Твердый сплав на основе карбида вольфрама для обработки резанием труднообрабатываемых материалов

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к твердым сплавам на основе карбида вольфрама с легированным рением связующим. Может использоваться для обработки резанием труднообрабатываемых материалов: на основе тугоплавких металлов, жаропрочных сталей и сплавов, применяемых для изготовления деталей, работающих при высоких температурах, таких как детали котлов, газовых турбин, реактивных двигателей, атомных реакторов. Твердый сплав на основе карбида вольфрама содержит карбид вольфрама и связующее, состоящее из 52-55 мас.% рения, остальное - кобальт. Обеспечивается повышение жаропрочности связки, теплостойкости твердого сплава, эксплуатационную температуру и стойкость изготовленного из него инструмента. 1 ил., 1 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к твердым сплавам на основе карбида вольфрама с легированным рением связующим. Инструмент, изготовленный из такого сплава, может использоваться для обработки резанием труднообрабатываемых материалов: на основе тугоплавких металлов, жаропрочных сталей и сплавов, применяемых для изготовления деталей, работающих при высоких температурах, таких как детали котлов, газовых турбин, реактивных двигателей, атомных реакторов и др.

Формообразующая обработка этих материалов затруднена вследствие высокой прочности, большого сопротивления пластическому деформированию, низкой технологической пластичностью и сохранением этих свойств не только до рабочих, но и до технологических температур.

При их лезвийной обработке в зоне резания возникают высокие температуры и развиваются механизмы высокотемпературного износа инструмента и, как следствие, его низкая стойкость.

Условия эксплуатация инструмента при обработке жаропрочных материалов в значительной степени приближаются к условиям работы самих этих материалов - высокие температуры и напряжения. Т.е. материал режущих инструментов должен обладать высокой жаропрочностью (теплостойкостью - этот термин применяется для инструментальных материалов, он оценивает способность сохранять твердость при нагреве).

Теплостойкость твердых сплавов лимитируется низкими температурами разупрочнения, т.е. недостаточной жаропрочностью металла связки - кобальта, т.к. карбиды вольфрама (режущие компоненты твердых сплавов) сохраняют свои свойства при нагреве до высоких температур. Повышение жаропрочности связки и, таким образом, теплостойкости твердых сплавов, может быть достигнуто легированием связки не карбидообразующими тугоплавкими металлами, которые должны образовывать с кобальтом твердые растворы. Этим требованиям отвечает рений - тугоплавкий металл - температура плавления (Тпл) 3450°C, который в качестве легирующего компонента был введен в ряд твердых сплавов.

Известен твердый сплав на основе карбида вольфрама, содержащий 8-15% мас. кобальтовой связки, в которую введена добавка рения в количестве 0,1-3 мас.% (ЕР 1092786 А, 18.04.2001). Однако данный твердый сплав применяется для электроразрядной обработки поверхности, и не может использоваться для обработки резанием.

Известен твердый сплав на основе карбида вольфрама, в котором количество связующего составляет 4-12 мас.% Основа связующего - кобальт, в его состав входит также рений в количестве 3-20 мас.%. от массы связующего (WO 2012/053237 А1, 26.04.2012).

Указанный твердый сплав не обладает высокой жаропрочностью связки и теплостойкостью твердого сплава из-за недостаточного количества рения в связке.

В качестве наиболее близкого аналога выбраны выпускаемые промышленностью твердые сплавы группы ВРК (цифра в марке - массовое содержание связки, мас.%), такие как ВРК12, ВРК13 и ВРК15 с содержанием рения в связке 25, 45 и 60 мас.%, соответственно (журнал «Технология машиностроения» 2010, №3).

Задачей изобретения является определение оптимального содержания рения в однокарбидных сплавах типа ВРК (WC + кобальто-рениевая связка), необходимого для работы твердосплавного режущего инструмента при высоких эксплуатационных температурах.

