Способ изготовления твердых сплавов и сверхтвердых композиционных материалов

 

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ И СВЕРХТВЕРДЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ, включаю- • щий горячее прессование, отличающийся ""тем, что, с целью повышения качества изделий, горячее прессование ведут в две стадии, причем на первой стадии температура нагрева составляет 1,06-1,15 температуры появления жидкой фазы при давлении 40- 100 кгс/см^, а на второй стадии температуру снижают до 1,06-1,03 температуры появления жидкой фазы, а давление повышают до 100-200 кгс/см^.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 2875230/02 (22) 22.01.80 (46) 07.11.92, Бюл. ¹ 41 (71) Институт сверхтвердых материалов

АН УССР (72) Н.B.Íoâèêîâ, Д.Х.Бронштейн, И.Ф.Вовчановский, А.Л.Красный, Э.С.Симкин, С.И.Скляр и H.В.Цыпин (54)(57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ И СВЕРХТВЕРДЫХ KOMИзобретение относится к изготовлению твердых сплавов и сверхтвердых абраэивосодержащих композиционных материалов на их основе методами порошковой металлургии и может быть использовано при производстве вставок для оснащения бурового инструмента, Известен способ изготовления изделий из твердых сплавов методом горячего прессования.

При прессовании порошкообраэную твердосплавную смесь загружают в графитовую пресс-форму и спекают в ней изделие при 1360-1600 С под давлением 70150 кг/см .

Недостатком этого способа является невозможность получения качественных изделий. Это связано с тем, что из-за.невысокого давления прессования изделия получаются с конечной остаточной пористостью, 4То приводит к снижению физико-механических характеристик и интенсивному разрушению инструмента в процессе его эксплуатации.

Наиболее близким решением. по технической сущности и достигаемому-результату является способ изготовления изделий, содержащих сверхтвердые материалы, вклю,,!Ж„, 839156 Al (st)s В 22 F 3/14, С 22 С 29/00

ПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ, включающий горячее прессование, отличающийся тем, что, с целью повышения качества изделий, горячее прессование ведут в две стадии, причем на первой стадии температура нагрева составляет 1,06-1,15 температуры появления жидкой фазы при давлении 40—

100 кгс/см, а на второй стадии температуру снижают до 1,06-1,03 температуры появления жидкой фазы, а давление повышают до

100 — 200 кгс/см . чающий горячее прессование шихты, состоящей из алмазного порошка и матричного материала, причем нагрев прессуемой шихты осуществляют до 1,06 — 1,15 температуры появления жидкой фазы с выдержкой в нагретом состоянии в течение 0,5 — 2 мин.

Недостатком известного способа является низкое качество получаемых изделий.

Цель изобретения — повышение качества изделий.

С этой целью в описываемом способе изготовления твердых сплавов и сверхтвердых композиционных материалов горячее, прессование ведут в две стадии, причем на первой стадии температура нагрева составляет 1,06 — 1,15 температуры появления жидкой фазы при давлении 40 — 100 кгс/см, а на

2 второй стадии температуру снижают. до

1,03-1,06 температуры появления жидкой . фазы, а давление повышают до 100200 кгс/см .

Выбранный интервал температур и давлений обеспечивает для сплавов на основе карбида вольфрама с различным содержанием кобальта и композиционных материа- . лов на их основе оптимальные свойства после горячего прессования. Так, на первой

839156 учить беспористые иэделия, Для этого повышают давление до величины, исключающей разрушение пресс-формы и выдавливание кобальтовой фазы в зазор между пуансоном и матрицей, а также в поры пресс-формы. С этой целью температуру изделия снижают до величины (1,06-1,03) Тпж.

Нижний предел температуры связан с наличием жидкой фазы и возможностью уплотнять изделия. Уменьшение нагрева до величины 1,02 Тпж вызывает уже необходимость увеличения усилий в 3 — 4 раза, что может привести к разрушению пресс-формы, а при температуре (1,01-1,00)Тпж усадка при горячем прессовании известными способами практически прекращается. Верхний прЕдел температуры нагрева на второй стадии, как уже отмечалось, ограничен жидкотекучестью кобальта, когда утечка кобальтовой фазы превышает 7% от его содержания в исходной шихте. Экспериментально установлено, что на второй стадии температура нагрева составляет для сплава ВК6 1380 С (1,06Тпж). ВК8-13600С: (1,04 Тпж} ВК15-1340"С (1,03 Тпж) а давление не превышает 100 — 200 кгс/см .

