Способ изготовления твердосплавного инструмента

 

Сущность изобретения: предложен способ изготовления твердосплавного инструмента, включающий смешивание карбидов, взрывное прессование и последующую пропитку заготовки сплавом связкой. При этом после взрывного прессования заготовку спекают, пропитку проводят после спекания, а в качестве сплава связки используют кобальт.

Изобретение относится к машиностроительному производству, в частности к изготовлению твердосплавных режущих пластин для резцов, фрез, зенкеров, сверл.

Известен способ изготовления твердосплавного инструмента, включающий смешивание карбидов титана, вольфрама и тантала с кобальтом в качестве связки. Полученную смесь подвергают механическому прессованию при малом давлении, а затем спекают [1] Однако механическое прессование не обеспечивает прочную связь между зернами карбидов. С этой целью в предлагаемом техническом решении применяют прессование ударными волнами, при котором происходит дробление зерен карбидов с образованием между ними связей по развитым контактным и по обнажившимся ювенильным поверхностям, что придает прессовке прочность мостиков связей.

Известен способ получения высокоплотных прессовок [2] в котором также используют прессование ударными волнами. Однако оно сочетается с экзотермическим спеканием, что достигается смешиванием уплотняемых порошков с экзотермическими добавками, например Ti-C, Ti-Al.

Экзотермическая реакция, начавшись на одном краю прессовки, не обеспечивает ее равномерный нагрев, в результате чего появляются участки с неравномерной твердостью и недостаточно прочными мостиками связки. Из-за неравномерной объемной диффузии могут возникнуть микротрещины, ведущие к уменьшению прочности прессовки.

С целью увеличения прочности и режущей способности твердосплавного инструмента в предлагаемом способе после ударного прессования проводят спекание в печи, что обеспечивает равномерный нагрев прессовки и дальнейшее ее упрочнение. Введение жидкого кобальта после спекания обеспечивает высокую твердость и прочность прессовки.

Способ изготовления твердосплавного инструмента включает смешивание карбидных составляющих: карбиды вольфрама, карбиды титана, карбида тантала и т. д. в пропорциях, соответствующих получаемой марке твердого сплава. Так, например, для получения твердого сплава марки Т5К10 смешивают 1 часть (массовая) карбида титана с 17-ю частями (массовыми) карбида вольфрама. Затем тщательно перемешанную смесь засыпают в пресс-форму, форма полости которой соответствует форме пластины, и подвергают прессованию ударными волнами на электрогидравлической установке. Энергия, развиваемая в результате прессования, достигает 20-60 кДж.

После прессования прессовку извлекают из пресс-формы и помещают в электровакуумную печь для спекания при температуре, равной 0,8 от самой низкой температуры плавления карбидной составляющей. Спекание проводится в течение 1-3 ч. После остывания печи и извлечения твердосплавных заготовок последние помещаются в термостойкие ванны (тигли, поддоны и т.д.), на них накладываются кобальтовые пластины из расчета пропорций, соответствующих изготавливаемой марке твердого сплава. Например, для получения пластины марки Т5К10 на одну массовую часть карбида титана, входящего в состав заготовки, необходимо брать две массовые части кобальта. Заготовки и кобальт вновь помещают в электровакуумную печь, нагревают содержимое до температуры плавления кобальта (1494^оС), выдерживают при этой температуре в течение одного часа, затем нагрев печи выключается, печь и содержимое остывает и готовый инструмент извлекается из печи.

П р и м е р. Брали порошок карбида вольфрама (79 мас.), смешивали с порошком карбида титана (15 мас.), прессовали ударной волной на электрогидравлической установке типа "Удар" и спекали в электровакуумной печи при температуре 1600^оС в течение 2 ч. Затем пропитывали жидким кобальтом при температуре 1500^оС в течение 3 ч. Полученная пластина имела предельнодопускаемое напряжение на изгиб 1600 МПа, на сжатие 5200 МПа, твердость HRA 95 единиц.

Пластина, полученная предлагаемым способом, использовалась при токарной обработке сталей 40Х, 4Х5МФС, 3Х3М3Ф, 12Х18Н10Т. Обработка стали 12Х18Н10Т проводилась при следующих режимах: скорость резания 52 м/мин, подача 0,15 мм/об, глубина резания 1,0 мм. После 20 мин обработки износ при вершине резца с пластиной, изготовленной по предлагаемому способу, составлял 0,15 мм, в то время как сплав Т15К6 с покрытием из нитрида титана имел величину износа 0,2 мм.

При токарной обработке стали 40Х были использованы следующие режимы резания: скорость резания 130 м/мин; подача 0,2 мм/об, глубина резания 1,0 мм. При этом износ при вершине резца с твердосплавной пластиной, изготовленной по предлагаемому способу, по истечении 20 мин обработки составлял 0,085 мм, в то время как резец с пластиной Т15К6 с покрытием из нитрида титана (при обработке той же стали на тех же режимах резания) имел износ при вершине 0,13 мм.

Токарная обработка стали 4Х5МФС проводилась при следующих режимах резания: скорость резания 130 м/мин, подача 0,5 мм/об, глубина резания 1,5 мм. После обработки в течение 20 мин износ при вершине резца составил: для пластины по предлагаемому способу изготовления 0,20 мм, для пластины Т15К6 с покрытием из нитрида титана 0,24 мм.

Токарная обработка стали 333М3Ф проводилась при следующих режимах резания: скорость резания 105 м/мин, подача 0,4 мм/об, глубина резания 3 мм. Обработка велась в течение 20 мин. После этого определяли износ при вершине резца. Износ твердосплавной пластины, изготовленной по предлагаемому способу, составил 0,52 мм, в то время как износ пластины Т15К6 с покрытием из нитрида титана составил 0,65 мм. При этом в последнем случае наблюдались частные сколы режущих пластин.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТВЕРДОСПЛАВНОГО ИНСТРУМЕНТА, включающий смешивание карбидов, взрывное прессование и последующую пропитку заготовки сплавом-связкой, отличающийся тем, что после взрывного прессования заготовку спекают, пропитку проводят после спекания, а в качестве сплава-связки используют кобальт.