Твердый сплав (варианты) и способ его получения

 

Изобретение относится к спеченным твердым сплавам и может быть использовано для изготовления универсального режущего инструмента, абразивных шлифпорошков, мерительного инструмента в т.п. Твердый сплав на основе тугоплавкого соединения титана в качестве тугоплавкого соединения титана содержит карбонитрид титана состава TiCxNy, где 0,45 x 0,98, 0,02 y 0,55, при x + y = 1, а в качестве металлической связки содержит никель-молибден при отношении Ni / Mo = 1 / 6 в количестве 9 - 12 об.% от общего. Кроме того, твердый сплав в качестве тугоплавкого соединения титана содержит оксикарбонитрид титана состава TiCxNyOz, где 0,28 x 0,96; 0,03 y 0,63; 0,01 z 0,09 при x + y + z = 1, а в качестве металлической связки он содержит никель-молибден при отношении Ni / Mo = 1 / 6 в количестве 9 - 12 об. % от общего. Твердый сплав в качестве тугоплавкого соединения титана содержит оксикарбонитрид титана состава Ti1-mMemCxNyOz, где Me - Zr, V; 0,1 m 0,3; 0,45 x 0,53; 0,37 y 0,49; 0,06 z 0,1 при x + y + z = 1, а в качестве металлической связки содержит никель-молибден при отношении Ni / Mo = 1 / 6 в количестве 9 - 12 об.% от общего. Порошкообразный карбонитрид или оксикарбонитрид или легированный оксикарбонитрид смешивают с порошками металлического никеля и молибдена. Полученную смесь подвергают размолу до дисперсности 2 - 3 к. Затем смесь брикетируют и спекают, при этом спекание ведут со скоростью нагрева и охлаждения равной 16 - 18 o/мин при давлении (2 - 5) 10-1 мм.рт.ст. Твердый сплав согласно изобретению является универсальным, обладает высоким уровнем физико-механических свойств и повышенной износостойкостью. 4 с.п. ф-лы.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к спеченным твердым сплавам, и может быть использовано в различных областях промышленности, например для изготовления универсального режущего инструмента, абразивных шлифпорошков, мерительного инструмента и т.п.

Известен твердый сплав на основе карбонитрида титана состава TiCxNy, где x=0,45 - 0,55; y=0,41 - 0,55 при x+y = 0,95 - 1,0; содержащий в качестве металлической связки 9,5 - 49,0 вес.% никеля и 2,5 - 20,5 вес.% молибдена (а. с. СССР N 609338, кл. C 22 C 29/00, 1978 г.). Известный сплав обладает удовлетворительными физико-механическими характеристиками: твердость HRA 90 - 92, прочность при изгибе 115 - 156 кг/мм2, но недостаточно высокой износостойкостью. Так, при резании стали ШХ15 величина износа 0,32 - 0,44 мм при скорости резания 250 - 420 м/мин.

Известен твердый сплав на основе тугоплавкого соединения титана состава TiCxNyOz; где x= 0,2 - 0,8; y= 0,2 - 0,8; z=0,01 - 0,4 при x+y+z=1, содержащий в качестве металлической связки 9 - 49 вес.% никеля и 2,5 - 20,5 вес.% молибдена (а.с. СССР N 509086, кл. C 22 C 29/00, 1975 г.).

Известный твердый сплав обладает удовлетворительными физико-механическими характеристиками: твердость 88 - 92 HRA, прочность при изгибе 100 - 150 кг/мм2 и повышенной износостойкостью, в 3 раза выше по сравнению с твердым сплавом на основе карбонитрида титана. Однако этот сплав имеет ограниченную область применения и может быть использован только для чистовой и получистовой обработки черных металлов, сталей и чугунов.

Для изготовления известного сплава исходные порошкообразные компоненты, взятые в необходимом количестве, смешивают с одновременным измельчением до дисперсности 0,5 - 2 к, затем прессуют и спекают в вакууме 10-1 - 10-2 мм рт.ст. при температуре 1400 - 1500oC.

