Способ получения спеченного твердого сплава на основе карбида вольфрама

 

Сущность: в исходный порошок триоксида вольфрама добавляют порошок карбида вольфрама со средним размером зерна не более 1,5 мкм в количестве 3 - 10 мас.% по отношению к карбиду вольфрама в сплаве, смешивают и восстанавливают до вольфрама, а затем проводят карбидизацию. Готовят шихту совместным мокрым размолом карбида вольфрама и металлической связки. В шихту перед смешиванием и размолом могут быть добавлены карбид тантала и/или карбид ванадия. В шихту перед смешиванием и размолом карбида вольфрама с металлической связкой может быть добавлен карбид вольфрама с размером зерна не менее 10 мкм. Из шихты прессуют заготовки неоходимых форморазмеров и спекают при соответствующих температурах. Осуществление способа обеспечивает получение твердого сплава с высокой эксплуатационной стойкостью при ударных и знакопеременных нагрузках при снижении трудоемкости операции размола смесей. 3 з. п. ф-лы.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способу изготовления твердых сплавов на основе карбида вольфрама, предназначенных для оснащения штампов, режущего и бурового инструмента.

Известен способ получения твердого сплава на основе высокотемпературного карбида вольфрама, включающий восстановление триоксида вольфрама в токе водорода предварительно при 900-1300^оС до двуокиси вольфрама, а затем при 1200-1600^оС до металлического вольфрама, карбидизацию вольфрама при 2000-2500^оС, размол карбида и смешивание с металлической связкой, прессование и спекание.

При изготовлении известным способом сплавов с размером зерна менее 3 мкм осуществляют интенсивный мокрый размол в течение 72 ч и более при соотношении веса шаров к весу смеси не менее (3-6):1. Это приводит к сильному наклепу зерен WC и заметному искажению их кристаллической решетки. В процессе спекания сплавов, изготовленных из таких смесей, наблюдается интенсивная перекристаллизация WС через жидкую фазу, приводящая к нежелательному росту зерна и увеличению контактной поверхности WC-WC. Последнее приводит к снижению величины пластической деформации сплава (с данным размером зерна), т. е. к падению его эксплуатационной стойкости.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ, согласно которому в триоксид вольфрама вводят мелкозернистый вольфрам, затем осуществляют его восстановление в токе водорода. Полученный вольфрам подвергают карбидизации, после чего готовят смесь карбида вольфрама с металлической связкой, прессуют заготовки и спекают.

Мелкозернистый порошок вольфрама вводят в триоксид вольфрама для предотвращения роста зерна. Однако в известном способе эффект торможения роста зерен уже на стадии восстановления диоксида вольфрама до вольфрама резко уменьшается вследствие близких свойств и кристаллической структуры зерен вводимого вольфрама и получаемого в результате восстановления. На стадии же получения карбида вольфрама эффект торможения роста зерна уже не наблюдается. Средний размер зерна карбида вольфрама, полученного известным способом составляет 8-10 мкм. При изготовлении шихты для сплава с размером зерна менее 3 мкм также требуется длительный размол, который приводит к наклепу зерен WC и их усиленному росту в процессе спекания сплавов, увеличению контактной поверхности, а следовательно снижению величины пластической деформации.

Сплавы, полученные известным способом, не обладают необходимой стойкостью при ударных и знакопеременных нагрузках.

Цель изобретения разработка способа, обеспечивающего получение твердого сплава с высокой эксплуатационной стойкостью при ударных и знакопеременных нагрузках при снижении трудоемкости операции размола смесей.

Для достижения поставленной цели в способе получения спеченного твердого сплава на основе карбида вольфрама, включающем смешивание триоксида вольфрама с вольфрамсодержащим веществом, восстановление в токе водорода, карбидизацию вольфрама, смешивание и размол карбида вольфрама с металлической связкой, прессование и спекание, предлагается в качестве вольфрамсодержащего вещества использовать порошок карбида вольфрама с размером зерна не более 1,5 мкм в количестве 3-10 мас. по отношению к карбиду вольфрама в сплаве. Перед смешиванием и размолом карбида вольфрама с металлической связкой в шихту (смесь) могут быть добавлены порошки карбида тантала и/или карбида ванадия. Перед смешиванием и размолом карбида вольфрама с металлической связкой в шихту (смесь) может быть добавлен порошок высокотемпературного карбида вольфрама с размером зерна не менее 10 мкм.