Техническим результатом является повышение жаропрочности связки и, таким образом, теплостойкости твердого сплава, позволяющее повысить эксплуатационные температуры и, следовательно, стойкость изготовленного из него инструмента.

Указанный технический результат обеспечивается тем, что в твердом сплаве для обработки резанием труднообрабатываемых материалов, содержащем карбид вольфрама и связующее, содержащее кобальт и рений, содержание рения в связующем составляет 52-55 мас.%, остальное - кобальт.

Упрочнение связующего твердых сплавов за счет введения в сплав рения достигается за счет получения легированного твердого раствора. Рений не образует собственных карбидов, а входит в состав связки, меняя ее химический состав. Кристаллическая решетка рения - ГПУ, такая же, как у низкотемпературной модификации кобальта. Кобальт и рений образуют непрерывный ряд твердых растворов (фиг.1 - диаграмма состояния «Со-Re»).

Для оценки влияния рения на структуру и свойства связки следует учитывать его содержание в связке, а не в сплаве. Это позволяет определять структуру связки (весь рений находится в связке) с помощью диаграммы состояния «Со-Re» независимо от ее количества в сплаве. Т.е. при одинаковом соотношении Re и Со в связке структура связки будет одинакова (в соответствии с диаграммой), независимо от ее массового количества в сплаве.

В интервале концентраций рения примерно до 52-53 мас.% (линия «ab») температура начала разупрочнения регламентируется ε→α полиморфным превращением. При большем содержании рения сплавы системы «Со-Re» не претерпевают полиморфного превращения (см. рис.1). Температура разупрочнения (жаропрочность) связки твердых сплавов, содержащей более 52-53 мас.% рения, определяется температурой начала плавления - линией солидус (линия «bc» см. рис.1). Она тем выше, чем больше в сплаве рения.

Оптимальное содержание рения в связке 52-55 мас.%.

При содержании рения в связке менее 52 мас.% не обеспечивается достаточный уровень ее жаропрочности.

При повышении содержания рения в связующем сверх оптимального, наблюдается снижение свойств сплавов, связанное с технологическими факторами. Рений, по сравнению с кобальтом, обладает большими значениями модуля упругости (470 и 217 ГПа), прочностью при сжатии, (200 и 130 МПа), повышение содержания рения в сплавах «Со-Re» снижает пластичность связки.

Более высокая прочность и меньшая пластичность связки с повышенным содержанием рения не позволяет получить высокую плотность заготовки, увеличивается пористость, что приводит к снижению прочности сплава.

Пример.

Для оценки влияния рения были исследованы сплавы с массовой долей связки 12 и различным содержанием рения в связке, а также для сравнения сплавы ВРК15 и ВРК12 (№№4 и 5), выпускаемые промышленностью (табл.1). При этом составы сплава ВРК12 и предлагаемого в патенте WO 2012/053237 А1, весьма близки.

Обрабатываемый материал жаропрочный сплав на никелевой основе - ХН77ТЮР. Инструмент - многогранная пластинка с механическим креплением на корпусе резца. Режимы резания: скорость резания (V) - 40 м/мин; подача (S) - 0,5 мм/об; глубина резания (t) - 1 мм. Износостойкость оценивали величиной износа по задней поверхности (h3) после пяти минут резания.

Таблица 1.
Состав исследуемых сплавов и их износостойкость.
№ сплава Состав сплава, % масс Количество Re в связке, % h3, мм.
WC Re Co
1 88 4,8 7,2 40 0,81
2 6,4 5.6 53 0,57
3 7,0 5.0 58 0,74
4. 3,2 8,8 25 0,96
5. 85 8,9 6,1 59 0,76
Примечания. 1. Сплав №4 - выпускаемый промышленностью ВРК12, его состав близок к составу патента WO 2012/053237 А1.
2. 1. Сплав №4 - выпускаемый промышленностью ВРК15.