Таким образом, перед авторами стояла задача разобрать универсальный твердый сплав, который сочетал бы в себе как высокий уровень физико-механических свойств, так и повышенную износостойкость и мог бы быть использован для чистовой, получистовой и черновой обработки не только сталей и чугунов, но и цветных металлов (медь, никель), а также дерева и пластмасс.

При этом желательно сокращение расхода дефицитных исходных дорогостоящих материалов.

Поставленная задача решена путем использования твердого сплава на основе тугоплавкого соединения титана, содержащего металлическую связку, которой в качестве тугоплавкого соединения титана содержит карбонитрид титана состава TiCxNy, где 0,45x0,98; 0,02y0,55 при x+y=1, а в качестве металлической связки - никель-молибден при отношении Ni/Mo=1/6 в количестве 9 - 12 об.% от общего.

Также поставленная задача решена путем использования твердого сплава на основе тугоплавкого соединения титана, содержащего металлическую связку, который в качестве тугоплавкого соединения титана содержит оксикарбонитрид титана состава TiCxNyOz, где 0,28x0,96; 0,03y0,63; 0,01z0,09 при x+y+z= 1, а в качестве металлической связки - никель-молибден при отношении Ni/Mo= 1/6 в количестве 9 - 12 об% от общего.

Также поставленная задача решена путем использования твердого сплава на основе тугоплавкого соединения титана, содержащего металлическую связку, который в качестве тугоплавкого соединения титана содержит оксикарбонитрид титана состава Ti1-mMemCxNyOz, где Me - Zr, V; 0,1m0,3; 0,45x0,53; 0,37y0,49; 0,06z0,1 при x+y+z=1, а в качестве металлической связки - никель-молибден при отношении Ni/Mo=1/6 в количестве 9 - 12 об.% от общего.

Поставленная задача также решена в способе изготовления твердого сплава на основе тугоплавкого соединения титана, включающем смешивание исходных порошков соединения и металлической связки, размол смеси, брикетирование и спекание, в котором исходную смесь подвергают размолу до дисперсии подвергают разлому до дисперсии 2 - 3 к, а спекание ведут со скоростью нагрева и охлаждения равной 16 - 18 o/мин при давлении (2 - 5)10-1 мм рт.ст.

В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен твердый сплав, на основе тугоплавкого соединения титана с Ni - Mo связующей фазой, имеющий соотношение между никелем и молибденом и между основой и металлической связкой в предлагаемых пределах.

Предлагаемый сплав может быть получен следующим образом.

Порошкообразный карбонитрид или оксикарбонитрид или легированный оксикарбонитрид смешивают с порошками металлических никеля и молибдена при определенном их соотношении, взятом в количестве, необходимом для получения предлагаемого соотношения сплава. Полученную смесь подвергают размолу в среде этилового спирта в мельнице, футерованной твердым сплавом, в течение 60 - 84 ч до дисперсии 2 - 3к. Затем смесь сушат, замешивают с пластификатором (5%-ный раствор синтетического каучука в бензине), снова сушат, гранулируют и прессуют в изделия требуемой формы. После этого спекают в вакуумной печи при давлении (2 - 5)10-1 и температуре 1500 - 1600oC в течение 0,5 - 1 ч со скоростью нагрева и охлаждения 16 - 18o/мин.

Уровень свойств спеченных изделий оценивают путем определения плотности (Д), твердости по Роквеллу (HRA), предела на изгиб (и), объемной пористости (П) и коэффициента стойкости (кст) по сравнению с эталонным сплавом на основе карбида вольфрама марки Т14К8.

Предлагаемый спеченный сплав обладает высокими эксплуатационными характеристиками, которые не уступают, а в ряде случаев превосходят уровень характеристик известного сплава. Так, твердость по Роквеллу 91,0 - 92,5 HRA, предел прочности на изгиб 150 - 190 кг/мм2, коэффициент износостойкости кст= 7,9-12,1. Наряду с этим сплав имеет широкую область применения и может быть использован при обработке как сложнолегированных сталей и сплавов, так и цветных металлов (никель, медь), пластмасс и дерева.

