Твердый сплав на основе карбида вольфрама (варианты)

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, а именно к твердым сплавам на основе карбида вольфрама, и может быть использовано для изготовления режущего инструмента.

Известен твердый сплав на основе карбида вольфрама с кобальтовой связкой, легированной оксидом Аl2О3 с содержанием Аl2О3 (0,09-0,1) % (масс.), (5,91-19) % кобальта и (84-80) % WC. По сравнению с базовыми однокарбидными сплавами группы ВК сплавы имеют на 10-15% повышение механической прочности и в 1,5-2,6 раза - повышение стойкости резцов при точении стали 1Х18Н9Т и сплава ХН56ВМКРО. К недостатку следует отнести усложнение технологии производства сплава за счет введения дополнительной операции обработки водных растворов хлоридов кобальта и алюминия с целью получения композиционного порошка, состоящего из кобальта с дисперсным включением оксида алюминия (авт. св. SU №1673622, МПК С22С 29/08, 1991 г.).

Сплав на базе карбида вольфрама (70-85%, масс.) [RU №2338804, МПК С22С 1/08, 2008 г.], содержащий в качестве связки (15-25) % α-Fe (магнитный сплав) или (17-30) % сплава Fe:Ni (немагнитный сплав), хотя и обладает высокой твердостью при сохранении высокой прочности (σизг=1300-1480 МПа), может содержать на границах зерен карбида вольфрама η - фазу (Fe2W3C), разупрочняющую сплав, особенно в условиях ударных нагрузок.

Известен спеченный твердый сплав на основе карбида вольфрама (масс.% 80-82) со связкой (масс.% 18-20), содержащей (48-50) % молибдена, (1-2) % ниобия, (10-12) % рения и (38-41) % кобальта; сплав обладает высокой прочностью (σизг=1950 МПа). Кроме наличия дефицитного рения в связке, сплав содержит в связке повышенное количество молибдена, придающего сплаву, наряду с прочностью, и хрупкость [патент RU №2351676, МПК С22С 29/08, 2009 г.].

Одним из способов улучшения качества твердосплавных материалов на базе карбида вольфрама следует считать введение в кобальтовую связку интерметаллида Ni3Аl [Масленков С.Б., Горшкова Т.И., Кудинова А.А. и др. Твердые сплавы на основе карбида вольфрама с пластичной модифицированной связкой // Вестник машиностроения, 1994, №10. - С.27-30]. У алюминида никеля Ni3Аl по сравнению с β - Со - одинаковый тип кристаллической решетки (ГЦК); близкие значения периодов решетки, плотности, твердости и коэффициентов линейного расширения. В результате повышаются прочностные характеристики сплавов с Ni3Al (σизг=1300 МПа), жаростойкость и износостойкость, поэтому сплав WC+10% Ni3Аl рекомендуется для эксплуатации в условиях высоких температур; для обработки резанием жаропрочных сплавов не применим из-за малого предела прочности на изгиб и на сжатие.

Известны составы твердых сплавов на основе карбида вольфрама, в которых связка из кобальта и рения модифицирована карбидами хрома Сr3С2 (0,05-2) % [патент RU №2027791, МПК С22С 29/08,1995 г.], сплав на базе WC, содержащий HfC, Ni, Со, Се, La [патент RU №2012646, МПК С22С 29/08, 1994 г.], а также сплав, имеющий в составе карбидной фазы WC оксид гафния HfO2 и в качестве связки кобальт, хром и никель [заявка RU №97111541 МПК С22С 29/08, 1999 г.].

Известен вольфрамо-кобальтовый твердый сплав (82,6% WC + 8% Со) с присадками в карбидной связке Сr3С2 (0,8%), TiC (1,5%) и 1,5% Мо2С. Мелкозернистая структура этого сплава (85% карбидных зерен имеют размеры до 1 мкм) при пористости 0,04-0,8 обеспечивает твердость HRA=91,5 и σизг=2227 МПа, при этом влияние Мо2С на свойства твердого сплава не обозначено [Панков B.C., Чувилин A.M., Фальковский В.А. Технология и свойства спеченных твердых сплавов и изделий из них. - М.: МИСиС, - 2004. - С.261].