В предлагаемом способе введение добавки мелкозернистого (не более 1,5 мкм) порошка карбида вольфрама позволяет получить значительно больший эффект по предотвращению роста зерна при восстановлении и карбидизации. Это объясняется тем, что карбид вольфрама, вводимый в триоксид вольфрама, и образующиеся в процессе восстановления диоксид вольфрама и вольфрам являются фазами с существенно различными кристаллическими решетками, а, следовательно, с различными свойствами.

Введение порошка карбида вольфрама с размером зерна более 1,5 микрон или в количестве менее 3 мас. по отношению к карбиду вольфрама в сплаве не обеспечивает необходимого эффекта разделения частиц исходного триоксида вольфрама (из-за повышенного размера частиц или их малого количества) и не приводит к заметному торможению роста зерна на стадиях получения порошков диоксида вольфрама, вольфрама и карбида вольфрама. Последнее не позволяет заметно снизить интенсивность мокрого размола смесей, что не приводит к уменьшению роста зерна при спекании, к уменьшению доли контактной поверхности зерен WC-WC и повышению величины пластической деформации сплава. В результате эксплуатационная стойкость сплава не повышается.

Введение порошка карбида вольфрама с зерном не более 1,5 мкм в количестве более 10 мас. нецелесообразно, т.к. не приводит к заметному уменьшению размера зерна получаемого карбида вольфрама и соответственно не обеспечивает дальнейшего повышения эксплуатационной стойкости сплава при ударных и знакопеременых нагрузках.

Поскольку средний размер зерна карбида вольфрама, получаемого из триоксида вольфрама с добавкой карбида вольфрама, значительно меньше (5-7 мкм), то для получения сплавов WC+Co с определенным размером зерна может быть значительно сокращена интенсивность мокрого размола за счет уменьшения длительности размола или уменьшения соотношения веса шаров к весу смеси.

Уменьшение интенсивности мокрого размола смеси приводит к заметному снижению скорости перекристаллизации в процессе спекания сплава, что резко замедляет рост контактной поверхности WC-WC. Последнее приводит к заметному повышению величины пластической деформации сплава за счет облегчения скольжения по границам зерен WC-WC. Это обеспечивает повышение эксплуатационной стойкости сплава.

Способ осуществляют следующим образом.

В исходный порошок триоксида вольфрама добавляют порошок карбида вольфрама со средним размером зерна не более 1,5 мкм в количестве 3-10 мас. по отношению к карбиду вольфрама в сплаве, смешивают и восстанавливают до вольфрама, а затем проводят карбидизацию. Готовят шихту (смесь) совместным мокрым размолом карбида вольфрама и металлической связки. В шихту перед смешиванием и размолом могут быть добавлены карбид тантала и/или карбид ванадия. В шихту (смесь) перед смешиванием и размолом карбида вольфрама с металлической связкой может быть добавлен высокотемпературный карбид вольфрама с размером зерна не менее 10 мкм. Из шихты прессуют заготовки необходимых форморазмеров и спекают при соответствующих температурах.

П р и м е р 1. Для получения сплава с содержанием кобальта 6 мас. в исходный порошок триоксида вольфрама вводили добавку порошка карбида вольфрама с размером зерна 0,2-0,8 мкм в количестве 44,3 на 1000 г триоксида вольфрама, что составляет 5 мас. по отношению к карбиду вольфрама в сплаве. Порошок вольфрама получали восстановлением в водороде в две стадии: при 900^оС до диоксида вольфрама и при 1200^оС до вольфрама. Карбидизацию вольфрама проводили при 2200^оС. Длительность мокрого размола карбида вольфрама с металлической связкой составляла 48 ч при соотношении веса шаров к весу смеси 3:1. Сушку смеси проводили при 70-90^оС, высушенную смесь замешивали на 4,5 мас. в растворе каучука в бензине и сушили при 70-90^оС. Из смеси прессовали заготовки и проводили спекание в печи с водородной атмосферой при температуре 1400^оС при продвижке лодочек 8 мм/мин.

