Способ изготовления твердосплавных изделий из кусковых отходов твердых сплавов, содержащих кобальт

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к производству твердых сплавов, и может использоваться для получения износостойких твердосплавных изделий из отходов твердых сплавов. В конусно-инерционной дробилке готовят шихту дроблением кусковых отходов, содержащих 4, 6, 8 или 10 мас.% кобальта, подвергают их рассеву с выделением фракции 60-120 мкм и электромагнитному обогащению. В обогащенный порошок вводят 20-30 мас.% шихты твердого сплава с тем же содержанием кобальта, что и в отходе, или 20-30 мас.% шихты твердого сплава с содержанием кобальта, превышающим на 2 мас.% или на 4 мас.% содержание кобальта в отходе, добавив такое же количество кобальта в обогащенный порошок. Тонкий помол осуществляют в вибромельнице до среднего размера частиц 3-4 мкм. Прессуют заготовки, сушат их и спекают в вакууме при 1390-1420°С. Полученный твердый сплав обладает высокой твердостью и прочностью при изгибе при низкой себестоимости. 1 табл.

 

Изобретение относится к производству твердых сплавов и может быть использовано преимущественно для повторного получения износостойких твердосплавных изделий из отходов твердых сплавов.

Известен ряд способов переработки отходов твердых сплавов, основным из которых является метод химической регенерации. Предварительной стадией его является обогащение отходов [Сбор и переработка отходов твердых сплавов / Н.А.Кудря, Г.В.Линдо, Ю.Н.Юркевич и др. - М.: Минцветмет. - 1977. - 44 с]. Обогащенная механическим способом смесь содержит значительное количество железа, которое удаляют обработкой в серной кислоте, переводя его в раствор. Полученный вольфрамовый концентрат содержит до 60% вольфрама и далее подвергается термической обработке - окислению концентрата на воздухе при 800-900°С, восстановлению окисленного продукта водородом при 700-1100°С с получением металлического вольфрама и кобальта, карбидизации восстановленного продукта с получением смеси WC-Со [Тараканов Б.М., Балакир Е.А., Денисов Н.Б. Окисление дробленых отходов твердых сплавов в условиях кипящего (фильтрующего) слоя // Сб. трудов ВНИИТС. - М. - 1991. - С.92-97].

Известен способ [Зеликман А.Н., Каспарова Т.В., Биндер С.И. Получение твердых сплавов из регенерированных смесей WC-Co, полученных из кусковых отходов «цинковым методом» // Цв. металлы. - 1993, №1. - С.47-49], по которому кусковые отходы (отработанные валки, штампы, матрицы) предлагается перерабатывать т.н. цинковым методом, основанном на разрушении твердого сплава и экстракции кобальта в расплав цинка с его последующей дистилляцией.

В патенте России №2157741 предлагается проводить отжиг при температуре свыше 2000°С твердосплавного лома в защитной атмосфере или вакууме, дробление, размол до фракции ≤40 мкм, причем температуру отжига определяют в зависимости от содержания кобальта. Способ обеспечивает получение товарных смесей, пригодных для изготовления высококачественных твердосплавных изделий.

Для извлечения вольфрама и кобальта из отходов твердых сплавов в виде лома, а также порошкообразных и пылевидных отходов (патент России №2190678) производят обработку исходного сырья раствором гипохлорита натрия в щелочной среде с последующим их разделением в растворе (фильтрате) и твердом осадке. Такое техническое решение позволяет избежать энергетических, ресурсных и временных затрат, связанных с их измельчением или разделением на фракции.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ, предложенный в патенте России №2170646, опубликованный 20.07.2001 (прототип). Способ включает в себя термическую обработку кусковых отходов твердых сплавов путем нагрева и охлаждения в водном растворе хлористого натрия с последующим механическим измельчением в щековой дробилке или в конусно-инерционной дробилке. Способ позволяет получать порошки различного фракционного состава и спеченные твердые сплавы из них по традиционной технологии, включающей прессование заготовок, их сушку и спекание при 1390-1420°С.

К недостаткам известного способа относится необходимость предварительной термообработки, что увеличивает себестоимость и может привести к окислению порошков.

Задачей предлагаемого технического решения является снижение себестоимости твердосплавных изделий при сохранении высокого уровня физико-механических свойств и повышение экологической безопасности.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в способе изготовления твердосплавных изделий из кусковых отходов твердых сплавов, содержащих кобальт, включающем подготовку шихты дроблением кусковых отходов на конусно-инерционной дробилке, последующий тонкий помол, прессование заготовок, их сушку и спекание при 1390-1420°С, согласно изобретению используют кусковые отходы, содержащие 4, 6, 8 или 10 мас.% кобальта, после дробления отходы подвергают рассеву, выделяя фракцию с диаметром частиц 60-120 мкм, и электромагнитному обогащению, затем осуществляют тонкий помол обогащенного порошка в вибромельнице до среднего размера частиц 3-4 мкм, предварительно введя в него 20-30 мас.% шихты твердого сплава с тем же содержанием кобальта, что и в отходе, или 20-30 мас.% шихты твердого сплава с содержанием кобальта, на 2 или 4 мас.% превышающим его содержание в отходе, при этом в обогащенный порошок добавляют такое же количество кобальта, а спекание проводят в вакууме.

