Спеченное изделие и способ получения спеченного изделия

Группа изобретений относится к изготовлению спеченного режущего изделия. Спекают заготовку из металлокерамики или цементированного карбида, содержащую углерод и связующий металл. Процесс спекания осуществляют с временными интервалами по температуре и давлению. Обеспечиваются управление процессом спекания и получение спеченного изделия, имеющего поверхность стороны или часть поверхности стороны с закупоривающим слоем связующего металла и имеющего другую часть поверхности стороны или других поверхностей сторон без закупоривающего слоя связующего металла. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 11 ил., 4 пр.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к способу получения спеченного изделия по пункту 1 формулы изобретения. Настоящее изобретение также относится к спеченному изделию по пункту 14 формулы изобретения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В прошлом существовали трудности при получении спеченных изделий, в частности, спеченных изделий для резания, используемых для выполнения режущих кромок для различных целей механической обработки и обработки резанием. В общем, спеченные изделия для резания изготавливаются из металлокерамики или цементированного карбида со связующей фазой, содержащей кобальт. При спекании содержащего кобальт изделия кобальт в процессе спекания иногда склонен повышаться к поверхности изделия, создавая поверхностный слой, содержащий большее количество кобальта, чем ближе к середине изделия для резания.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Не для всех применений желательно иметь более высокое количество кобальта на поверхности изделия для резания. Поверхностный кобальт может понижать адгезионные свойства для дополнительных слоев покрытия, таких как слои, нанесенные на поверхность химическим осаждением из паровой или газовой фазы (CVD). Кроме этого, у режущих изделий, не использующих какие-либо дополнительные слои, поверхностный кобальт может быть недостатком, поскольку образующаяся во время механической обработки объекта стружка может привариться к кобальту и тем самым вызвать проблемы износа. При получении спеченных изделий для резания существует желание иметь у спеченных изделий поверхность, которая обладает способностью отделения стружки от поверхности спеченных изделий. Раньше эти режущие изделия после спекания подвергались механической обработке шлифованием или обдувкой для удаления слоя кобальта.

Для других применений наличие поверхностного кобальта выгодно, в частности, если режущие поверхности должны привариваться или припаиваться, например, к полотнам пилы. Если процесс спекания дает режущие изделия без поверхностного кобальта, то эти изделия требуют обработки для того, чтобы добиться желательных свойств сварки или пайки. По этим причинам весьма желательно иметь возможность управлять процессом спекания для того, чтобы добиваться поверхностного кобальта или не добиваться поверхностного кобальта.

И, таким образом, для иных применений желательно иметь возможность контролировать поверхность одного и того же изделия для того, чтобы иметь кобальт на некой заданной поверхности и не иметь кобальта на другой поверхности изделия после спекания.

Для того чтобы решить эту задачу, настоящее изобретение предлагает:

способ получения спеченного режущего изделия, содержащий этапы, на которых:

- обеспечивают изделие из металлокерамики или цементированного карбида, содержащее углерод и связующий металл;

- обеспечивают устройство спекания для спекания упомянутого изделия;

- спекают упомянутое изделие в процессе спекания посредством упомянутого устройства спекания;

- обеспечивают процесс спекания с временным интервалом А, представляющим собой временной интервал нагревания, где температура Т в определенный момент времени t является либо постоянной, либо повышающейся;

- обеспечивают следующий временной интервал В охлаждения упомянутого процесса спекания, где температуру Т в интервале В устанавливают в определенный момент времени t постоянной или понижающейся,

характеризующийся тем, что

- обеспечивают атмосферу, содержащую по меньшей мере один инертный газ, при давлении Р, по меньшей мере в течение первого частичного интервала В1 из интервала В для того, чтобы обеспечить условия обезуглероживания, причем давление Р в устройстве спекания в течение временного интервала В1 удовлетворяет условию

100 Па≤Р≤15000 Па, предпочтительно 500 Па≤Р≤1500 Па;

- при этом по меньшей мере в течение временного интервала В2, последующего за временным интервалом В1, парциальное давление связующего металла поддерживают более высоким для стороны или части стороны, и при этом другая часть стороны или другие стороны изделия имеет/имеют более низкое парциальное давление у связующего металла, так чтобы связующий металл испарялся, тем самым обеспечивая сторону или часть стороны с закупориванием связующим металлом, а другую часть стороны или другие стороны по существу без закупоривания связующим металлом непосредственно после выполнения способа.

Эффект этого способа состоит в том, что за счет управления парциальным давлением связующего металла полученное спеченное изделие может иметь свои контролируемые свойства. Это означает, что поверхностный слой выбранных сторон или поверхностей спеченного изделия может иметь содержание связующего металла, т.е. закупоривание связующим металлом, которое отличается от другой стороны или поверхности на спеченном изделии. Это также имеет тот эффект, что получившееся спеченное изделие может быть непосредственно применено по своим различным назначениям без какой-либо обширной последующей обработки. Другой эффект состоит в том, что производство упрощается.