Известно, что можно получать однофазный твердый раствор через совместное осаждение солей вольфрама и молибдена и вести переработку по схеме «оксид - металл - карбид». При спекании W и Мо с углеродом, кроме карбидной фазы (W, Мо)С, появляется вторая карбидная фаза (W, Mo2)C на основе Мо2С, которая ухудшает свойства сплава. Сплав содержит 10% кобальтовой связки, а состав карбидной фазы изменяется в таких пределах: W - от 80% (ат) до 30% (ат), а Мо - от 20 до 70% (ат) [Панков B.C., Чувилин A.M., Фальковский В.А. Технология и свойства спеченных твердых сплавов и изделий из них. - М.: МИСиС, - 2004. - с.283].

Наиболее близким по выполнению является сплав на основе карбида вольфрама, содержащий 3,0-20,0 мас.% связки, в состав которой входят 20-75 мас.% Со, до 5 мас.% Мо, до 5 мас.% Fe и др. [(патент GB №1085041, С22С 29/06, 1967 г.]. Если связка составляет 20% от состава сплава, то в структуре твердого сплава кобальта может содержаться (4-15) %, молибдена - до 1% и железа - до 1%. При содержании в сплаве связки в объеме 3% эти цифры соответственно будут равны: (0,6-2,25) % - для кобальта, до 0,15% для молибдена и до 0,15% - для железа.

Твердость опытных сплавов колеблется в пределах HRA=93,2-94,0, а σизг=195-90 кг/мм2: [состав WC+(Co, Cr, Ni, W, С, В, Тi)]; для сплавов WC+(Co, Cr, Ni, W, С, В, V, Zr, Nb) - HRA=93,6-93,8, σизг=108-130 кг/мм, однако прочность сплавов на изгиб остается недостаточно высокой.

Техническим результатом изобретения является повышение твердости и, как следствие, износостойкости твердого сплава на основе карбида вольфрама.

Технический результат достигается тем, что твердый сплав на основе карбида вольфрама и кобальтовой связки, модифицированной железом и медью, содержит компоненты при следующем их соотношении, мас.%:

кобальт 3,5-5,3
железо 1,4-3,2
медь 0,8-1,0
карбид вольфрама остальное

Отличием предлагаемого сплава от прототипа является наличие в нем меди вместо молибдена и увеличенное содержание железа.

Технический результат достигается также тем, что твердый сплав на основе карбида вольфрама и кобальтовой связки, модифицированной молибденом и титаном, содержит компоненты при следующем их соотношении, мас.%:

кобальт 5,1-5,6
молибден 1,8-2,5
титан 0,5-0,8
карбид вольфрама остальное

Отличием предлагаемого сплава от прототипа является наличие в нем титана вместо железа и увеличенное содержание молибдена.

Способ получения сплава заключается в перемешивании компонентов, последующей их сушке, прессовании и спекании.

Ниже приведены примеры осуществления изобретения.

Пример 1.

Получены и испытаны опытные партии сплавов на основе карбида вольфрама с разным количеством в связке кобальта, железа и меди. Процесс приготовления твердосплавных смесей WC+(Co + Fe + Сu) осуществляется в соответствии с базовой технологией производства изделий из сплава ВК8 (WC - 92 мас.% и Со - 8 мас.%) и заключается в:

- смешивании порошков карбида вольфрама и компонентов связки с одновременным размолом в жидкой среде (дистиллированная вода) в шаровых мельницах;

- сушке смеси в атмосфере водорода и просеве твердосплавной смеси;

- замешивании смеси с растворенным в бензине синтетическим каучуком и сушке смеси до полного высыхания;

- прессовании полученной смеси в штабики по ГОСТ 20019-74 и в пластины формы 02271 по ГОСТ 25395-90;

- спекании изделий в атмосфере водорода (по режиму для сплава ВК8) и при температурах 1420°С и 1540°С.

В опытных твердых сплавах содержание железа варьировалось в пределах 1,4-5,0% мас., содержание меди 0,8-1% масс, а содержание кобальта 1,5-5,6% масс. Физико-механические свойства сплавов системы WC - (Со - Fe - Сu) представлены в таблице 1 (партия 1), где для сравнения приводится требование ТУ для сплава ВК8.

