Способ изготовления спеченного твердого сплава

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к изготовлению спеченных твердых сплавов для режущих инструментов. Шихту на основе карбида вольфрама двух разноразмерных фракций - менее 2 мкм и 4-30 мкм, содержащую кобальт, раздельно смешивают с пластификатором, после чего перемешивают их между собой. При этом шихта фракции до 2 мкм составляет 20-80% общего объема. Полученную шихту подвергают прессованию и спеканию. Полученный твердый сплав обеспечивает повышение эксплуатационных свойств режущего инструмента. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 пр.

 

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам изготовления спеченных твердых сплавов, используемых для изготовления режущего инструмента.

Известен способ изготовления спеченного твердого сплава для режущего инструмента, согласно которому в шихту, состоящую из порошков карбида вольфрама с величиной зерна 1-3 мкм и порошка кобальта, добавляют нанопорошок карбида вольфрама с размером зерна не более 200 нм в количестве, не превышающем 20% от массы сплава (см. заявку ОАО «ВНИИИНСТРУМЕНТ» №2009143995 от 30.11.2009 г.).

Данный способ изготовления твердого сплава позволяет значительно повысить износостойкость твердых сплавов, что особенно важно при чистовых видах обработки материалов. Однако при обработке материалов, где используются более жесткие режимы резания, применение этого сплава ограничено, поскольку во время спекания при формировании карбидного «скелета» из зерен фракции 1-3 мкм в значительном количестве попадают зерна фракции 200 нм. В результате этой неоднородности карбидного «скелета» снижаются прочностные характеристики твердого сплава.

Известен также способ получения спеченного твердого сплава для изготовления режущего инструмента, согласно которому шихту на основе порошков карбида вольфрама фракций менее 2,5 мкм и 4-30 мкм, содержащую порошок кобальта фракций 0,5-5 мкм, карбид тантала фракций не более 2 мкм, перемешивают с пластификатором с последующим прессованием и спеканием (см. авт. свид. SU 1714863 от 27.03.90 г., кл. B22F 1/00, С22С 29/08 - прототип).

По этому способу обеспечивается получение сплава с карбидной фазой, обладающей полидисперсной (бимодальной) структурой, состоящей из двух фракций зерен карбида вольфрама, резко различных по размерам, и представляющей собой два вложенных друг в друга карбидных «скелета».

Крупнозернистый «скелет» в сочетании с добавкой карбида тантала обеспечивает повышение пластичной деформации сплавов, а мелкозернистый «скелет» карбида вольфрама в сочетании с добавкой карбида тантала обеспечивает повышенную износостойкость сплава при ударных нагрузках.

Однако при изготовлении твердых сплавов по этому способу при формировании двух «скелетов» не обеспечивается их однородность, в крупнозернистый «скелет» в значительной степени попадают зерна карбида вольфрама мелкозернистой фракции, что ослабляет его прочностные характеристики, а значит и прочность самого твердого сплава.

Предложенный способ позволяет повысить прочностные характеристики твердого сплава, что дает возможность повысить износостойкость и жаропрочность режущего инструмента.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе получения спеченного твердого сплава для изготовления режущего инструмента, в котором шихту на основе порошков карбида вольфрама фракциями до 2 мкм и 4-30 мкм, содержащую порошок кобальта, перемешивают с пластификатором с последующим прессованием и спеканием, согласно изобретению перемешивание шихты двух разноразмерных по зерну фракций с пластификатором производят раздельно, а затем перемешивают их между собой. При этом шихта фракциями до 2 мкм составляет 20-80% общего объема.

Кроме того, в шихту с размером фракций до 2 мкм дополнительно вводят порошок трехокиси алюминия фракцией до 0,2 мкм.

Такое изготовление позволяет ограничить попадание мелкой фракции при формировании «скелета» из крупнозернистой фракции, что повышает ее однородность, а значит и прочностные характеристики твердого сплава. Введение мелкозернистой фракции до 80% и ее однородность значительно повышает износостойкость твердого сплава. Добавление в шихту трехокиси алюминия позволяет повысить однородность фракции до 2 мкм и повысить жаропрочность твердого сплава. Изменение содержания мелкой фракции от 20 до 80% позволяет создавать сплавы широкого применения:

70-80% - для чистовой обработки;

60-70% - для получистовой обработки;

40-60% - для чернового точения;

20-40% - для фрезерования.

Примеры

По предложенному способу были изготовлены два состава шихты с последующим изготовлением из них твердых сплавов.

Состав 1

Шихта: карбид вольфрама фракциями до 1 мкм - 80%; кобальт фракциями до 1 мкм - 4,8%; трехокись алюминия фракциями 200 нм - 0,05%. Шихта замешивается на пластификаторе с получением гранул.

Шихта: карбид вольфрама фракциями 4 мкм - 13,95%; кобальт фракциями до 2 мкм - 1,2%. Шихта замешивается на пластификаторе с получением гранул.

Две замешанные шихты перемешиваются.

Состав 2

Шихта: карбид вольфрама фракциями до 1 мкм - 30%; кобальт фракциями до 1 мкм - 3,0%; трехокись алюминия до 200 нм - 0,01%. Шихта замешивается на пластификторе с получением гранул.

Шихта: карбид вольфрама фракциями 12 мкм - 59,99%; кобальт фракциями до 4 мкм - 7,2%. Шихта замешивается на пластификаторе с получением гранул.

Две замешанные шихты перемешиваются.

По известным технологиям были изготовлены твердые сплавы и испытаны в режущем инструменте в сравнении с известными сплавами. Данные сведены в таблицу.

Таблица
Результаты испытаний
Вид обработки	Инструмент	Режимы резания	Износ, мм	Средний период стойкости, мм
v, м/мин	s, мм/об, мм/зуб.	t, мм	В, мм
Точение	Проходной резец с пластинами из сплава ВК6ОМ	100	0,34	1	-	0,45	7
Проходной резец с пластиной из сплава по составу №1	0,4	14
Фрезерование	Фреза с пластинами из сплава ВК10ХОМ	80	0,125	1	22	0,25	10
Фреза с пластинами из сплава по составу №2	0,34	30

Проведенные испытания показали следующее.

При обработке нержавеющей стали 12Х18Н10Т резцами и торцовыми фрезам, оснащенными квадратными пластинами (SPGN 120408) из стандартных сплавов ВК6ОМ, ВК10ХОМ и сплавов по предлагаемому способу, стойкость последних превышала в 2-2,2 раза по сравнению со стандартными сплавами.

1. Способ получения спеченного твердого сплава для изготовления режущего инструмента, включающий перемешивание шихты на основе порошков карбида вольфрама фракций до 2 мкм и 4-30 мкм, содержащей порошок кобальта, с пластификатором, последующее прессование и спекание, отличающийся тем, что перемешивание шихты двух разноразмерных по зерну фракций с пластификатором производят раздельно, а затем перемешивают их между собой, при этом шихта фракции до 2 мкм составляет 20-80% общего объема.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в шихту с размером фракции до 2 мкм дополнительно вводят порошок трехокиси алюминия фракции до 0,2 мкм.