Сокращение количества металлической связки в его составе не оказывает отрицательного влияния на прочностно-пластические свойства сплава, но ведет к сокращению расхода дефицитного сырья.

Необходимо отметить, что высокий уровень эксплуатационных характеристик сплава обеспечивается как составом самого сплава (состав основы, соотношение между основой и металлической связкой, соотношение компонентов связки никель-молибден), так и совокупностью технологических приемов, а именно дисперсностью исходной шихты в заданных пределах, а также определенной скоростью нагрева и охлаждения компонентов сплава во время спекания.

Так, уровень свойств сплава, основа которого имеет состав TiCxNy, сохраняется при изменении соотношения углерода и азота в пределах 0,45x 0,98; 0,02y0,55.

При более высоком содержании углерода (x>0,98; y<0,002) появляется фаза Mo2C, охрупчивающая сплав.

Содержание связующих металлов может изменяться от 9 до 12 об.% от общего. При уменьшении содержания связки менее 9 об.% повышается износостойкость сплава, однако появляется избыточная пористость и прочность сплава снижается. При увеличении ее количества более 12 об.% резко снижается износостойкость сплава. В качестве связки используют никель-молибден при их соотношении 1/6. При уменьшении этого соотношения связка становится многофазной (появляются Ni3Ti и Mo2C) и сплав охрупчивается. При увеличении этого соотношения (на 25% и более) снижается износocтойкость сплава и возрастает коэффициент трения по чугуну, сталям и цветным металлам.

Далее уровень свойств сплава, основа которого имеет состав TiCxNyOz, сохраняется при изменении соотношения углерода, азота и кислорода в пределах 0,28x0,96; 0,03y0,63; 0,01z0,09. При более высоком содержании азота или кислорода (y>0,63; z>0,09) появляется избыточная пористость (>0,4%) и прочностно-пластические свойства снижаются. При повышенном содержании углерода (x>0,96) появляется избыточная фаза Mo2C, охрупчивающая сплав.

Содержание связующих металлов может изменяться от 9 до 12 об.% от общего. При уменьшении содержания связки менее 9% резко возрастает пористость сплава (>1%) и катастрофически (в 2 раза) снижается прочность сплава. При увеличении ее количества более 12 об.% снижается износостойкость сплава.

Далее уровень свойств сплава, основа которого имеет состав Ti1-mMemCxNyOz, сохраняется при изменении соотношения легирующего металла, углерода, азота и кислорода в пределах 0,1m0,3; 0,45x0,53; 037y0,49; 0,06z0,1.

При уменьшении содержания легирующего металла (m<0,1) наблюдается снижение износостойкости инструмента из-за возрастания коэффициента трения.

Превышение содержания легирующего металла выше указанного предела (m>0,3) ведет к выделению интерметаллидов (Zr2Mo и V3Ni), охрупчивающих сплавов.

При более высоком содержании азота или кислорода (y> 0,49; z> 0,1) наблюдается увеличение пористости (>0,5%) и снижение прочностных характеристик.

При повышении содержания углерода (x>0,53) выделяется карбид молибдена Mo2C, охрупчивающий сплав.

Размол исходной шихты до определенной дисперсности, а также определенные скорости нагрева и охлаждения компонентов сплава при спекании оказывают весьма существенное влияние на свойства сплава. Так, при размере частиц исходной шихты менее 2 к нарушается однородность микроструктуры, снижается прочность сплава и резко возрастает (до 100%) разброс свойств. При размере частиц исходной шихты более 3 к все механические свойства сплава ухудшаются на 20 - 50%.

При скорости нагрева и охлаждения сплава и процессе спекания меньше 16 o/мин наблюдается локальный рост зерен и снижение прочности сплава.

При скорости нагрева и охлаждения сплава в процессе спекания более 18 o/мин его режущие свойства становятся нестабильными и наблюдаются сколы при резании.

Предлагаемый сплав получают следующим образом.