Пример. Расчетные навески твердосплавной смеси засыпают в тщательно под35

50 стадии горячего прессования температура нагрева спекаемого изделия находится в пределах 1380 — 1500 С, что составляет 1,061,15 температуры появления жидкой фазы.

Температура появления жидкой фазы для всех марок твердого сплава составляет

7300 С.

Конкретный выбор температуры спекания связан с количеством кобальта в твердом сплаве, Сплавы с относительно 10 большим содержанием кобальта более интенсивно уплотняются, а потому и температура спекания их ниже, чем у сплавов с малым содержанием кобальта. Так, например, сплав марки ВК6 спекается при 1490 С 15 (1,15 Тпж), ВК8 — при 1420 С (1,09 Тпж), а сплав ВК15 — при 1380 С (1,06 Тпж).

При приложении на этОЙ стадии ОтнОсительно высоких давлений происходит выдавливание кобальтовой фазы в зазор 20 между пуансоном и матрицей и поры графитовой пресс-формы, Экспериментально установлено,. что допустимая утечка кобальтовой фазы (77; от исходного его содержания) происходит для сплава марки 25

ВК6 при давлении 100 кгс/см2, ВК880 кгс/см, ВК15-40 кгс/см . Таким образом, допускаемый предел приложения давлений на первой стадии горячего прессования составляет 40 — 100 кгс/см . 30 г

На второй стадии необходимо завершить процесс горячего прессования, полготовленные отверстия графитовой пресс-. формы, затем вставляют металлические пуансоны и производят подпрессовк .

Давление подпрессовки составляет 30 кгс/см .

Затем извлекают металлические пуансоны и вставляют графитовые.

Пресс-форму С заформованными навесками твердосплавной смеси устанавливают íà прессе внутри индуктора таким образом, чтобы зазор между пресс-формой и индуктором составлял 2 — 3 см. Нагрев пресс-формы при горячем прессовании может осуществляться токами высокой частоты (70000 Гц) или токами низкой частоты ("8000 Гц).

Процесс горячего прессования осуществляют в две стадии.

На первой стадии (для сплава марки

BK6) температура нагрева составляет

1490 С (1,15 температуры появления жидкой фазы), на второй стадии температуру снижают до 1380 С (1,06 температуры появления жидкой фазы). На первой стадии давление составляет 100 кФ/см, а на второй: стадии давление повышают до 200 кгс/см2.

Охлаждение пресс-формы со спеченными образцами до температуры 750-800 С, производят на прессе, а затем до комнатной температуры в емкости с песком. После этого образцы извлекают из графитовых прессформ, галтуют для очистки от графита и производят их механическую обработку, На шлифованных образцах измеряют твердость. Плотность определяют методом гидростатического взвешивания, Кроме этого, образцы подвергают механическим испытаниям с целью определения предела прочности и при изгибе и ударной вязкости.

Основные физико-механические свойства материалов, полученных по предложенному способу и известному представлены в таблице.

Как видно из данных, приведенных в таблице механические характеристики (предел прочности при изгибе и ударная вязкость) образцов, изготовленных по технологическим режимам предлагаемого способа значительно выше, чем для образцов, изготовленных по технологическим режимам известного способа.

Так, например, предел прочности при изгибе твердых сплавов марок ВК6 и ВК15 на.15 больше, чем предел прочности при изгибе тех же марок твердых сплавов, изготовленных по технологическим режимам известного способа.

Ударная вязкость сплава ВК6 на 40 больше, а сплава ВК75 в 7,5 раза выше, чем у сплавов тех же марок, изготовленных по известному способу.

839156 технолокичкские режимы корсчете ирессаванил абаацов иа твердых cllll980$ и их фиаикочкеханические csOAcTM.

Составитель

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор E.nàïn

Редактор Л.Письман .

Заказ 544 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Благодаря более высоким значениям механических характеристик образцов из твердых сплавов, изготовленных по предложенному способу, предполагается более эффективная работоспособность инструмента, оснащенного этими вставками.