостойких сплавов на основе карбонитридов титана, работающих в сложных условиях динамического нагружения, высоких контактных давлений и скоростей. Износостойкий сплав для высоконагруженных узлов трения имеет матрицу эвтектического состава и содержит, вес.%: никель 4,0-5,5, вольфрам 47,0-49,5, молибден 3,0-4,0, хром 8,5-9,0, железо 8,0-10,0, углерод 2,3-2,4, сера 0,4-0,5, карбонитрид титана (TiC0,55N0,5) - остальное. Соотношение молибдена к сере (Mo/S) не превышает 10. Сплав имеет высокую износостойкость, что обеспечивает эксплуатационной надежности высоконагруженных узлов трения. 2 табл.

Изобретение относится к получению наноструктурированного конгломерированного порошкового материала для нанесения износо-коррозионностойких покрытий гизодинамическим и газотермическим напылением. Проводят диспергирование наноструктурного материала в жидкую среду посредством ультразвука и сушку раствора с получением агломерированных наноструктурных частиц. В качестве жидкой среды используют спиртовой раствор, а в качестве наноструктурного материала используют материал, состоящий из 20-80 об.% порошка карбонитрида титана с размером 40-60 нм и остальное - непокрытый алюминиевый порошок с размером частиц 90-100 нм. Полученные агломерированные наноструктурные частицы подвергают аттриторной обработке в течение 30 минут при скоростях вращения 1400-2000 об/мин. Обеспечивается снижение пористости покрытий при использовании полученного порошкового материала. 3 ил., 1 табл., 2 пр.

Изобретение относится к износостойким сплавам для высоконагруженных узлов трения. Сплав включает связующую матрицу эвтектического состава в количестве от 24,8 до 26,8 мас.% от массы сплава и карбонитрид титана TiC0,5N0,5. Матрица эвтектического состава состоит из никеля, вольфрама, молибдена, хрома, железа, углерода, серы и диборида титана. Обеспечивается повышение износостойкости, эксплуатационной надежности и ресурса высоконагруженных подшипниковых конструкций и узлов пограничного и сухого трения в изделиях корабельной, транспортной, энергетической и космической техники. 2 табл.
Группа изобретений относится к металлокерамическому режущему инструменту. Инструмент содержит не менее 75 об.% и не более 95 об.% твердой фазы и не менее 5 об.% и не более 25 об.% связующей фазы. Твердая фаза состоит из первой твердой фазы со структурой ядро-оболочка, состоящей из ядра с фазой сложного карбонитрида (Ti, Nb и Mo) (C, N) и периферийной части с фазой сложного карбонитрида (Ti, Nb, Mo, W, Zr) (C, N) или фазой сложного карбонитрида (Ti, Nb, Mo, W) (C, N), второй твердой фазы со структурой ядро-оболочка, состоящей из ядра и периферийной части с фазой (Ti, Nb, Mo, W, Zr) (C, N) или фазой (Ti, Nb, Mo, W) (C, N), и третьей твердой фазы, состоящей из фазы сложного карбонитрида (Ti, Nb и Mo) (C, N). Связующая фаза состоит из по меньшей мере одного элемента, выбранного из группы, состоящей из Co, Ni и Fe. Обеспечивается высокое сопротивление разрушению и высокое сопротивление выкрашиванию без уменьшения сопротивления износу инструмента. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 12 табл., 2 пр.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к спеченным твердым сплавам для изготовления металлорежущего инструмента и износостойких деталей

Наверх