Работоспособность опытных сплавов проверялась при продольном точении резцами с пластинами формы 0227 по методике СТП 19.0-6-88. «Сплавы твердые порошковые и керамика. Изделия для режущего инструмента. Методика испытания режущих свойств», М.: ВНИИТС, 1988.

Обрабатываемый материал - чугун СЧ25, режимы резания: V=2,9 м/с; t=1·10-3 м; S=0,2·10-3 м/об; геометрия резцов: γ=0; α=8°; φ=45°; λ=0, допускаемый износ по задней поверхности - h3=0,8 мм.

Из представленных данных видно, что при содержании Fe в пределах % масс 1,4-3,2, Сu в пределах 0,8-1,0% масс и Со в пределах 3,5-5,3% масс твердость и коэффициент износостойкости возрастают по сравнению со сплавом ВК8. Получено увеличение стойкости в 1,7-1,8 раза (Т=1420°) и в 1,5-1,9 раза (Т=1540°).

Пример 2

Получены и испытаны аналогично примеру 1 опытные партии сплавов на основе карбида вольфрама с разным количеством в связке кобальта, молибдена и титана.

В опытных твердых сплавах содержание кобальта варьировалось в пределах 3,4-5,6% масс, содержание молибдена 1,8-2,7% масс, а содержание титана 0,5-0,8% масс. Физико-механические свойства сплавов системы WC - (Со - Мо - Ti) представлены в таблице 1 (партия 2).

Из представленных данных видно, что при содержании Мо в пределах % масс. 1,8-2,5, Ti в пределах 0,5-0,8% масс. и Со в пределах 5,1-5,6% масс. твердость и коэффициент износостойкости возрастают по сравнению со сплавом ВК8. Получено увеличение стойкости в 1,4-1,85 раза (Т=1420°) и в 1,8-2,0 раза (Т=1540°). Получено повышение твердости на 3 единицы HRA для Т=1540° и одинаковая твердость со сплавом ВК8 для Т=1420°. При повышении содержания Мо более 3% сплав имеет большую хрупкость и более низкий коэффициент стойкости по сравнению со сплавом ВК8.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет повысить твердость пластин твердого сплава и, как следствие, стойкость режущего интрумента.

Таблица 1.
№№ партий №№ сплава Химический сосав, мас.% Физико-механические свойства при температурax спекания
WC Co Mo Fe Сu Ti O2 1540°С 1420°С
ρ г/см σизг МПа HRA Коэр. сила Э Кт ρ г/см3 σизг МПа HRA Коэр. сила Э Кт
1 1.1 92,6 1,52 - 5,03 0,82 - 0,35 14,44 913 90,1 160 1,4 13,46 873 85,6 162 1,1
1.2 92,54 3,41 - 3,23 0,82 - 0,28 14,54 814 90,6 211 1,5 13,89 791 87,3 207 1,8
1.3 92,45 5,3 - 1,43 0,82 - 0,2 14,76 1505 90,0 116 1,9 14,49 1293 89,0 112 1,7
2 2.1 91,9 5,65 1,84 - - 0,61 0,16 14,21 1354 91,9 210 2,0 13,0 804 87,0 231 1,85
2.2 91,6 5,10 2,69 - - 0,61 0,17 14,10 1288 91,7 229 1,8 13,19 912 88,0 248 1,4
2.3 90,62 3,44 5,44 - - 0,6 0,20 13,26 646 88,4 234 X 13,4 422 73,7 214 0,9
Твердые ТУ для ВК8 (Т=1420°С) 92 7,5-8,0 - не более - - не более 14,5-14,8 ≥1700 ≥88,0 100-180 ≥1,0
0,3 0,5

1. Твердый сплав на основе карбида вольфрама, характеризующийся тем, что он содержит карбид вольфрама и кобальтовую связку, модифицированную железом и медью, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

кобальт 3,5-5,3
железо 3,2-1,4
медь 0,8-1,0
карбид вольфрама остальное

2. Твердый сплав на основе карбида вольфрама, характеризующийся тем, что он содержит карбид вольфрама и кобальтовую связку, модифицированную молибденом и титаном, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

кобальт 5,1-5,6
молибден 1,8-2,5
титан 0,5-0,8
карбид вольфрама остальное



 

Похожие патенты:

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.

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.

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.

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 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