Способ борирования твердых сплавов

 

Изобретение относится к порошковой металлургии. Цель изобретения - снижение температуры спекания и уменьшение склонности к коагуляции карбидной фазы. Перед спеканием порошков карбидов тугоплавких металлов с борсодержащёй кобальтовой связкой карбиды сначала плакируют кобальтом , а затем сплавом кобальт - бор, содержащим 0,01-1 мас.% бора. 3 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з В 22 F 3/24, 3/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ь)

4 О (л ) (21) 4812517/02 (22) 14.02.90 (46) 23.04.92. Бюл. М 15 (71) Днепродзержинский индустриальный институт им, М. И. Арсеничева и Днепродзержинское производственное объединение "Приднепровский химический завод" (72) Ю. И. Коковихин, А. Б. Лысенко, А. А. Толок, Н, Н. Козина, И. С, Решетняк, Ю. Ф. Коровин, И. В. Домов и А. П. Мухачев (53) 621.762.5(088,8) (56) Заявка Франции М 2479267, кл. С 22

С 29/00, 02.10.81.

Жебко Р. Г. и др. Твердые сплавы повышенной износостойкости с микроприсадками бора. — Станки и инструменты, 1975, N .

1, с. 27-28.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к производству спеченных сплавов с повышенной износостойкостью, и может быть использовано при изготовлении инструмента и деталей машин, работающих в условиях интенсивного изнашивания.

Известен способ борирования твердосплавных изделий, по которому поверхностные слои спеченного сплава WC — Со подвергают диффузионному насыщению бором в газовой смеси 2ВС!з+ЗН2+НС! при

850 — 925 С в течение нескольких часов, в зависимости от требуемой глубины борированного слоя (20 — 80 мкм), Детали с борированной этим способом поверхностью отличаются повышенной износостойкостью при рабочей температуре до 700 С. Недо„„GLED „„1727950 А1 (54) СПОСОБ БОРИРОВАНИЯ ТВЕРДЫХ

СПЛАВОВ (57) Изобретение относится к порошковой металлургии, Цель изобретения,— снижение температуры спекания и уменьшение склонности к коагуляции карбидной фазы. Перед спеканием порошков карбидов тугоплавких металлов с борсодержащей кобальтовой связкой карбиды сначала плакируют кобальтом, а затем сплавом кобальт — бор, содержащим 0,01-1 мас. б6о0р а, 3 табл. статком способа является небольшая толщина упрочненного борированного слоя.

Известен также способ объемного борирования спеченных твердых сплавов, по которому порошок бора, нитрида или карбида бора в количестве 0,01-1 мас.% относительно массы карбидной фазы смешивают с порошками карбида Мо или другого переходного металла, отличного от W, а также металлической связки из металлов группы

Fe и подвергают последующему спеканию при 1380-1500 С. Недостатком способа являются относительно высокие температуры спекания и склонность к коагуляции карбидной фазы, Наиболее близким к изобретению является способ легирования металлической связки твердых сплавов на основе карбида

W бором в количестве 0,05-0.5 по отноше1727950 нию к массе кобальтовой связки. В этом способе аморфный элементарный бор всухую смешивают с твердосплавной смесью, после чего пропитывают пластификатором, прессуют и спекают в атмосфере водорода при 1360-1450 С. Микродобавки бора в количестве 0,05;.0,07 мас.$ повышают твердость сплавов ВК 6 — ВК 15 на 0,5-1 ед.

HRC и прочность на изгиб на 100 — 170

МПа. Недостатками способа являются необходимость длительного перемешивания компонентов, относительно высокие температуры спекания, потеря прочностных характеристик при концентрации бора свыше

0,07 мас, %.

Цель изобретения — снижение температуры спекания и уменьшение склонности к коагуляции карбидной фазы.

Поставленная цель достигается тем, что в способе борирования твердых сплавов, включающем спекание порошков карбидов тугоплавких металлов с борсодержащей кобальтовой связкой, перед спеканием карбиды сначала плакируют кобальтом, а затем сплавом кобальт-бор, содержащим 0,01—

1 мас. бора.

Способ осуществляется следующим образом, Исходные порошки карбидов плакируют кобальтом методом химического осаждения из водных растворов, содержащих в качестве восстановителя гидразингидрат, а также хлорид или сульфид кобальта и комплексообразователь. Процесс осаждения ведут в щелочной среде при

50 — 55 С. Порошок, покрытый слоем кобальта, извлекают из ванны, промывают дистиллированной водой и загружают в раствор для нанесения борсодержащей оболочки, включающей хлорид или сульфат кобальта, борогидрид натрия или калия, буферную добавку, комплексообразователь и стабилизатор. Процесс ведут в щелочной среде при

90-95 С.

