Способ получения композиционного материала на основе псевдосплава вольфрам-медь

 

Использование: изготовление электрод-инструментов для электроэрозионной обработки. Сущность изобретения. Предложен способ получения композиционного материала на основе псевдосплава вольфрам - медь, включающий прессование шихты и ее термообработку. Шихта содержит порошок меди и порошок вольфрамсодержащего компонента, включающего продукты восстановления и углетермического синтеза вольфрамового концентрата при следующем соотношении компонентов, мас. продукт восстановления вольфрамового концентрата 10 25; продукт углетермического синтеза вольфрамового концентрата 10 25; порошок меди остальное. Полученный из предложенного материала электрод-инструмент на основе псевдосплава вольфрама и меди упрочнен карбидом вольфрама, обеспечивает улучшение эксплуатационных свойств при снижении себестоимости. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности касается изготовления электродов для электроэрозионной обработки.

Известны способы изготовления изделий из композиционного материала на основе вольфрам-медь. Способы предусматривают использование в качестве исходных соединений шихты предварительно полученных дорогостоящих компонентов, что усложняет технологическую схему и повышает затраты на процесс.

Известен способ получения композиционного материала, содержащего, мас. 50 Cu и 50 W, согласно которому каркас вольфрама подвергают пропитке медью при 1400^оС.

Основными недостатками известного способа являются: необходимость предварительного получения исходных дорогостоящих компонентов по усложненной технологической схеме; повышенные энергозатраты на процесс за счет высокой температуры 1400^оС для спекания вольфрамового каркаса и дополнительных энергозатрат при расплавлении меди для пропитки каркаса.

Задача изобретения осуществить такой способ получения материала, который обеспечивал бы улучшение его эксплуатационных характеристик, снижение затрат на процесс, в том числе и за счет использования в качестве компонента шихты вольфрамсодержащего минерального сырья (концентратов) без его предварительной гидрометаллургической переработки, а также улучшение состояния окружающей среды за счет увеличения степени использования минерального сырья.

Это достигается тем, что в способе получения композиционного материала на основе вольфрам-меди, включающем прессование шихты с последующей термообработкой, согласно изобретению прессованию подвергают шихту, содержащую медь и вольфрамсодержащий компонент, в качестве которого используют продукты восстановления и углетермического синтеза вольфрамового концентрата при следующем соотношении компонентов в шихте, мас. Продукт восстанов- ления вольфрамового концентрата 10-25 Продукт углетерми- ческого синтеза вольф- рамового концентрата 10-25 Медь Остальное.

При этом в качестве продукта восстановления вольфрамового концентрата используют порошок с содержанием, мас. вольфрама 74-75; оксид кальция 16-17; железо 6-6,5; оксид кремния 2-2,5, а в качестве продукта углетермического синтеза используют порошок с содержанием, мас. карбид вольфрама 86-86,5; карбид кальция 7-8; карбид железа 3-4; карбид кремния 1-1,5.

Преимущество предлагаемого способа заключается в том, что использование в шихте продуктов непосредственного восстановления и карбидизации вольфрамового концентрата, без его предварительной гидрометаллургической переработки снижает в 2-3 раза стоимость полученного материала по сравнению с материалом прототипа, упрощает общую технологическую схему получения вольфрамсодержащих компонентов композиционного материала, исключает дополнительного введения добавок, например кальция, так как они уже содержатся в продуктах восстановления и карбидизации вольфрамового концентрата, а также улучшает состояние окружающей среды за счет исключения образования сливных вод после гидрометаллургического передела вольфрамового концентрата.

Качественный состав шихты и оптимальное соотношение компонентов обеспечивает повышение физико-химических и эксплуатационных свойств композиционного материала и электрод-инструмента из него, а именно уменьшение пористости с 5 до 2% и размеров зерна с 5-10 до 1-5 мкм, увеличение твердости с 120 до 140НВ, эрозионной стойкости электрод-инструмента с 33 до 30% (относит. линейный износ) и скорости съема металла в 2 раза.

П р и м е р. Для осуществления предлагаемого способа использовали порошки с размером частиц менее 50 мкм меди и вольфрамового концентрата с содержанием основных компонентов, мас. оксид вольфрама 76-76,5; оксид кальция 13,5-14; оксид железа 7,5-8; оксид кремния 1,5-2.

Часть концентрата восстанавливали в среде водорода при температуре 1200^оС в течение 1,0 ч, а другую часть карбидизировали в вакууме при 1300-1350^оС в течение 1,0-1,5 ч в присутствии углерода марки ПМ-100.

В первом случае получен порошок состава, мас. W 74,80; CaO 16,50; Fe 6,35; SiO₂ 2,15, во втором случае порошок состава, мас. WC 86,2; CaC₂ 7,7; SiC 1,5; карбид Fe 3,75.

Шихту состава, мас. продукт восстановления вольфрамового концентрата 15, продукт углетермического синтеза вольфрамового концентрата 15, медь 70, перемешивали в центробежно-планетарной мельнице в течение 5-6 ч, прессовали на установке горячего прессования при 1020^оС при давлении прессования 30,0 МПа при выдержке нагрузки 10 мин. Полученный материал имел состав: W 11,0; WC 13,0; Cu 70,0; SiC 0,21; SiO₂ 0,30; CaO 2,2; Fe 1,3; CaC₂ 2,0 с относительной плотностью 97,9% (пористость 2%), размером зерна 1-5 мкм, размером пор 1-4 мкм, твердостью 130 НВ.

Материал испытывали в качестве электрод-инструмента для электроэрозионной размерной обработки (ЭЭО) твердого сплава ВК-8. Относительный линейный износ электрода при ЭЭО составил 30% производительность 2,8 мм³/мин.

По аналогии с примером 1 выполнены примеры 2-5 (таблица).

Сравнение показателей полученного материала (примеры 1-3) с прототипом (пример 6) свидетельствуют о повышении физико-химических свойств материала и эксплуатационных свойств в качестве электрод-инструмента при ЭЭО твердых сплавов. Уменьшение содержания меди менее 50% (а соответственно увеличение W и WC более 50% ) (пример 4) не обеспечивает получения материала с высшей плотностью (пористость 7% ) и величина зерна возрастает (1-10 мкм), что приводит к снижению эрозионной износостойкости материала.

Увеличение содержания меди до 90% и соответственно снижения W и WC до 9% также приводит к снижению эрозионной износостойкости и твердости материала.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ ПСЕВДОСПЛАВА ВОЛЬФРАМ-МЕДЬ, включающий прессование шихты с последующей термообработкой, отличающийся тем, что прессованию подвергают шихту, содержащую медь и вольфрамсодержащий компонент, включающий продукты восстановления и углетермического синтеза вольфрамового концентрата, при следующем соотношении компонентов, мас.

Продукт восстановления вольфрамового концентрата 10 25 Продукт углетермического синтеза вольфрамового концентрата 10 25 Медь Остальное 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве продукта восстановления вольфрамового концентрата используют порошок, содержащий, мас.

Вольфрам 74,0 75,0 Оксид кальция 16,0 17,0 Железо 6,0 6,5 Оксид кремния 2,0 2,5
а в качестве продукта углетермического синтеза вольфрамового концентрата используют порошок, содержащий, мас.

Карбид вольфрама 86,0 86,5
Карбид кальция 7,0 8,0
Карбид железа 3,5 4,0
Карбид кремния 1,0 1,5

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3