Способ термической обработки режущих пластин из твердого сплава т5к10
Владельцы патента RU 2759107:
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Оренбургский государственный университет» (RU)
Изобретение относится к металлургии, преимущественно к способам термического упрочнения изделий из твердых сплавов, применяемым для изготовления режущего и бурового оборудования. Способ термической обработки режущих пластин из твердого сплава Т5К10 включает закалку и отпуск. Закалку и отпуск в электролите десятипроцентного раствора соляной кислоты осуществляют от 1 до 3 раз, при этом закалку проводят при температуре 1100±25°С с выдержкой 3±1 мин, а отпуск - при температуре 600±5°С с выдержкой 30±1 мин. Обеспечивается повышение механических свойств. 3 ил., 4 табл.
Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно к способам термического упрочнения изделий порошковой металлургии, в частности к изделиям твердых сплавов, применяемым для изготовления режущего и бурового оборудования.
Известен способ термической обработки изделий из карбидсодержаших твердых сплавов с помощью закалки [Лошак М.Г. Прочность и долговечность твердых сплавов. - Киев: Наукова думка, 1984. - 218 с.], при котором температура закалки всегда выбирается ниже температуры эвтектики компонентов твердого сплава: монокарбида вольфрама и цементирующей кобальтовой связки. Недостатками известного способа являются малая степень упрочнения режущих пластин из твердых сплавов и низкая стойкость их к воздействию ударных нагрузок.
Наиболее близким к заявляемому способу является cпособ закалки изделия из твердого сплава на основе карбида вольфрама, включающий нагрев изделия под закалку до температуры выше 1100°С и охлаждение в 8-10% водном растворе полимера ПК-М, отличающийся тем, что нагрев осуществляют токами высокой частоты, а охлаждение проводят с использованием спрейерного устройства [Патент 2356693 заяв. 10.22.2007, опубл.27.05.2009. Бюл. № 16. Т.Н.Осколкова (прототип)].
Таким образом, сущность изобретения состоит в том, что в способе закалки твердого сплава на основе карбида вольфрама, включающем нагрев твердого сплава в готовом изделии выше 1100°C с помощью ТВЧ, его охлаждении в водополимерном растворе ПК-М с концентрацией 8-12%, в качестве способа охлаждения используют спрейерное (душевое) устройство. Недостатками известного способа являются:
- относительно малая степень упрочнения режущих пластин из твердых сплавов:
- низкая стойкость режущих пластин из твердых сплавов.
Заявляемое изобретение направлено на увеличение степени упрочнения и стойкости к воздействию ударных нагрузок.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение механических свойств твердых сплавов нагревом и охлаждением в электролите (нагрев осуществляют от 1 до 3 раз) твердых сплавов после спекания, что увеличивает стойкость твердых сплавов.
Техническая задача решается тем, что способ термической обработки режущих пластин из твердого сплава Т5К10, включающий закалку и отпуск, отличающийся тем, что закалку и отпуск в электролите десяти процентного раствора соляной кислоты осуществляют от 1 до 3 раз, при этом закалку проводят при температуре 1100±25°С с выдержкой 3±1 мин, а отпуск - при температуре 600 ±5°С с выдержкой 30±1 мин.
Для пояснения способа на фиг.1 показана установка, разработанной на кафедре материаловедения и технологии материалов ОГУ, состоящей из герметичной емкости из электроизоляционного материала, блока питания с выключателем, на фиг.2 показан график изменения твердости твердосплавных пластин Т5К10 в зависимости от количества раз проведения цикла: закалки от температуры 1100ºС, выдержки 3 минуты с охлаждением на воздухе, с последующим отпуском при температуре при 600оС, выдержка 30 минуты, на фиг.3 показана микроструктура твердого сплава Т5К10 после однократного нагрева в электролите (Тз=1100º С-3 мин/ охлаждение на воздухе, Тотп= 600º С - 30 мин), 1577 НV, износ 0,04 мм, а - увеличение 640, б - увеличение 1280, на фиг.4 - микроструктура твердого сплава Т5К10 после ), двукратного(Тз=1100º С-3 мин/ охлаждение на воздухе, Тотп= 600º С - 30 мин; Тз=1100º С-3 мин/ охлаждение на воздухе, Тотп= 600º С - 30 мин), 1729 НV, износ 0,06 мм, а - увеличение 640, б - увеличение 1280, на фиг.5 - микроструктура твердого сплава Т5К10 после ), трехкратного (Тз=1100º С-3 мин/ охлаждение на воздухе, Тотп= 600º С - 30 мин; Тз=1100º С-3 мин/ охлаждение на воздухе, Тотп= 600º С - 30 мин; Тз=1100º С-3 мин/ охлаждение на воздухе, Тотп= 600º С - 30 мин), 1690 НV, износ 0,08 мм, а - увеличение 640, б - увеличение 1280.