Эксплуатационную стойкость сплава определяли при продольном точении по серому чугуну марки 30. Режим резания: скорость резания 130 м/мин, глубина резания 1,0 мм, подача 0,2 мм/об, критерий затупления износ по задней поверхности 0,8 мм. Коэффициент стойкости рассчитывали как отношение стойкости испытываемого варианта сплава к стойкости сплава прототипа. К_ст составил 1,5.

П р и м е р ы 2-6. Режимы изготовления сплавов те же, что и в примере 1, но в исходный триоксид вольфрама вводили добавку порошка высокотемпературного карбида вольфрама с разным размером зерна и в разных количествах.

П р и м е р 7. Режимы изготовления сплава те же, что и в примере 1, но при смешивании шихты карбида вольфрама с 6 мас. кобальта в нее вводили добавку карбида тантала в количестве 2 мас. по отношению к карбиду вольфрама сплава. К_ст данного варианта сплава равен 1,6.

П р и м е р 8. Режимы изготовления сплава те же, что и в примере 1, но при смешивании шихты карбиды вольфрама с 6 мас. кобальта в нее вводили добавки карбида тантала в количестве 2 мас. и карбида ванадия в количестве 0,1 мас. по отношению к карбиду вольфрама сплава. К_ст=1,6.

П р и м е р 9. Режимы изготовления сплава те же, что и в примере 1, но при смешивании шихты карбида вольфрама с 6 мас. кобальта в нее вводили высокотемпературный карбид вольфрама с размером зерна 10-12 мкм в количестве 60 мас. (по отношению к карбидной фазе сплава). К_ст=1,6.

П р и м е р 10. Режимы изготовления сплава те же, что и в примере 1, но в исходный порошок триоксида вольфрама вводили добавку низкотемпературного карбида вольфрама с размером зерна 0,2-0,8 мкм в количестве 5 мас. от содержания по отношению к карбиду вольфрама в сплаве. К_ст сплава равен 1,5.

П р и м е р 11 (прототип). Для получения сплава с содержанием кобальта 6 мас. в исходный порошок триоксида вольфрама вводили добавку порошка вольфрама с размером зерна 0,2-0,8 мкм в количестве 5 мас. по отношению к получаемому вольфраму.

Порошок триоксида вольфрама с добавкой вольфрама подвергали восстановлению в две стадии и карбидизации по режимам примера 1. Полученный карбид вольфрама смешивали с металлической связкой и подвергали мокрому размолу в течение 72 ч при соотношении веса шаров к весу смеси 3,5:1. К_ст=1,0.

Все варианты сплавов, полученные предлагаемым способом обладают более высокими коэффициентами стойкости по сравнению со сплавом-прототипом. Предлагаемый способ позволяет сократить интенсивность мокрого размола.

Формула изобретения

1. Способ получения спеченного твердого сплава на основе карбида вольфрама, включающий смешивание триоксида вольфрама с вольфрамсодержащим веществом, восстановление в токе водорода, карбидизацию вольфрама, смешивание и размол карбида вольфрама с металлической связкой, прессование и спекание, отличающийся тем, что в качестве вольфрамсодержащего вещества используют порошок карбида вольфрама с размером зерна не более 1,5 мкм в количестве 3 - 10 мас. по отношению к карбиду вольфрама в сплаве.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед смешиванием и размолом карбида вольфрама с металлической связкой добавляют карбид тантала и/или карбид ванадия.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед смешиванием и размолом карбида вольфрама с металлической связкой добавляют карбид вольфрама с размером зерна не менее 10 мкм.

4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что перед смешиванием и размолом карбидов с металлической связкой добавляют карбид вольфрама с размером зерна не менее 10 мкм.