Испытания резанием подтвердили вывод об оптимальном содержании рения в связке. Максимальная износостойкость (минимальный износ) наблюдалась для инструмента из сплава №2 с оптимальным содержанием рения в связке; она превышала также износостойкость промышленного сплава ВРК15 и сплава, состав которого близок к составу по патенту WO 2012/053237 А1.

Твердый сплав на основе карбида вольфрама для обработки резанием труднообрабатываемых материалов, содержащий карбид вольфрама и связующее, содержащее рений и кобальт, отличающийся тем, что связующее содержит 52-55 мас.% рения, остальное - кобальт.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к обработке материалов резанием, в частности к способу выбора твердого сплава для твердосплавного режущего инструмента. Сплав выбирают из группы твердых сплавов.

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к изготовлению твердосплавных пластин для оснащения металлорежущего инструмента. .
Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к спеченным твердым сплавам, и может быть использовано в различных отраслях деятельности для изготовления износостойких и ответственных деталей, подверженных интенсивному изнашиванию в процессе эксплуатации.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к изготовлению спеченных твердых сплавов для режущих инструментов. .

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к изготовлению режущих инструментов из твердых сплавов. .

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению твердосплавного наконечника из спеченного твердого сплава на основе карбида вольфрама. .
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способу закалки твердых сплавов на основе карбида вольфрама для бурового инструмента. .

Изобретение относится к области термообработки, в частности к газопоглотителям, служащим для очистки от кислорода в воздушной среде печи термообрабатываемых в ней материалов, изделий и соответственно предотвращающих их окисление.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению твердосплавного тела из твердого сплава, содержащего зерна карбида вольфрама и металлическое связующее, содержащее кобальт с определенной концентрацией растворенного в нем вольфрама. Твердосплавное тело имеет граничащие друг с другом область поверхности и внутреннюю область, при этом средняя доля связующего во внутренней области больше, чем в области поверхности. Средняя концентрация углерода в связующем в области поверхности выше, чем во внутренней области, при этом твердосплавное тело не содержит эта-фазу и свободный углерод. Концентрация вольфрама, растворенного в связующем в области поверхности меньше, чем во внутренней области, и определяется как(16,1-σВ)/0,275, где σВ - частное от деления величины магнитного момента твердого сплава в области твердосплавного тела на массовую долю связующего в этой области. Твердосплавное тело получено путем формования неспеченной заготовки, содержащей зерна карбида вольфрама, распределенные в содержащем кобальт связующем, предварительного спекания при 1000-1280°С в течение 1-3 часов, термообработки в науглероживающей среде и жидкофазного спекания при 1320-1400°С. Обеспечивается получение материала с градиентом свойств, имеющего высокую износостойкость и ударную вязкость в области поверхности. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл., 1 пр.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получения спеченных твердосплавных деталей из градиентных твердых сплавов. Может использоваться для изготовления режущих вставок инструмента для машинообработки металла, горного инструмента или инструмента для холодной штамповки. Добавку для измельчения зерна, содержащую агент измельчения зерна и углерод и/или азот, и активатор роста зерна размещают на по меньшей мере одной части поверхности прессовки из исходного материала на основе WC, содержащего один или более твердофазных компонентов и связующее, и спекают прессовку. Добавка для измельчения зерна представляет собой карбид, смешанный карбид, карбонитрид или нитрид. Твердосплавная деталь содержит твердую фазу на основе WC и связующую фазу, причем по меньшей мере одна часть промежуточной поверхностной зоны имеет более низкое среднее содержание связующего, чем часть, находящаяся глубже в детали, и по меньшей мере одна часть верхней поверхностной зоны имеет в среднем более высокий средний размер зерна WC, чем промежуточная поверхностная зона. Твердосплавная деталь имеет по меньшей мере один максимум твердости, расположенный ниже поверхности. Обеспечивается повышение сопротивления детали разрушению при ударной нагрузке. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 11 ил., 6 табл., 5 пр.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к твердым сплавам на основе карбида вольфрама. Может использоваться для изготовления режущего инструмента. Твердый сплав содержит, мас.%: кобальт 3,5-5,3; железо 1,4-3,2; медь 0,8-1,0; карбид вольфрама - остальное. Твердый сплав содержит, мас. %: кобальт 5,1-5,6; молибден 1,8-2,5; титан 0,5-0,8; карбид вольфрама - остальное. Сплав обладает высокой твердостью и износостойкостью. 2 н.п. ф-лы, 1 табл., 2 пр.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к твердым сплавам на основе карбида вольфрама. Может использоваться при обработке материалов резанием. Твердый сплав содержит, вес.%: вольфрам 78,0-80,2, углерод 5,6-5,8, молибден 5,7-7,0, кобальт 8,0-8,4 или вольфрам 77,0-78,5, углерод 7,0-7,2, молибден 2,9-3,2, кобальт 8,1-8,4, титан 3,5-3,8. Обеспечивается повышение коэффициента стойкости и сохранение механических свойств сплава при его удешевлении. 2 н.п. ф-лы, 3 табл.
Изобретение относится к порошковой металлургии и предназначено для получения изделий из сверхтвердых материалов на основе карбида вольфрама. Может использоваться в машиностроении и металлообрабатывающей промышленности. В шихте в качестве матрицы используются гранулы сплава ВК8 размером 1-5 мкм, составляющие (90±1) мас.%, и монокристаллический нанопорошок карбида вольфрама с размером частиц в диапазоне 10-200 нм с логнормальной функцией распределения частиц нанопорошка по размерам в количестве (10±1) мас.%. После перемешивания шихта подвергается процессу спекания в форме путем нагрева, который проводится в вакууме до 600-700°С в течение 3 часов, с выдержкой в течение 1 часа. Последующий нагрев осуществляют до температуры спекания 1250-1300°С в течение 1 часа с выдержкой в течение 10 мин и охлаждают форму до нормальной температуры. Полученный сплав обладает высокими твердостью, прочностью на изгиб и на сжатие, износостойкостью и радиационной устойчивостью.