Связующий металл может содержать кобальт, никель, железо, вольфрам, титан, тантал, ниобий, хром или любые их сочетания. В одном варианте воплощения связующий металл содержит кобальт. В одном варианте воплощения настоящего изобретения связующий металл состоит из кобальта, или кобальта и никеля, или кобальта, никеля и железа.

Изделие из металлокерамики или цементированного карбида содержит углерод, и этот углерод может находиться в виде свободного углерода, в твердом растворе в связующем металле или в виде, например, карбида или карбонитрида.

В дальнейшем варианте усовершенствования способа желательного более высокого парциального давления связующего металла достигают путем контактирования стороны или части стороны изделия с лотком, тем самым добиваясь спеченного изделия, снабженного стороной или частью стороны, содержащей поверхностный слой, состоящий из связующего металла, при этом другие стороны или части стороны изделия, которые не находились в контакте с лотком, подвергались воздействию низкого парциального давления связующего металла и поэтому по существу свободны от закупоривания связующим металлом.

Преимущество при этом состоит в том, что относительно легко достичь пониженного парциального давления связующего металла. Отсутствует необходимость в излишних приспособлениях, например, для добавления газообразного связующего металла или т.п.

В одном варианте воплощения настоящего изобретения по меньшей мере две стороны изделия снабжены закупориванием связующим металлом, тогда как другие стороны по существу не снабжены.

В одном варианте воплощения настоящего изобретения две стороны, снабженные закупориванием связующим металлом, являются плоскими.

В одном варианте воплощения настоящего изобретения лоток снабжен такими гребнями, чтобы, когда изделие покоится на лотке, две стороны изделия находились в контакте с поверхностью лотка.

В одном варианте воплощения настоящего изобретения различных парциальных давлений связующего металла в течение временного интервала В2 достигают путем уменьшения давления в устройстве спекания до значения ниже давления в течение временного интервала В1.

В одном варианте воплощения настоящего изобретения, в течение временного интервала В2, Р удовлетворяет условию 0,01 Па≤Р≤70 Па, предпочтительно 0,01 Па≤Р≤50 Па. Давление Р относится к общему давлению в устройстве спекания. Общее давление может представлять собой сумму нескольких парциальных давлений в устройстве спекания, и парциальное давление связующего металла в В2 является таким, что связующий металл испаряется, т.е. ниже давления испарения связующего металла при этой конкретной температуре.

В одном варианте воплощения настоящего изобретения временной интервал В2 начинается тогда, когда температура Т понизилась ниже температуры затвердевания связующего металла.

В одном варианте воплощения настоящего изобретения временной интервал В2 начинается тогда, когда температура Т понизилась приблизительно на 10 градусов ниже температуры затвердевания связующего металла.

В одном варианте воплощения настоящего изобретения связующий металл содержит кобальт. В дальнейшем варианте усовершенствования способа закупоривающий слой Co состоит из кобальта. Это обеспечивает хорошую возможность использовать способы сварки этой поверхности.

В одном варианте воплощения настоящего изобретения атмосфера содержит аргон в течение временного интервала В1.

В одном варианте воплощения настоящего изобретения в течение временного интервала В1 атмосфера содержит аргон и один или оба из монооксида углерода и азота.

В одном варианте воплощения настоящего изобретения низкое парциальное давление связующего металла обеспечивается в устройстве спекания за счет обеспечения связи с устройством спекания для соединения с вакуумным насосом. Насос для спекания можно использовать для регулировки давления Р в устройстве спекания. Насос можно дополнительно использовать для поддержания давления на постоянном уровне в течение временного интервала В2 охлаждения, когда связующий металл испаряется и за счет этого, в противном случае, увеличивалось бы давление в устройстве спекания. Насос можно приводить в действие в течение В2, например, при постоянном потоке аргона через устройство спекания.

В дополнительном варианте усовершенствования способа температура TS спекания составляет в диапазоне 1400°С≤TS≤1500°С. TS в этом диапазоне температур оказалась особенно выгодной для спекания, особенно если связующий металл содержит кобальт. В дальнейшем варианте усовершенствования способа температура спекания составляет в диапазоне 1430°С≤TS≤1480°С. TS в пределах этого диапазона температур оказалась особенно подходящей для достижения плотного, нехрупкого и твердого спеченного продукта.

Изобретение также относится к спеченному режущему изделию, полученному согласно изобретению, и лотку для приема изделия, подлежащего спеканию в соответствии с изобретением.

Другие задачи, преимущества и новые признаки изобретения станут очевидными из последующего подробного описания изобретения при рассмотрении совместно с сопроводительными чертежами и формулой изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Настоящее изобретение будет описано теперь более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Фиг. 1 показывает спеченное изделие, полученное согласно одному варианту воплощения способа по изобретению.

Фиг. 2 показывает спеченное изделие, полученное согласно одному варианту воплощения способа по изобретению.

