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. При этом шихта содержит мас. порошок продукта восстановления вольфрамового концентрата 20 27; порошок бадделеитового концентрата 3 10; порошок меди остальное. Продукт восстановления вольфрамового концентрата содержит, мас. вольфрам 74 75; железо 6 6,5; оксид кальция 16 17; оксид кремния 2,0 2,5; а бадделеитовый концентрат содержит 98 мас. оксида циркония и остальное элементы, выбранные из группы, содержащей гафний, кремний, марганец, титан и железо. Полученный электрод-инструмент на основе псевдосплава вольфрам-медь с оксидом циркония показал повышение эксплуатационных свойств при обработке твердых сплавов при снижении себестоимости. 1 з. п. ф-лы, 1 табл.

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

Известны способы изготовления изделий из композиционного материала на основе вольфрам-меди. Способы предусматривают использование в качестве исходных соединений шихты предварительно полученные дорогостоящие компоненты, что усложняет технологическую схему и повышает затраты на процесс.

Известен способ получения композиционного материала, содержащего 50 мас. Cu и 50 мас. W, согласно которому порошок вольфрама прессуют и спекают при температуре 1400^оС, затем полученный вольфрамовый каркас пропитывают расплавленной медью.

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 улучшения состояния окружающей среды за счет увеличения степени использования минерального сырья.

Это достигается тем, что в способа получения композиционного материала на основе вольфрам-меди, включающем прессование шихты с последующей термообработкой, согласно изобретению прессованию подвергают шихту, содержащую медь, вольфрам и цирконий, содержащие компоненты, в качестве которых используют продукт восстановления вольфрамового концентрата и бадделеитовый концентрат при следующем соотношении компонентов в шихте, мас. Продукт восстановления вольфрамового концентрата 20-27 Бадделеитовый концентрат 3-10 Медь Остальное При этом в качестве продукта восстановления вольфрамового концентрата используют порошок с содержанием, мас. вольфрам 74-75; оксид кальция 16-17; железо 6-6,5; оксид кремния 2-2,5; цирконийсодержащий компонент бадделеитовый концентрат состава, мас. ZrO₂ 98, Hf, Ti, Si, Ca, Mg, Fe остальное.

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

Использование шихты, в составе которой медь и продукт восстановления вольфрамового концентрата, обеспечило улучшение эксплуатационных свойств электродного материала только при грубом режиме обработки (при частоте обработки 22 кГц), при следующем оптимальном массовом соотношении компонентов, мас. продукт восстановления 25-50; медь 50-75.

Качественный состав шихты (в частности, введение добавок оксида циркония, обладающего более высокими теплоемкостью 56,06 Дж/моль˙ град и энергией диссоциации по сравнению с вольфрамом металлическим) и оптимальное соотношениe компонентов шихты обеспечивают повышение физико-химичеких и эксплуатационных свойств композиционного материалa и электрод-инструмента из него, а именно: уменьшение пористости с 5 до 3% и размеров зерна с 5-10 до 1-5 мкм, увеличение твердости с 120 до 140 НВ и скорости съема металла в 2-2,2 раза при ЭЭO твердых сплавов.

П р и м е р. Для осуществления предлагаемого способа использовали порошки с размером частиц менее 50 мкм: меди, вольфрамового концентрата с содержанием основных компонентов, мас. оксида вольфрама 76-76,5; оксида кальция 13,5-14; оксида железа 7,5-8; оксида кремния 1,5-2; а также бадделеитовый концентрат с содержанием основных компонентов, мас. оксида циркония 98; Hf, Ti, Si, Ca, Mg, Fe остальное.

Вольфрамовый концентрат восстанавливали в среде водорода при температуре 1200^оС в течение 1 ч. В результате получен порошок состава, мас. W 74,8; CaO 16,50; Fe 6,35; SiO₂ 2,15.

Шихту состава, мас. Продукт восстановления вольфрамового концентрата 25 Бадделеитовый концентрат 5 Медь 70 перемешивали в центробежно-планетарной мельнице в течение 6 ч, прессовали на установке горячего прессования при температуре 1200^оС при давлении прессования 30,0 МПа при выдержке нагрузки 30 мин. Получен материал состава, мас. W 19; Cu 70; ZrO₂ 4,9; Si, Ca, Hf, Fe 6,0 с относительной плотностью 97% размером зерна 1-5 мкм, твердостью 130 НВ. Материал испытывали в качестве электрод-инструмента для электроэрозионной размерной обработки твердого сплава ВК-8. Производительность ЭЭО при частоте обработки 44 кГц составила 3,1 мм³/мин.

По аналогии с примером 1 выполнены примеры 2-3 (таблица).

Сравнение показателей полученного материала (примеры 1-3) с прототипом (пример 6) свидетельствует о повышении физико-химических свойств материала и эксплуатационных свойств в качестве электрод-инструмента при ЭЭО твердых сплавов, а также обеспечивает снижение стоимости материала.

Увеличение содержания бадделеитового концентрата более 10% (пример 4) приводит к снижению электропроводности материала, увеличению пористости и соответственно к ухудшению производительности электрод-инструмента (с 3,1 до 2,0 мм³/мин).

Уменьшение содержания бадделеитового концентрата менее 3% (пример 5) приводит к снижению твердости и соответственно к снижению износостойкости и скорости съема материала (с 2,8 до 2,1 мм³/мин).

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, продукт восстановления вольфрамового концентрата и бадделеитовый концентрат, при следующем соотношении компонентов в шихте, мас.

Продукт восстановления вольфрамового концентрата 20 27 Бадделеитовый концентрат 3 10 Медь Остальное 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве продукта восстановления вольфрамового концентрата используют порошок, содержащий, мас.

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

Оксид циркония 98
Элементы, выбранные из группы, содержащей гафний, кремний, марганец, титан и железо Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1