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к спеченным твердым сплавам, и может быть использовано для изготовления инструмента. Способ получения спеченных твердых сплавов на основе карбида вольфрама, содержащего кобальт и наноразмерные частицы оксида алюминия, включает приготовление шихтовой смеси сплава, пластифицирование, гранулирование, прессование и спекание. Шихтовую смесь сплава приготавливают путем предварительного замешивания оксида алюминия в водном растворе поливинилового спирта ультразвуковым диспергированием до получения суспензии, размола-смешивания суспензии с зернами карбида вольфрама до образования на его поверхности плакирующего слоя, дошихтовки кобальтом и последующего перемешивания. Пластифицирование проводят в водном растворе поливинилового спирта. Повышается прочность твердого сплава за счет обеспечения более равномерного распределения наноразмерных частиц по объему структуры твердого сплава. 1 табл.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к материалам для изготовления штамповочного инструмента. Пуансон из цементированного карбида для изготовления металлических банок для напитков. Цементированный карбид включает твердую фазу, содержащую WC, и связующую фазу, причем композиция цементированного карбида включает, в % по весу: от 50 до менее 70 WC, от 15 до 30 TiC и от 12 до 20 Со+Ni. Пуансон характеризуется повышенным эксплуатационным ресурсом. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл., 1 пр.

Изобретение относится к порошковой металлургии. Способ изготовления наноразмерного твердого сплава включает приготовление смеси из наноразмерных порошков карбида вольфрама и кобальта, прессование ее в стальной пресс-форме и спекание в вакууме. Причем перед прессованием в смесь наноразмерных порошков вводят 2-15 об. % этанола, а прессование ведут при давлении 2000 кгс/см2. Обеспечивается снижение давления прессования и повышение качества спеченных изделий. 8 ил., 3 пр.
Наверх