Фиг. 3 показывает спеченное изделие на лотке согласно одному варианту воплощения изобретения.

Фиг. 4 показывает спеченное изделие на лотке согласно одному варианту воплощения изобретения.

Фиг. 5 показывает альтернативное спеченное изделие, полученное согласно одному варианту воплощения способа по изобретению.

Фиг. 6 показывает устройство спекания для выполнения способа согласно одному варианту воплощения изобретения.

Фиг. 7 показывает график температуры в зависимости от времени для одного варианта воплощения способа согласно изобретению.

Фиг. 8 показывает график температуры в зависимости от времени для одного варианта воплощения способа согласно изобретению.

Фиг. 9 показывает график температуры в зависимости от времени для одного варианта воплощения способа согласно изобретению.

Фиг. 10 показывает СЭМ-изображение шлифованного разреза режущей пластины, обработанной в примере 4, причем показанная внешняя поверхность содержит закупоривающий слой 21 Cо.

Фиг. 11 показывает СЭМ-изображение шлифованного разреза режущей пластины, обработанной в примере 4, причем показанная внешняя поверхность 22 не содержит закупоривающего слоя Со.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Далее со ссылкой на сопроводительные чертежи описан способ получения спеченного изделия (тела) 1, фиг. 1-4. В частности, спеченное изделие 1 представляет собой металлокерамику или цементированный карбид. Способ включает в себя этапы получения спеченного изделия при особых условиях, что изменяет распределение связующего металла внутри спеченного изделия и особенно на внешней поверхности изделия. Как показано на фиг. 1, в качестве примера спеченного изделия 1 служит режущая пластина, используемая, например, во фрезерных резцах (фрезах). Изменение в этом смысле следует понимать как то, что распределение связующего металла на поверхности изделия изменяется за счет либо обеспечения связующего металла на поверхности, либо обеспечения поверхности, которая по существу свободна от связующего металла.

Способ включает в себя обеспечение подлежащего спеканию изделия 1. Изделие 1 содержит цементированный карбид или металлокерамику и должно известным для специалистов в данной области техники образом содержать связующий металл или углерод.

Изделие 1 должно предпочтительно иметь по меньшей мере одну или даже более, предпочтительно две, по существу плоских поверхностей. Однако способ применим к подлежащим спеканию изделиям всех форм, но если на изделии присутствуют по меньшей мере две плоские поверхности, то способ является особенно выгодным.

Способ также применим в случае, когда требуется добиться части стороны спеченного изделия с закупориванием связующим металлом на части стороны и без закупоривания связующим металлом на другой части стороны. Это можно добиться путем уменьшения парциального давления только для части стороны подлежащего спеканию изделия. Так как изделие во время спекания дает усадку, средство для прикладывания парциального давления должно приспосабливаться к усаживающемуся телу.

Способ включает в себя обеспечивание устройства 15 спекания (фиг. 6). Устройство 15 спекания обычно представляет собой печь для спекания. Устройство 15 спекания обычно обладает способностью обеспечивать нагрев и контролируемую атмосферу, как известно специалистам в данной области техники. Однако устройство спекания должно, помимо этого, предпочтительно иметь возможность обеспечения вакуума. Устройство 15 спекания снабжено, например, патрубками 16 для обеспечения подсоединения к непоказанному вакуумному насосу.

Способ включает в себя обеспечение способа спекания с использованием устройства 15 спекания. Способ спекания, в общем, обеспечивают путем внесения подлежащего спеканию изделия 1 в устройство 15 спекания. Рабочая температура Т в зависимости от времени t обработки схематично показана на фиг. 7. Предусмотрены временной интервал А нагревания и временной интервал В охлаждения. Во время временного интервала нагревания температура Т в устройстве 15 спекания увеличивается до верхнего уровня ТS. Верхний уровень, как правило, называется температурой ТS спекания, см. фиг. 7. Температура Т в устройстве спекания, как правило, начинается с температуры окружающей среды, как правило, комнатной температуры, и повышается до верхнего уровня ТS. Обычно ее повышение до ТS заканчивается после приблизительно половины полного времени t процесса спекания. В своем самом простом виде температура Т в устройстве спекания повышается по практически прямой линии с постоянным соотношением повышения температуры на постоянное число градусов в единицу времени, как показано в качестве примера на фиг. 7. Температура ТS спекания выбирается в зависимости от нескольких параметров, известных специалистам в данной области техники. Оказывающие влияние на выбор температур ТS спекания параметры включают состав связующего металла, требуемый размер зерна спеченного продукта, а также требуемую пористость спеченного продукта. Более высокая температура ТS спекания дает рост зерен. Типичное значение для ТS составляет 1500°С. Кроме этого, возможны другие значения, такие как ТS в 1400°С-1500°С. В случае, когда связующий металл содержит кобальт или кобальт и никель, предпочтительное значение температуры ТS спекания составляет 1430°С-1480°С.