Порошок карбонитрида (оксикарбонитрида) титана смешивают с порошком никеля и молибдена в заявляемом соотношении. Полученную смесь подвергают размолу в среде этилового спирта в мельнице, футерованной твердым сплавом, в течение 60 - 84 ч до дисперсности частиц 2 - 3 к. Затем смесь сушат, замешивают с пластификатором (5%-ный раствор синтетического каучука в бензине), снова сушат, гранулируют и прессуют в изделия требуемой формы. Полученные изделия спекают в вакууме (2 - 5)10-1 мм рт.ст. при температуре 1500 - 1600oC в течение 0,5 - 1 ч, при этом скорость нагрева и охлаждения изделий составляет 16 - 18o/мин.

Уровень свойств спеченных изделий оценивают путем определения плотности (Д), твердости по Роквеллу (HRA), предела прочности на изгиб (и), объемной пористости (П), коэффициента стойкости при резании (кст). Коэффициент стойкости при резании определяют по сравнению с эталонным сплавом на основе карбида вольфрама марки Т14К8.

Предлагаемое техническое решение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Берут 83,9 г карбонитрида титана состава TiC0,45N0,55, никеля 2,3 г, молибдена 13,8 г (отношение Ni/Mo=1/6, содержание металлической связки 9 об.% от общего). Смешивают и подвергают размолу в среде этилового спирта в мельнице, футерованной твердым сплавом, в течение 60 ч до дисперсности частиц 2 - 3 к. Затем смесь сушат, замешивают с пластификатором (5%-ный раствор синтетического каучука в бензине), снова сушат, гранулируют, прессуют под давлением 1500 кг/см2 в изделия требуемой формы. Затем заготовки спекают в вакууме 210-1 мм рт.ст. при температуре 1600oC в течение 0,5 ч со скоростью нагрева и охлаждения, равной 16o/мин.

Полученный сплав имеет и = 150 кг/мм2, твердость 92,5 HRA, кст=11,0.

Пример 2. Берут 78,3 г карбонитрида титана состава TiC0,98N0,02, никеля 3,1 г, молибдена 18,6 г (отношение Ni/Mo=1/6, содержание металлической связки 12 об. % от общего). Смешивают и подвергают размолу в среде этилового спирта в мельнице, футерованной твердым сплавом, в течение 84 ч до дисперсности частиц 2 - 3 к. Затем смесь сушат, замешивают с пластификатором (5%-ный раствор синтетического каучука в бензине), снова сушат, гранулируют, прессуют под давлением 1500 кг/см2 в изделия требуемой формы. Затем заготовки спекают в вакууме 510-1 мм рт.ст. при температуре 1500oC в течение 1 ч со скоростью нагрева и охлаждения 18o/мин.

Полученный сплав имеет и=190 кг/мм2, твердость 91 HRA, кст=7,9.

Пример 3. Берут 83,9 г оксикарбонитрида титана состава TiC0,25N0,63O0,09, никеля 2,3 г, молибдена 13,8 г (соотношение Ni/Mo=1/6, содержание металлической связки 9 об.% от общего).

Проводят операции, аналогичные приведенным в примере 1.

Полученный сплав имеет и=156 кг/мм2, твердость 92,0 HRA, кст=11,5.

Пример 4. Берут 78,3 г оксикарбонитрида титана состава TiC0,96N0,03O0,01, никеля 3,1 г, молибдена 18,6 г (соотношение Ni/Mo=1/6, содержание металлической связки 12 об.% от общего).

Проводят операции, аналогичные приведенным в примере 2.

Полученный сплав имеет и=178 кг/мм2, твердость 91,5 HRA, кст=8,5.

Пример 5. Берут 84,6 г оксикарбонитрида титана состава Ti0,9Zr0,1C0,45N0,49O0,06, никеля 2,2 г, молибдена (соотношение Ni/Mo=1/6, содержание металлической связки 9 об.% от общего).

Проводят операции, аналогичные приведенным в примере 1.

Полученный сплав имеет и=164 кг/мм2, твердость 92,0 HRA, кст=12,1.

Пример 6. Берут 79,0 г оксикарбонитрида титана состава Ti0,7V0,3C0,53N0,37O0,1, никеля 3,0 г, молибдена 18,0 г (соотношение Ni/Mo= 1/6, содержание металлической связки 12 об.% от общего).