Для изменения относительного количества металлической связки М задают различную толщину двухслойной оболочки Лу, В табл. 1 представлены отношения Лм к размеру карбидной фазы бк, обеспечивающие достижения заданных значений М при использовании в качестве твердой фазы карбидов циркония, гафния и вольфрама.

Содержание бора в связке варьируют путем изменения толщины борсодержащего (Aced-в) и металлического (bc ) слоев оболочки. Значения Лсо-в/Лсо, используемые для получения шести уровней концентрации бора в связке, приведены в табл. 2.

После завершения процессов химического осаждения композиционный порошок с двухслойной оболочкой промывают дистиллированной водой и высушивают в сушильном шкафу при 70-80 С. Затем порошок смешивают с пластификатором, 5 прессуют в изделие заданной формы под давлением 80 — 100 МПа и спекают в вакууме или атмосфере водорода при 1200 — 1350 С.

Пример 1. Исходный порошок карбида вольфрама с размерами основной массы

10 карбидных зерен 4 — 6 мкм загружают в ванну для химического кобальтирования следующего состава, г/л: хлорид кобальта 5; гидразингидрат 2; аммиак (25 -ный) 300—

350 мл/л; трилон Б 2; рН 12 — 14, температура

15 ведения процесса 53 С. Скорость процесса кобальтирования — 0,04 мкм!мин, время осаждения для получения оболочки толщиной 0,48 мкм — 12 мин, Порошок извлекают из ванны, промывают дистиллированной во20. дой и загружают в ванну для химического осаждения внешней оболочки из сплава

Со — В. Состав ванны, г/л; хлорид кобальта

20; борогидрид натрия 1; гидроксид натрия 40; лимоннокислый натрий 100; эти25 лендиамин 60; хлористый аммоний 10; рН

14, температура ванны 60 С. Скорость осаждения покрытий Со — B с содержанием

5 мас. % В 0,013 мкм/мин, время осаждения 0,5 мин. Получают соотношение тол30 щины борсодержащего и кобальтового слоев 5со-в/Лсо= 0,014, обеспечивающее концентрацию бора в металлической связке

0,07 мас., Процессы химического осаждения ве35 дут при объемной концентрации частиц в растворе 0,2% и интенсивном перемешивании ванны.

Порошок с двухслойной оболочкой извлекают из ванны, промывают дистиллиро40 ванной водой и высушивают в термошкафу при 80 С, Высушенный композиционный порошок смешивают с раствором синтетического каучука в бензине, прессуют в иэделия

45 заданной формы при 80 МПа и спекают в вакууме при 1330 С в течение 1 ч, Пример 2, В условиях примера 1 время осаждения кобальтового покрытия составляет 11 мин. а время нанесения внеш50 ней оболочки из сплава СомВ -3,6 мин.

Получают концентрацию бора в металлической связке 0,5 мас, . Температура спекания композиционного порошка 1270 С.

Полученные предлагаемым способом

55 порошки состоят из твердого ядра — карбида вольфрама, внутренней оболочки иэ чистого кобальга и внешней оболочки иэ сплава СоиВи. Химический состав композиционного порошка соответствует формуле И/Сз(Со1-хВ,)15, где х — 0,0001+0,01.

1727950

Таблица 1 аблица

Таблица

B табл. 3 приведены данные о химическом составе, температуре спекания, механических свойствах и размере зерен карбидной фазы. Как видно из данных табл.

3, предлагаемый способ имеет более низкий температурный режим спекания борирования твердых сплавов, обусловленный тем, что температура плавления внешней оболочки из сплава Со — В не превышает 1200 С; уменьшается склонность к росту карбидной фазы при спекании за счет исключения контактного взаимодействия карбидных частиц и сокращения длительности процессов перекристаллизации через жидкую фазу, Кроме того, использование композиционного порошка для производства борированных твердых сплавов позволяет исключить из технологического процесса операцию перемешивания исходных компонентов, длительность которой в известном способе составляет 1-3 сут.

Повышение концентрации бора в металлической связке (свыше 1 мас. ) приводит к ухудшению комплекса механических и эксплуатационных свойств вследствие ох5 рупчивания твердых сплавов. Введение в состав связки бора в количествах менее

0,01 мас. нецелесообразно, так как при атом не происходит заметного упрочнения и снижения температуры спекания твердых

10 сплавов, Формула изобретения

Способ борирования твердых сплавов, включающий спекание порошков карбидов тугоплавких металлов с борсодержащей ко15 бал ьтовой связкой, отличающийся тем, что, с целью снижвния температуры спекания и уменьшения склонности к коагуляции карбидной фазы, перед спеканием карбиды сначала плакируют кобальтом, а затем спла20 вом кобальт-бор, содержащим 0,01 — 1 мас. бора.

1727950

Продолжение табл, 3

Составитель Ю, Коковихин

Техред M.Moðãåíòàë Корректор Н. Ревская

Редактор Г. Бельская

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

Заказ 1364 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5