На фиг. 7 временной интервал А нагревания разделен на три временных подинтервала А1, А2 и А3. А3 показывает время ts выдержки при температуре ТS спекания. Во временном интервале А1 температура может, например, повышаться при ином отношении температура/время по сравнению с временным интервалом А2, чем то, что показано на фиг. 7, как, например, на любой из фигур 8-9.

После временного интервала А нагревания следует временной интервал В охлаждения. Согласно способу по настоящему изобретению временной интервал В охлаждения разделен на по меньшей мере два временных интервала В1 и В2, при чем давление в течение В1 составляет 100-15000 Па, предпочтительно 500-1500 Па, и что в течение В2 парциальное давление кобальта отличается на разных сторонах или частях сторон изделия. Основная идея состоит в том, чтобы уменьшить давление в камере в течение временного интервала В2 временного интервала В охлаждения. Одно приведенное в качестве примера давление для определенного в данной заявке термина «вакуум» составляет менее чем 100 Па. Кроме этого, можно выполнить упомянутый способ, например, в диапазоне 0,01 Па-70 Па или, предпочтительно, в диапазоне 0,1 Па-50 Па. Вакуум следует понимать так, как его определяют специалисты. Вакуумом может быть, например, динамический вакуум, т.е. непрерывное откачивание газа из устройства спекания.

В течение временного интервала В1 устанавливают условия охлаждения, чтобы обеспечить закупоривающий слой связующего металла на всей поверхности изделия из металлокерамики или цементированного карбида. Это достигается с помощью условий обезуглероживания и давления в устройстве спекания (печи). После этого, в течение временного интервала В2 устанавливают условия охлаждения, чтобы обеспечить испарение ранее образовавшегося закупоривающего слоя связующего металла на части поверхности (стороне или части стороны) изделия, тогда как связующий металл на других частях поверхности (другой части стороны или других сторонах) изделия не испаряется. Испарение обеспечивается за счет парциального давления связующего металла, которое отличается на различных сторонах или частях сторон или частях поверхностей изделия. Если парциальное давление связующего металла низко, связующий металл испаряется. Время, необходимое для испарения всего этого слоя, зависит от толщины слоя, уровней температуры (скорости охлаждения) и давления и должно быть оптимизировано специалистом.

Уменьшение температуры в течение временного интервала В можно изменить таким образом, чтобы охлаждение сначала происходило с более высокой скоростью и, например, в точке перехода из временного интервала В1 во временной интервал В2 охлаждение замедляется до более низкой скорости охлаждения. В течение В1 падение температуры может составлять 5°С/мин или 1-5°С/мин. В течение В2 обычно применяется падение в 1°С/мин или 1-5°С/мин. В одном варианте воплощения настоящего изобретения температуру поддерживают постоянной в течение В2 и во время части В2. Время, в течение которого связующий металл активно испаряется с поверхности тела, может быть адаптировано и отрегулировано специалистом в данной области техники, например, исходя из конкретных печи для спекания, лотка для спекания, состава связующего металла и загрузки шихты. Времени испарения должно быть достаточно для образования стороны изделия без закупоривания связующим металлом.

В течение времени ts выдержки атмосфера представляет собой предпочтительно смесь СO/N2/Ar. В течение временного интервала В1 из временного интервала В охлаждения атмосфера предпочтительно содержит Ar и атмосферу СO. В течение временного интервала В2 из временного интервала В охлаждения атмосфера предпочтительно содержит Ar.

На фиг. 8 отношение температур температурного диапазона А1 повышается на среднем участке А1 с отношением, которое меньше, чем в начале и в конце температурного диапазона А1.

Способ включает в себя уменьшение парциального давления связующего металла в течение временного интервала В охлаждения, по меньшей мере во временном интервале В2, на по меньшей мере одной стороне претерпевающего спекание изделия, и, в то же самое время, обеспечение относительно более высокого парциального давления связующего металла на по меньшей мере одной другой стороне претерпевающего спекание изделия. Уменьшение парциального давления связующего металла оказывает тот эффект, что содержание связующего металла в поверхностном слое становится низким или несуществующим по сравнению с другими сторонами, снабженными более высоким парциальным давлением связующего металла. Низкое парциальное давление связующего металла приведет, в свою очередь, к тому результату, что связующий металл испарится с поверхности изделия 1, подвергающегося процессу спеканию согласно этому способу. В это же самое время, более высокое парциальное давление связующего металла будет оказывать такой эффект, что связующий металл сохраняется на поверхности того же самого спеченного изделия 1. Таким образом, способ обеспечивает достижение спеченного изделия 1, имеющего по меньшей мере одну поверхность с закупориванием связующим металлом и по меньшей мере одну поверхность без закупоривания связующим металлом. Один путь управления парциальным давлением связующего металла состоит в том, чтобы позволить стороне 10, 11 (см. фиг. 2 и фиг. 3) спеченного изделия 1 находиться в контакте с лотком 2 для спекания, таким образом повышая парциальное давление связующего металла, и, в то же самое время, применять вакуум для уменьшения парциального давления связующего металла для других сторон 12 спекающегося изделия 1, не находящихся в контакте с лотком 2 для спекания. Для такого эффекта важно маленькое расстояние между лотком и изделием, а время испарения связующего металла следует оптимизировать специалистам в данной области техники.