Проводят операции, аналогичные примеру 2.

Полученный сплав имеет и=182 кг/мм2, твердость 91,0 HRA, кст=9,6.

Таким образом, предлагаемый твердый сплав является универсальным, сочетая в себе одновременно высокий уровень физико-механических свойств и повышенную износостойкость, и может быть использован для обработки широкого круга различных материалов (от чугуна и стали до цветных металлов, пластмассы и дерева).

Формула изобретения

1. Твердый сплав на основе тугоплавкого соединения титана, содержащий металлическую связку, отличающийся тем, что в качестве тугоплавкого соединения титана он содержит карбонитрид титана состава TiCxNy, где 0,45 x 0,98, 0,02 y 0,55, при x + y = 1, а в качестве металлической связки он содержит никель-молибден при отношении Ni/Mo = 1/6 в количестве 9 - 12 об.% от общего.

2. Твердый сплав на основе тугоплавкого соединения титана, содержащий металлическую связку, отличающийся тем, что в качестве тугоплавкого соединения титана он содержит оксикарбонитрид титана состава TiCxNyOz, где 0,28 х 0,96; 0,03 y 0,63; 0,01 z 0,09 при х + y + z = 1, а в качестве металлической связки он содержит никель-молибден при отношении Ni/Mo = 1/6 в количестве 9 - 12 об.% от общего.

3. Твердый сплав на основе тугоплавкого соединения титана, содержащий металлическую связку, отличающийся тем, что в качестве тугоплавкого соединения титана он содержит оксикарбонитрид титана состава Ti1-mMemCxNyOz, где Me - Zr, V; 0,1 m 0,3; 0,45 x 0,53; 0,37 y 0,49; 0,06 z 0,1 при x + y + z = 1, а в качестве металлической связки он содержит никель-молибден при отношении Ni/Mo = 1/6 в количестве 9 - 12 об.% от общего.

4. Способ изготовления твердого сплава на основе тугоплавкого соединения титана, включающий смешивание исходных порошков тугоплавкого соединения и металлической связки, размол смеси, брикетирование и спекание, отличающийся тем, что исходную смесь подвергают размолу до дисперсности частиц 2 - 3 к, а спекание ведут со скоростью нагрева и охлаждения, равной 16 - 18o/мин при давлении (2 - 5) 10-1 мм рт.ст.



 

Похожие патенты:

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

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 области порошковой металлургии, а именно к производству экономнолегированных конструкционных сталей

Изобретение относится к новым химическим соединениям, в частности к хром-кобальт-иттриевому алюминиду состава Cr0,195 Аl0,49 Со0,137 Y0,178

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к получению электроконтактных материалов методами порошковой металлургии

Изобретение относится к способу получения неиспаряющегося геттерного материала, имеющего очень высокую пористость, и к геттерным материалам, полученным этим способом

Изобретение относится к получению модифицированных алюминиево-кремниевых сплавов

Изобретение относится к покрытиям, работающим в морской и пресной воде, и может быть использовано в машиностроении, нефтедобычеи металлургии
Изобретение относится к металлургии цветных металлов, в частности способам получения сплавов алюминия с редкоземельными металлами

Изобретение относится к области композиционных материалов и может быть использовано в электротехнике и электронике

Изобретение относится к устройствам, а именно, к столовым принадлежностям и приборам, в частности, к ложкам, вилкам, ножам, кофейникам, чайникам, коньячным наборам, рюмкам, и т.д., а также к металлическим украшениям, в частности, к серьгам, браслетам, цепочкам и т.д
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к технологии получения твердых сплавов, и может быть использовано для изготовления металлорежущего инструмента и обработки преимущественно колесных пар подвижного состава железных дорог
Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к изготовлению алмазных инструментов посредством горячего прессования

Изобретение относится к технологии переработки вторичных ресурсов, а именно металлической стружки, листовой обрези, проволоки канатов и т.д

Изобретение относится к созданию высокоэнергетических коррозионно- и жаростойких постоянных магнитов

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано при получении ферритовых изделий, преимущественно изотропных бариевых магнитов
Наверх