Способ осуществляют следующим образом:
До и после однократного ( Тз=1100º С-3 мин/ охлаждение на воздухе, Тотп= 600º С - 30 мин), двукратного(Тз=1100º С-3 мин/ охлаждение на воздухе, Тотп= 600º С - 30 мин; Тз=1100º С-3 мин/ охлаждение на воздухе, Тотп= 600º С - 30 мин), трехкратного (Тз=1100º С-3 мин/ охлаждение на воздухе, Тотп= 600º С - 30 мин; Тз=1100ºС-3 мин/ охлаждение на воздухе, Тотп= 600º С - 30 мин; Тз=1100º С-3 мин/ охлаждение на воздухе, Тотп= 600º С - 30 мин ) нагрева образцов в десяти процентном растворе соляной кислоты и охлаждения на воздухе были определены твердость и износ при резании по задней и передней поверхности (таблица 1).
Таблица 1
| Вид термообработка образца |
Диагональ отпечатка dотп, мм | HV | ||
| тек. | сред. | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Исходный | 0,113 0,115 0,113 |
1510 1458 1510 |
1493 | |
| Закалка с нагревом в электролите (однократная) |
0,114 0,112 0,114 |
15384 1587 1534 |
1552 | |
| отпуск | 0,117 0,119 0,119 |
1608 1561 1561 |
1577 | |
| Закалка с нагревом в электролите (двукратная) |
0,108 0,105 0,104 |
1653 1749 1783 |
1728 | |
| отпуск | 0,112 0,111 0,114 |
1737 1765 1684 |
1729 | |
| Закалка с нагревом в электролите (трехкратный) |
0,110 0,106 0,106 |
1593 1716 1716 |
1675 | |
| отпуск | 0,109 0,109 0,111 |
1690 1685 1595 |
1690 |
Характеристика исследуемых образцов после закалки в электролите приведены в таблице 2.
Таблица 2
| Режим | Т15К6 |
| однократная | Твёрдость увеличилась на 5 % |
| двухкратная | Твёрдость увеличилась на 13 % |
| трехкратная | Твёрдость увеличилась на 11,6 % |
Результаты исследований на данном этапе показали, что закалку и отпуск в электролите эффективно проводить для сплава Т5К10. С увеличением количества раз закалки твердость увеличивается незначительно.
Температура нагрева в электролите составляла ~ 1100 - 1150 °С. Как показали результаты исследований, термообработка с нагревом в электролите е обеспечивает стабильность свойств, режущие свойства уменьшились в 2-3 раза по сравнению с исходным сплавом.
После проведения закалки в электролите твёрдого сплава Т5К10 были приготовлены шлифы и изучены микроструктуры данного сплава при различных увеличениях. Изучение микроструктуры твердосплавных пластин проводили на металлографическом микроскопе Altamy Met 3 с последующим фотографированием микроструктуры на цифровом фотоаппарате (фиг.3).
Твёрдый сплав Т5К10 при увеличении количества циклов (закалка, отпуск) меняет свою микроструктуру следующим образом: происходит насыщение кобальтовой связки вольфрамом и титаном, которое ведет к увеличению количество тёмной фазы -β-кобальт, что ведёт к повышению твёрдости образцов (фиг.3- микроструктура твердого сплава Т5К10 после нагрева в электролите (Тз=1100º С-3 мин, Тотп= 600º С - 30 мин), 15384 НV, износ 0,04 мм, а - увеличение 640, б - увеличение 1280.
Влияние закалки в электролите на износ поверхности (таблица 3) твёрдого сплава Т5К10 изучен в следующей серии экспериментов. Резание проводилось торцевым точением от центра к периферии n= 400, t = 1 час, s =0,1 мм/об. С увеличением количества раз с 1 до 3 износ задней грани твёрдого сплава Т5К10 увеличился с 0,04 до 0,08 мм.
Таблица 3
| Марка материала |
Вид обработки | Предел прочности, МПа |
Твердость, НV |
Износ при резании на шлифованной грани, мм | Износ при резании на не шлифованной грани, мм | ||
| задняя поверхность | передняя поверхность | задняя поверхность | передняя поверхность | ||||
| Т15К6 | Исходный | 1500 | 1493 | 0,45 | 0,59 | 0,3 | 0,15 |
| Закалка с нагревом в электролите (однократная) |
2010 | 1577 | 0,04 | 0,1 | 0,06 | 0,08 | |
| Закалка с нагревом в электролите (двукратная) |
2200 | 1726 | 0,06 | 0,1 | 0,07 | 0,08 | |
| Закалка с нагревом в электролите (трехкратная) |
2150 | 1690 | 0,08 | 0,15 | 0,1 | 0,12 |
Проанализировали результаты проведённых экспериментальных работ по повышению механических и эксплуатационных свойств твёрдого сплава групп ТК и дали сравнение с прототипом (таблица 4). Была проведена термообработка с нагревом образцов в электролите: Тз=1100º С-3 мин/ охлаждение на воздухе, Тотп= 600º С - 30 мин от 1 до 3 рат. Твёрдость увеличилась на 13 %, износ уменьшился в 4 - 6 раз.
Таблица 4
Способ термической обработки режущих пластин из твердого сплава Т5К10, включающий закалку и отпуск, отличающийся тем, что закалку и отпуск в электролите десятипроцентного раствора соляной кислоты осуществляют от 1 до 3 раз, при этом закалку проводят при температуре 1100±25°С с выдержкой 3±1 мин, а отпуск - при температуре 600±5°С с выдержкой 30±1 мин.