Для того чтобы выполнить это, можно использовать особый лоток 2 для спекания, который имеет повышенную площадь поверхности (см. фиг. 3). Повышенная площадь поверхности лотка 2 для спекания достигается за счет обеспечения гребней 3 на лотке 2. Таким образом, по меньшей мере две стороны 10, 11 подлежащего спеканию (спекаемого) изделия могут одновременно находиться в контакте с лотком 2. Как можно понять, геометрическая форма лотка имеет особую важность для того, чтобы сохранить высокое парциальное давление связующего металла на сторонах изделия. Расстояние между поверхностью лотка и поверхностью изделия должно быть достаточно маленьким для сохранения парциального давления связующего металла, которое выше по сравнению с парциальным давлением связующего металла на других поверхностях изделия. В самом простом виде лоток 2 выполнен в такой форме, как показано на фиг. 4, где он имеет в целом плоскую форму. В дополнение к форме, показанной на фиг. 3, можно приспособить лоток 2 к любой желательной форме, от простого плоского лотка 2, как на фиг. 4, до любой другой формы.

Кроме того, загрузка изделия на лоток может содержать экраны или выступающие части. Экраны можно использовать для образования закупоривания связующим металлом, например, на противоположных сторонах изделия, например, на его верху и на его низу. Выступающие части на лотке можно использовать для образования выбранных зон закупоривания связующим металлом на изделии. Загрузка изделий на лоток не должна быть слишком тесной или плотной, поскольку может возникнуть проблема, например, с тем, что одно изделие действует как экран для другого изделия. Эту оптимизацию может выполнить специалист.

Под поверхностным слоем изделия согласно этой заявке следует понимать самый наружный слой изделия. Поверхностный слой спеченного изделия следует понимать как простирающийся не по самой наружной поверхности, а на 0,15 мм от самой наружной поверхности в спеченное изделие. Закупоривающий слой связующего металла имеет толщину предпочтительно 1-20 мкм, более предпочтительно 1-6 мкм.

При дальнейшем пояснении способа следует понимать, что типично связующий металл концентрируется на поверхности спеченного изделия, т.е. происходит закупоривание связующим металлом, в узком диапазоне температур Т охлаждения в течение временного интервала В охлаждения. Под интервалом следует, в общем, понимать временной интервал В1 или по меньшей мере часть временного интервала В1, показанного на фиг. 6-8. Атмосфера должна, как упомянуто, содержать по меньшей мере один инертный газ, например, аргон, и предпочтительно дополнительные компоненты, выбранные из группы СО и N2. Температурный диапазон для Т, где достигается закупоривание связующим металлом во время охлаждения, в случае связующего металла, содержащего кобальт или кобальт и никель, в общем составляет 1411°С-1365°С или, более предпочтительно, 1411°С-1387°С. Во время того температурного диапазона, где достигается закупоривание связующим металлом, вакуум не должен применяться.

Для того чтобы достичь закупоривания связующим металлом, в изделии должен присутствовать углерод, а снаружи изделия должны обеспечиваться условия обезуглероживания. Один способ объяснить закупоривание связующим металлом состоит в том, что сначала связующий металл будет затвердевать внутри изделия, а затем жидкая фаза связующего металла будет вытесняться на внешнюю поверхность, образуя внешний слой связующего металла. Углерод, присутствующий в изделии, может представлять собой, например, углеродную сажу, WC или карбиды Тi или Та, или в любой другой подходящей фазе.

Упомянутые условия приводят к закупориванию связующим металлом, например, закупориванию кобальтом. В этом контексте закупоривание связующим металлом означает то, что спекаемое изделие первоначально имеет по существу однородную матрицу по отношению к распределению кобальта внутри матрицы, и что оно, после того как произошло закупоривание связующим металлом, трансформируется в изделие, в котором распределение связующего металла внутри матрицы остается все еще по существу однородным, но где в качестве самого наружного поверхностного слоя был образован слой фазы связующего. Закупоривание связующим металлом некой зоны поверхности означает, что эта зона поверхности по существу покрыта связующим металлом и имеется самый наружный слой связующего металла, также называемый закупоривающим слоем связующего металла.

Закупоривающий слой связующего металла можно идентифицировать как металлическую или блестящую поверхность, что видно невооруженным глазом, которая представляет собой случай, когда связующий металл является, например, кобальтом или никелем или их сочетанием. Закупоривающий слой связующего металла является типично светлым в поле зрения оптического микроскопа по сравнению с поверхностью изделия из металлокерамики или цементированного карбида. Исследованные в СЭМ разрезы, показанные на фиг. 10 и 11, ясно указывают на наличие или отсутствие закупоривающего слоя связующего металла. Поверхность или сторона или часть стороны, которая по существу свободна от связующего металла, определяется как поверхность или сторона или часть стороны, где не образовался закупоривающий слой связующего металла. Эта поверхность или сторона или часть стороны является относительно темной в поле зрения оптического микроскопа, и при исследовании разреза самый наружный слой связующего металла не виден.

