Способ изготовления металлокерамических твердых сплавов

 

Класс 40Ъ, 2 № 65067.

СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зареаиспгрировано в Бюро изобретений Госплана СССР

Г.. А. Меерсон

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКИХ ТВЕРДЫХ

СПЛАВОВ

Зггявггсно 16 сентября 19-14 года в Нарксмцветмет за X 1601 (334655) Опубликовано 31 августа 1945 года

Известно, что гв состав металлокерамнческих твердых сплавов, предназначаемых для о5работки сталей, l,åëåñ005pàçíî вводить, помимо карб гда вольфрама и цементирующего металла (кобальта или никеля), также один или несколько готовых сложных карбидов металла IV илн

У группы элементов (титан, цирконий, тантал, ниобий, ванадий).

Однако принятый в существующем производстве способ получеti"иiя этих карбидов путем прокаливания смеси их окислов с углем (сажей) в угольно-трубчатой печи типа Таммана при атмосферном

:..àâëåíèè не обеспечивает получения карбидов в чистом состоянии, так как вследствие высокого сродства металлов IV iH Ч группы элементов к кислороду и азоту их карбиды содержат при меси этих элементов, прочно удерживагощихся в гомогенной кристаллической решетке карбидов.

Введение таких карбидов в состав твердых сплавов затрудняет процесс спекания послед них и на|рушает стандартность состава и с во Йств вследствие происходящего во время спекания выделения газовых примесей. Кроме того необходимость удаления газовых примесей удлиняет в 2 — 3 раза процесс спекания сплава, что затрудняет регулировку режима спекания, с целью получения нужной структуры сплава и, наконец, удаление примеси кислорода в форме СО изменяет в нсопределенных пределах с:..став сплава по углероду, создает нестандартность его свойств.

Для получения сложных кар5ндов металлов 1Ъ и У группы элементов в чистом виде без примесей кислорода известны следчощгге способы.

Первый способ — получение карбидов в вакуумной печи — сложен

:i малопроизводителен.

Второй способ получения карбидов в форме твердого раствора с карбидом вольфрама путем перекристаллизацни посредством вспомогательного расплавленного металла, который затем удаляется растворением, осуществляется следующим образом: вольфрам, уголь и гнеполный карбид титана или тантала и т. (п. вводится в тигель с расплавленным никелем или алюмМHiHpM, в котором происходит,растворение указанных тугоплавких метал№ 65067 лов и углерода. При этом кислород выделяется в форме окиси углерода, а в процессе последующего остывания вольфрам и титан (тантал, ниобий и т. д.) с углеродом выкристаллизовываются в форме кристаллов чистого твердого раствога карбидов (TiC — WC, ТаС вЂ” WC и т. п.). Затем ооразовавшийся слиток обрабатывают царской водкой для,растворения никеля и полученный порошок смешHBBIQT с кобальтовым порошком и подвергают прессовке и спеканию.

Зтот метод требует затраты дорогих материалов — соляной и азотной кислот для растворения пикеля и затраты вспомогательного металла — никеля,или алюминия.

Известен и третий способ получения более чистого и более активного г отношении процесса спекания сложного карбида WC — TiC, состоящий в том, что предварительно полученные в отдельности карбиды вольфрама и титана совместно прокаливаются в течение /; — 1 часа при высокой температуре, с целью образования твердого раствора .(%С вЂ” TiC). Во избежа ние сильного спекания и роста зерен сложного карбида во время его ооразования, .а также для облегчения его дальнейшего дробления, исходные кар6иды (ЪC и Т1С) тщательно отмывают соляной кислотой от примеси железа, к полученному твердому раствору карбида добавляют цеиентирующий металл — кобальт и подвергают смесь мнсгосуточнсгму мокрому размолу в шаровых мельницах.

Однако и этот усложненный „»етод не оказывает существенных изменений в процессе,спекания титано-вольфрамовых сплавов и при данном методе также приходится применять режимы спекания, значительно удлиненные по сравнению гс режимами спекания сплавов.

Предлагаемый настоящим изобретением способ изготовления твер;цых сплавов устраняет указанные недостатки |и обеспечивает высокое качество и однородность продукции, -адновременно значительно упрощая ..технологическую схему и повышая производительность оборудования. .Способ заключается в том, что в первоначальную шихту для изготовления сложного карбида добавляют вспомогательный металл — кобальт или никель в количестве не менее половины содержания этого металла в конечном сплаве. Полученную шихту прокаливают Ia угольном патроне при температуре 1700 †24 С и полученный материал размалыгают в порошок крупностью зерна не более 5 микрон. В ра змолотый продукт дошихтовывают вольфрам и вспомогательный металл и из смеси изготовляют известными приемами металлокерамики твердые сплавы. Этот способ обеспечивает уменьшение газовыделения при спекании сплавов.

Способ илгпострируется на примере изготовления титано-вольфрамового кобальтового, твердого сплава. Исходными веществами служат порошки: двуокиси титана или кисл. родсодержащего неполного карбида титана, вольф рама и кобальта.

