Способ изготовления твердосплавных смесей из отработанных твердых сплавов

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению порошков из отходов твердых сплавов. Твердосплавный лом термообрабатывают до получения спеченных конгломератов, которые предварительно дробят на куски, и осуществляют последующее дробление и мокрый размол. Для повышения предела прочности изготавливаемых твердосплавных изделий за счет ограничения роста карбидных зерен на стадии спекания посредством отнимания избыточного углерода и снижения хрупкости связки дробление кусков спеченного конгломерата и мокрый размол осуществляют в присутствии карбамида железа в количестве от 0,3 до 1,0 мас.%. 1 табл.

 

Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к переработке отходов твердых сплавов.

Известно (RU 2026158 С1) решение, в котором получение товарных порошковых смесей из лома твердого сплава производят путем термообработки, дробления и размола.

Недостатком решения является сложность достижения нормативного предела прочности твердосплавных изделий, изготовленных из полученных таким способом смесей.

Наиболее близким, по мнению заявителя, является решение (RU 2157741 С2, 2000 г.), в котором получение смесей тоже производят путем термообработки, дробления и размола, но на предел прочности влияют с помощью технологических факторов, а именно температуру обработки выбирают в зависимости от ряда исходных данных (содержания кобальта, массы лома, технического состояния печи).

Недостатком решения является сложность получения нормативного предела прочности из-за охрупчивания твердосплавного изделия вследствие роста размера зерен карбидной фазы твердого сплава в силу активного состояния кобальтовой связующей фазы.

Техническим результатом предлагаемого решения является повышение предела прочности твердосплавного изделия, получаемого из порошков, полученных из лома твердого сплава.

Технический результат достигается тем, что в способе изготовления твердосплавных смесей из отработанных твердых сплавов, включающем термообработку твердосплавного лома до получения спеченных конгломератов, их предварительное дробление на куски, последующее дробление и мокрый размол, согласно изобретению дробление кусков спеченного конгломерата и мокрый размол осуществляют в присутствии карбамида железа в количестве от 0,3 до 1,0 мас.%.

Снижение хрупкости достигается сдерживанием роста размера зерен карбидной фазы за счет снижения активности кобальта путем образования раствора железа с кобальтом, для чего железо вводят в состав смеси на этапе дробления лома.

Введение до 0,3% железа не способствует росту предела прочности при изгибе твердого сплава. Введение более 1% железа дает низкий эффект из-за снижения прочности кобальтовой связки между карбидными зернами и ведет к снижению предела прочности при изгибе, т.е. ведет к охрупчиванию твердосплавного изделия.

Таким образом, заявляемый способ, как и ближайший аналог, содержит термообработку твердосплавного лома до получения спеченных конгломератов, их предварительное дробление на куски, последующее дробление и мокрый размол.

Однако заявляемый способ отличается тем, что дробление и размол лома твердого сплава осуществляют в присутствии железа. Это позволяет в процессе дробления и размола равномерно распределить железо между твердосплавными зернами, позволяет активно «натереть» железом поверхность зерен, что при последующем спекании ведет к образованию раствора кобальта с железом, активному отниманию углерода и снижению хрупкости связки, что в конечном итоге ведет к росту предела прочности твердосплавного изделия.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Отработанный лом твердого сплава сортируют по массе, размерам и химическому составу. Удаляют поверхностные загрязнения путем дробеструйной обработки. Затем производят термообработку в водородной печи. Спеченные конгломераты подвергают дроблению в несколько этапов. На первом этапе разрушают спекшиеся при термообработке конгломераты на отдельные куски. На следующей(их) стадии осуществляют введение железа и разрушение кусков до порошкообразного состояния. После просева фракция менее 40 мкм поступает на финишный размол в шаровые мельницы (мокрый размол, например, в этиловом спирте). Высушенный порошок является товарной смесью. При необходимости перед финишным размолом проводят расшихтовку полученной смеси новой смесью с требующимся составом кобальта (титана, тантала, карбидов вольфрама).

Пример 1. Лом твердого сплава после очистки термообрабатывали при температуре до 2300 С°. Получали конгломераты. Их подвергали дроблению на прессе. После такого предварительного дробления куски передавали на последующее дробление в валковой и конусной инерционной дробилках. Перед дроблением кусков в дробилки загружали порцию карбамида железа из расчета от 0,1 до 1,3 мас.%. После просева фракцию менее 40 мкм подвергали мокрому размолу в шаровой мельнице, сушили и получали товарную смесь, соответствующую ТУ 48-19-60-78. Из смеси методом порошковой металлургии спекали образцы, на них определяли физико-механические свойства полученного твердого сплава.

Результаты опытов с различными марками лома твердого сплава приведены в таблице 1. Данные таблицы 1 показывают, что технический результат достигается и рост предела прочности происходит от 7 до 20% в зависимости от марки получаемого твердого сплава.

При этом отмечено, что введение малого количества (до 0,3%) железа дает (опыты 1.1. и 1.2) относительно низкий результат. Введение большого количества (более 1%) железа тоже дает низкий эффект (очевидно, из-за снижения прочности кобальтовой связки между карбидными зернами). Фрактографические исследования изломов и шлифов образцов показали, что размер карбидных зерен в сплавах, полученных предлагаемым способом, на 15-30% меньше, чем размер зерен в сплавах, полученных по способу ближайшего аналога.

Таблица 1
№ опыта	Марка материала лома	Температура термообработки, °С	Подшихтовка	Полученная марка тв. сплава	Кол-во железа, введенного при дроблении и размоле, % по массе	Предел прочности при изгибе, кг/мм2
1.0	ВК8	2080	не проводилась	ВК8	не вводилось, т.е. по прототипу	214
1.1	ВК8	2080	не проводилась	ВК8	0,1	216
1.2	ВК8	2080	не проводилась	ВК8	0,3	218
1.3	ВК8	2080	не проводилась	ВК8	0,5	224
1.4	ВК8	2080	не проводилась	ВК8	0,7	229
1.5	ВК8	2080	не проводилась	ВК8	0,9	225
1.6	ВК8	2080	не проводилась	ВК8	1,1	215
1.7	ВК8	2080	не проводилась	ВК8	1,3	215
2.0	ВК8	2050	проводилась	ВК8В	не вводилось, т.е. по прототипу	219
2.1	ВК8	2050	проводилась	ВК8В	0.5	226
2.2	ВК8	2050	проводилась	ВК8В	0,7	238
2.3	ВК8	2050	проводилась	ВК8В	0,9	231
3.0	ВК12	1890	проводилась	ВК10КС	не вводилось, т.е. по прототипу	191
3.1	ВК12	1890	проводилась	ВК10КС	0,5	226
3.2	ВК12	1890	проводилась	ВК10КС	0,7	231
3.3	ВК12	1890	проводилась	ВК10КС	1,1	199
4.0	ВК6	2250	проводилась	ВК8В	не вводилось, т.е. по прототипу	218
4.1	ВК6	2250	проводилась	ВК8В	0,6	236
4.2	ВК6	2250	проводилась	ВК8В	0,8	234

Способ изготовления твердосплавных смесей из отработанных твердых сплавов, включающий термообработку твердосплавного лома до получения спеченных конгломератов, их предварительное дробление на куски, последующее дробление и мокрый размол, отличающийся тем, что дробление кусков спеченного конгломерата и мокрый размол осуществляют в присутствии карбамида железа в количестве 0,3-1,0 мас.%.