Что касается полученного спеченного изделия 1, то предпочтительным продуктом является металлокерамика или цементированный карбид. Общим для всех режущих пластин из металлокерамики и цементированного карбида является то, что они типично изготавливаются методами порошковой металлургии: измельчение в порошок твердых компонентов и связующего металла, прессование для формования изделий с желательной формой и, наконец, спекание спрессованных изделий. Во время упомянутого спекания изделия нагревают обычно выше эвтектической температуры состава связующего металла для образования жидкой фазы связующего. Такая неспеченная заготовка из металлокерамики или цементированного карбида уплотняется во время процесса спекания, и тем самым устраняется пористость, обеспечивается усадка и достигается конечная плотность.

Примеры

Металлокерамическая порошкообразная смесь изготовили из следующего: 18 вес.% Со, 10 вес.% Nb, 4 вес.% Ti, 6 вес.% N, а остальное - WC. Порошкообразную смесь измельчали мокрым методом, сушили и прессовали в режущие пластины типа SNMA 120412. Выполнили четыре эксперимента с использованием процессов, которые схематично показаны на фиг. 7. Использовали устройство спекания, подсоединенное к насосу, выполненному с возможностью поддержания динамического вакуума. В примерах 1-3 условия давления оценивали, пока одна поверхность режущей пластины находилась в контакте с лотком. В примере 4 лоток был адаптирован для поддержки режущей пластины с двух сторон.

Пример 1

Режущую пластину размещали на плоском лотке, при этом только нижняя поверхность пластины находилась в контакте с лотком. Спекание выполняли при давлении 1300 Па сначала за счет применения нагревания и затем поддержания температуры ТS 1450°С в течение 60 минут в газовой смеси Ar, CО и N2, а после этого охлаждения в атмосфере Ar до комнатной температуры. На всех видимых поверхностях пластины был получен непрерывный блестящий слой фазы связующего.

Пример 2

Режущую пластину спекали при аналогичных условиях, как и в примере 1: нагрев до ТS 1450°С и затем выдерживание этой температуры в течение 60 минут и после этого охлаждение. Но в этом эксперименте газовая смесь Ar, Co и N2 при 1300 Па использовалась в течение первых 45 минут времени выдержки, после этого вводили и поддерживали вакуум (приблизительно 2 Па) во время охлаждения до комнатной температуры. Это приводило к тому, что закупоривание Со не было получено ни на какой видимой поверхности пластины, а также была получена более «рваная» пористость.

Пример 3

Режущую пластину спекали при аналогичных условиях, как и в примере 1: нагрев до ТS 1450°С и затем выдерживание этой температуры в течение 60 минут и после этого охлаждение, но в этом эксперименте атмосферу спекания (газовая смесь Ar, Co и N2 при 1300 Па) поддерживали до тех пор, пока не было достигнуто охлаждение до 1370°С, где вводили вакуум 50 Па. Эти условия вакуума сохраняли во время оставшейся части охлаждения. При наблюдении пластины после спекания, только на нижней стороне, т.е. стороне, которая находилась в контакте с лотком во время охлаждения, был блестящий слой закупоривания Со, тогда как на других поверхностях пластины не наблюдалось закупоривания Со.

Пример 4

Режущую пластину спекали при тех самых условиях, как и в примере 3, но в этот раз использовали лоток, показанный на фиг. 3, при этом пластина находилась в контакте с лотком на двух из своих сторон. После спекания эти две стороны, которые находились в контакте с лотком, показали закупоривание Со, а другие поверхности не показывали какого-либо закупоривания Со. Разрез одной поверхности с закупориванием Со показан на фиг. 10. Средняя толщина закупоривающего слоя Со составляет 2 мкм. Закупоривающий слой Со показан как светлый и непрерывный слой 21, а разрез металлокерамического изделия 20 показывает слегка более темные твердые компоненты карбидов и нитридов. Разрез одной поверхности 22 без закупоривания Со показан на фиг. 11.

Хотя изобретение было описано в связи с различными примерными вариантами воплощения, следует понимать, что изобретение не ограничивается раскрытыми примерными вариантами воплощения, а, напротив, предназначено охватывать различные модификации и эквивалентные компоновки в рамках прилагаемой формулы изобретения.