Смесь этих порошочков брякетируется в угольном патроне w прокаливается в угольно-труочатой печи типа Таммана в атмосфере водорода при 1700 — 2400 . В результате происходит восстановление двуокиси тит".íà или кислородсодержащего карбида титана,,карбонизация титана и вольфрама и образование твердого ра:створа карбидов за счет их перщристаллизац иы через расплавле нный кобальт, который смачивает m нок рывает жидкой пленкой зерна, карбида. При этом объем кобальтовой фазы увеличивается за счет значительного растворения в нем карбидов при указан ной высокой температуре.

В присутствии вольфрама и кобальта;процесс восстановления двуокиси(т ита на и процесс образования твердого раство1ра кар би дов mal счет перекри сталлиза ц ии через жидкую фазу сильно ускоряются; на проведен ие обо|их этаких процессов la совокуаносты требуется не более! 20 —.40 мигнут, IB зависимости от величины загрузки. После остывания получае вся спеченный блок, состоящий из хорошо перекристаллизованных № 650б7 зерен Чистого твердого раствора карбидов I(WC — TiC), окруженных пленками застывшей, богатой кобальтом, фаризы.

В отличие от ранее описанного метода диффузионного образования сложното титано - вольфрамового карбида путем прокаливания смеси

WC + TiC, предварительно отмытой ст следов цементирующего металла, предлагаемый процесс проводится в присутствия кобальта в качест«е цементирующего металла, что однако не, создает затруднений при последующем раздроблении карсид- ного блока, так как, вследствие совмещения процессов BGññòàíîâëåния окисла титана и образования сложного карбида, во вречя этого процесса происходит газсвыделение, которое создает пористую и хрупкую структуру блока сложного карбида. После раздробления блока на куски, они,псдвергаются ðàçìîлу,в порошок, Ic величиной зере н не более 3 — 5 микрон в шаровой мельнице, футерсванной изнутри, во нзбежа ние натирания железа пластинками твердого сплава с шарами из твердого сплава.

В,составе исходной смеси Т10 +

+Ф вЂ”, Со+С или W — Со+ С соотношение весоз WC: TiC должно быть не менее, чем 3: 1, что аоот«етствует мономолекулярному соотношению карбидов, и не больше, чем ссответств„ющее насыщенному твердому:раствору при температуре карбонизации 2000,:т. е. 5: 1. Таким образом в сучме карбидов доля карбида вольфрама должна составлять от 50 .до 70,о мслярных.

После разчола перенристаллизсванного блока его подвергают анализу на содержание углерода, к шихте добавляют необходимое количество порошка вольфрама для связывания свободного углерода и, в случае необходнмости, карбида вольфрама и кобальта для получения нужного окончательного состава пихты; последняя перемешивается в шаровой мельнице, футерованной ч вердым сплавом.,или резиной, с шара;ми .из твердого .сплава, в присутст1вио инертной жидкости (спи1рт и т..п.), или1 без) нее, и затем смесь после Ic+IIKK ирессуется и спекается как обычно.

Так как все, основные компоненты смеси уже прошли через операцию высокотемпературной обработки и реакции газовыделения закончились, то спекание без газовыделения проходит в 2 — 3 раза быстрее, чем при обычном процессе произpîäñTâà титано-вольфрамовых кеp;I- мических,сплавов. Это создает возможность широкого регулирования режима спекания и позволяет получить нужную мелкозернистую структуру сплава.

Ускорение процесса спекания благоприятствует также и сохранению заданного исходной шихтой состава сплава по углероду, что весьма важно для стабилизации его оптимальных свойств. В обычном же производстве, при длительном соXPaIIeII H VO ePeIIII i" IIe I:"..IIIH стого состояния сплава, происходит взаимодей=твие его компонентов с окружающими газамн (pàçóãëåðîживание, нитрация и т. п.). В предлагаемом же способе спекание протекает весьма бы=трс. поры, в основном, затягиваюTCH г. течение перзых — часа выдержки In макси, альной температуре, что ученьшает возможность изменения состава сплава воздай=твнеч наружных газов.

Описанный метод применим для изготовления аналогичных сплавов, в которых карбид тит;.на частично или полностью заменяется карбидом циркония, ванадия, ниобия. тантала, п êoîà;,üT — никелем.

Предмет изобретения

Спссоб изготовления металлокера, мических твердых сплавов из предварительнд изготовленных сложных карбидов, вольфрама и металлов

IV u V групп периодической системы элементов, отличающийся тем, что, с целью уменьшения, газовыделения при спеканни сплава, в первоначальную шихту для изготовления сложного .карбида добавляют вспомогательный металл — кобальт или никель в количестве не менее половины содержания этого метал¹" б5067

Отв. редактор Д. А. Михайлов

Техн. редактор М. В. Смольяковв

Л43624. Подписано к печати 18/ll-1947 г. Тираж 500 экз. Цена 65 к. Зак. 351

Типография Госпланиздата, им. Воровского, Калуга ла .в конечном продукте, затем эту шихту прокаливают в угольном патроне при температуре 1700 — 2400 С, получен ный материал размалывают в порошок к1рупностью верна не более 5 микрон и после соответствующей,дошихтовки вольфрамом и вспомогательнысми металла ми из этого порошка..изготовляют твердые спла вы,известными приемами металло керамики.