Заявляемый способ позволяет получать твердосплавные изделия низкой себестоимости с высокой твердостью и прочностью при изгибе из отходов твердых сплавов, без использования кислот и других химических соединений, что повышает экологичность технологии.

При исследовании известного уровня техники не было выявлено аналогичных технических решений, которые характеризовались бы идентичной совокупностью существенных признаков с достижением такого же технического результата, какой получен в предлагаемом техническом решении, что позволяет сделать вывод о его соответствии критериям «новизна» и «изобретательский уровень». Заявляемый способ может быть реализован в промышленности с целью изготовления твердосплавных изделий из отработанных твердых сплавов с применением известных материалов и технических средств, что говорит о соответствии предлагаемого технического решения критерию «промышленная применимость».

Примеры осуществления предлагаемого способа

Пример 1.

Кусковые отходы твердого сплава марки ВК4 (96% WC+4% Со) дробят на конусно-инерционной дробилке с последующим рассевом и выделением фракции с диаметром частиц 60-120 мкм. Отобранную фракцию подвергают электромагнитному обогащению с целью удаления примесей железа. Обогащенный порошок подвергают тонкому помолу в вибромельнице до среднего размера частиц 3-4 мкм, при этом в шихту вводят 20 мас.% шихты твердого сплава ВК4 и 4 мас.% кобальта (ГОСТ 9721-79). Из высушенной и пластифицированной смеси прессуют заготовки изделий, которые спекают в вакууме при 1420°С. Полученный твердосплавной материал обладает прочностью при изгибе 1600 МПа и твердостью по Виккерсу 16 ГПа.

Остальные примеры осуществлялись аналогично примеру 1 и приведены в таблице.

В результате осуществления способа получен твердосплавной материал с высокой твердостью (до 17 ГПа) и прочностью при изгибе 1600-1900 МПа.

Заявляемый способ позволяет получать регенерированный из отходов твердый сплав, по прочности и твердости сравнимый со стандартным твердым сплавом ВК8, предназначенный для изготовления штампов (вырубных и гибочных), фильер и волок, шипов противоскольжения зимних автопокрышек. Перспективным следует считать изготовление по такой технологии вставок камер высокого давления для синтеза алмазов и кубического нитрида бора.

№ примера	Марка отходов	Добавка кобальта, мас.%	Добавка шихты твердого сплава	Температура спекания твердого сплава, °С	Предел прочности при изгибе, МПа	Твердость по Виккерсу, ГПа
марка	кол-во, мас.%
1	ВК4	4	ВК4	20	1420	1600	16
2		-	ВК8	20	1420	1650	17
3		-		25	1420	1650	17
4		-		30	1420	1650	17
5		4		20	1420	1650	17
6		4		25	1420	1650	17
7	4	30	1420	1700	16
8	ВК6	2	ВК6	20	1420	1650	17
9		-	ВК8	20	1420	1700	17
10		-		25	1420	1700	17
11		-		30	1420	1700	17
12		2		20	1410	1700	17
13		2		25	1410	1750	17
14	2	30	1410	1750	17
15	ВК8	2	ВК8	20	1410	1750	16
16		-	ВК10	20	1410	1800	16
17		-		25	1410	1800	16
18		-		30	1410	1800	16
19		2		20	1400	1800	15
20		2		25	1400	1850	16
21	2	30	1400	1850	16
22	ВК10	2	ВК10	20	1400	1800	16
23		-	ВК12	20	1400	1850	15
24		-		25	1400	1850	15
25		-		30	1400	1850	15
26		2		20	1390	1850	15
27		2		25	1390	1900	15
28	2	30	1390	1900	15
Прототип	ВК8	-	-	-	1400	1800	16

Способ изготовления твердосплавных изделий из кусковых отходов твердых сплавов, содержащих кобальт, включающий подготовку шихты дроблением кусковых отходов на конусно-инерционной дробилке, последующий тонкий помол, прессование заготовок, их сушку и спекание при 1390-1420°С, отличающийся тем, что используют кусковые отходы, содержащие 4, 6, 8 или 10 мас.% кобальта, после дробления отходы подвергают рассеву, выделяя фракцию с диаметром частиц 60-120 мкм, и электромагнитному обогащению, затем осуществляют тонкий помол обогащенного порошка в вибромельнице до среднего размера частиц 3-4 мкм, предварительно введя в него 20-30 мас.% шихты твердого сплава с тем же содержанием кобальта, что и в отходе, или 20-30 мас.% шихты твердого сплава с содержанием кобальта, на 2 или 4 мас.% превышающим его содержание в отходе, при этом в обогащенный порошок добавляют такое же количество кобальта, а спекание проводят в вакууме.