1. Способ получения спеченного режущего изделия, включающий этапы, на которых обеспечивают неспеченную заготовку из металлокерамики или цементированного карбида, содержащую углерод и связующий металл, и спекают упомянутую заготовку с использованием устройства спекания, при этом процесс спекания осуществляют с временным интервалом А, представляющим собой временной интервал нагревания, при котором температуру Т устанавливают постоянной или повышают в определенный момент времени t, осуществляют процесс спекания в течение следующего временного интервала В охлаждения, причем температуру Т во временном интервале В устанавливают постоянной или понижают в определенный момент времени t, при этом обеспечивают атмосферу, содержащую по меньшей мере один инертный газ, при давлении Р по меньшей мере в течение первого временного интервала В1 из интервала В для обеспечения обезуглероживания, причем давление Р в устройстве спекания в течение временного интервала В1 удовлетворяет условию 100 Па≤Р≤15000 Па, при этом по меньшей мере в течение временного интервала В2, следующего за временным интервалом В1, парциальное давление связующего металла поддерживают более высоким для поверхности стороны или части поверхности стороны, а другая часть поверхности стороны или другие поверхности сторон упомянутой заготовки при этом имеют более низкое парциальное давление связующего металла для испарения связующего металла с обеспечением получения спеченного изделия, имеющего поверхность стороны или часть поверхности стороны с закупоривающим слоем связующего металла и имеющего другую часть поверхности стороны или других поверхностей сторон без закупоривающего слоя связующего металла.

2. Способ по п. 1, в котором более высокого парциального давления связующего металла достигают за счет контактирования поверхности стороны или части поверхности стороны заготовки с лотком с обеспечением получения спеченного изделия со стороной или частью стороны, содержащей поверхностный слой, состоящий из связующего металла, при этом другие стороны или часть стороны изделия, которые не контактировали с лотком, подвергают воздействию низкого парциального давления связующего металла с обеспечением отсутствия закупоривания связующим металлом.

3. Способ по п. 1, в котором закупоривающим слоем связующего металла снабжена поверхность по меньшей мере двух сторон изделия.

4. Способ по п. 3, в котором лоток снабжен гребнями, обеспечивающими при размещении заготовки на лотке контакт поверхности двух сторон заготовки с поверхностью лотка.

5. Способ по п. 1, в котором различные парциальные давления связующего металла в течение временного интервала В2 обеспечивают за счет уменьшения давления в устройстве спекания до значения ниже давления в течение временного интервала В1.

6. Способ по п. 1, в котором в течение временного интервала В2 давление Р удовлетворяет условию 0,01 Па≤P≤70 Па.

7. Способ по п. 1, в котором временной интервал В2 начинают с понижения температуры Т ниже температуры затвердевания связующего металла.

8. Способ по п. 7, в котором временной интервал В2 начинают с понижения температуры Т приблизительно на 10°С ниже температуры затвердевания связующего металла.

9. Способ по п. 1, в котором связующий металл содержит кобальт.

10. Способ по п. 1, в котором инертный газ представляет собой аргон в течение временного интервала В1.

11. Способ по п. 1, в котором атмосфера содержит аргон и по меньшей мере один газ, выбранный из группы, включающей монооксид углерода и азот, в течение временного интервала В1.

12. Способ по п. 1, в котором температура ТS спекания находится в диапазоне 1400°С≤ТS≤1500°С, предпочтительно 1430°С≤ТS≤1480°С.

13. Способ по п. 1, в котором толщина закупоривающего слоя связующего металла составляет 1-20 мкм.

14. Спеченное режущее изделие, отличающееся тем, что оно получено способом по любому из пп. 1-13, при этом оно имеет сторону, поверхность которой или часть поверхности которой выполнена с закупоривающим слоем связующего металла, а другая часть поверхности стороны или другие поверхности сторон выполнены без закупоривающего слоя связующего металла.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам твердых спеченных сплавов на основе карбида вольфрама. Может использоваться для изготовления резцов, фрез и другого инструмента.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам материалов, используемых для изготовления изделий, работающих в печах, тепловых агрегатах. Спеченный жаростойкий материал содержит, мас.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам материалов, используемых для изготовления изделий, работающих в печах, тепловых агрегатах. Спеченный жаростойкий материал содержит, мас.

Изобретение относится к получению вольфрамотитановых твердых сплавов. Шихта содержит порошок карбида вольфрама и карбида титана в виде продукта электроэрозионного диспергирования отходов твердого сплава марки Т15К6, который получен в керосине и дистиллированной воде и имеет средний размер частиц 19,692 мкм и 5,118 мкм соответственно.

Изобретение относится к порошку из кермета. Порошок из кермета содержит: a) от 50 до 90 мас.% одного или нескольких твердых веществ и b) от 10 до 50 мас.% металлической композиции матрицы.

Группа изобретений относится к изготовлению поликристаллического материала и изделий, содержащих этот материал для защиты от повреждений. Способ изготовления поликристаллического материала включает получение гранулированной структуры-предшественника, включающей железо, кремний и источник углерода или азота, нагрев структуры-предшественника, нанесение на основу слоя нагретой структуры-предшественника и охлажение слоя структуры-предшественника.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к цементированному карбиду для нефте- и газодобывающего оборудования. Цементированный карбид включает твердую фазу, содержащую WC, и связующую фазу, при этом включает WC и связующую фазу, содержащую в % по весу: 3-11 Ni, 0,5-7 Cr, 0,3-1,5 Мо, более 0 и менее 0,5 Nb и 0-0,2 Со.

Группа изобретений относится к порошковой металлургии, в частности к композиционным вращающимся режущим инструментам и способам их получения. Композитное изделие включает в себя удлиненную часть, состоящую из внешнего участка, содержащего первый цементированный карбид, и внутренний участок, соединенный без флюса с внешним участком и содержащий второй цементированный карбид.
Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к твердым сплавам, в которых в качестве связки используются жаропрочные сплавы. .

Изобретение относится к способам получения тугоплавких карбидов, в частности к изготовлению композитов с керамической матрицей, содержащих тугоплавкие карбиды. .

Изобретение относится к сцинтилляционному составу на основе граната для применения при обнаружении ионизирующего излучения, который может быть использован для обнаружения гамма-квантов в ПЭТ-визуализации.
Изобретение относится к способу получения низкопористого материала на основе карбида бора с пористостью 1-2% при пониженной (ниже 1000°С) температуре спекания. Материал может быть использован для изготовления пластин для бронежилетов, а также различных компонент изделий, требующих повышенной твердости при высоких температурах.

Изобретение относится к замедлителю нейтронов, используемому для нейтронозахватной терапии. Замедлитель нейтронов получают путём наложения и соединения дискообразных деталей, спеченных из порошка фторида магния, которые не имеют трещин и сколов, а имеют высокую относительную плотность.

Изобретение относится к способу получения наноструктурированного керамического материала на основе нитрида кремния Si3N4, модифицированного углеродом. Материал может быть использован для изготовления пластин для бронежилетов, а также различных компонент изделий, требующих повышенную твердость и трещиностойкость.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к технологии изготовления проппантов, предназначенных для использования в качестве расклинивающих агентов при добыче нефти или газа методом гидравлического разрыва пласта.

Изобретение относится к детали, выполненной из керамического материала, такой как подвижная лопатка турбины или неподвижная лопатка направляющего аппарата в составе турбомашины.

Способ относится к технологии производства алюмонитридных керамических деталей плоской конфигурации, изготовленных методом литья шликеров. Первоначально осуществляют отжиг в вакууме при температуре 1300-1400°С в течение 2 часов пластин из пористого графитоподобного нитрида бора, используемых в качестве огнеупорной оснастки при обжиге алюмонитридных деталей при остаточном давлении 10-4 мм рт.ст., нагрев пластин производят в печи со скоростью 300°С/ч, а охлаждение осуществляет вместе с печью до комнатной температуры.

Изобретение относится к технологии керамических материалов и может быть использовано для получения трёхмерных объектов из керамических порошков. Изобретение направлено на сокращение времени, затрачиваемого на послойное электронно-лучевое спекание изделий из керамического порошка при обеспечении однородности нагрева каждого слоя керамического порошка.
Изобретение относится к области неорганической химии, в частности к способу получения прекурсора для синтеза лейкосапфира. Предложенный способ заключается в том, что смесь гидраргиллита с 1÷15 мас.% электрокорунда с размером зерна от 10 до 50 мкм заливают 0,5÷2 мас.% водного раствора соляной кислоты и размешивают до образования композиции из однородной дисперсной фазы, композицию помещают в автоклав, в котором осуществляют гидротермальную обработку при температуре 180÷220°С в течение 4÷26 часов, полученную смесь образовавшегося и электрокорунда сначала греют в муфельной печи на воздухе при температуре не выше 1200°С до полного удаления влаги, далее переносят в вакуумную печь, нагревают и выдерживают при температуре от 1700 до 1800°С в течение 1÷2 часов, полученную керамику затем охлаждают до образования прекурсора.

Изобретение относится к конструкционным изделиям ИК-оптики, обеспечивающим, наряду с основной функцией пропускания излучения в требуемом спектральном диапазоне, защитные функции приборов и устройств от воздействий внешней среды.

Изобретение относится к способу аддитивного изготовления компонента из композиционного материала с металлической матрицей. Способ включает расплавление электронным пучком порошкообразной смеси, которая содержит порошкообразный карбид вольфрама в количестве от 45 до 72 мас.% от массы порошкообразной смеси и порошкообразное связующее в количестве от 28 до 55 мас.% от массы порошкообразной смеси.

Группа изобретений относится к изготовлению спеченного режущего изделия. Спекают заготовку из металлокерамики или цементированного карбида, содержащую углерод и связующий металл. Процесс спекания осуществляют с временными интервалами по температуре и давлению. Обеспечиваются управление процессом спекания и получение спеченного изделия, имеющего поверхность стороны или часть поверхности стороны с закупоривающим слоем связующего металла и имеющего другую часть поверхности стороны или других поверхностей сторон без закупоривающего слоя связующего металла. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 11 ил., 4 пр.

Наверх