Способ изготовления изделий из спеченного твердосплавного материала

 

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к технологии получения твердых сплавов, и может быть использовано для изготовления металлорежущего инструмента и обработки преимущественно колесных пар подвижного состава железных дорог. Порошки карбида вольфрама, сложного титано-вольфрамого карбида, карбида тантала, карбида хрома и кобальта подвергают совместному смешиванию и размолу в шаровой мельнице в этиловом спирте. Высушенную смесь замешивают на 4,5% растворе каучука в бензине, затем формуют заготовки режущих пластин и проводят двухступенчатое спекание при 650 и 1530^oC. При этом порошки карбида тантала и карбида хрома предварительно измельчают до размера зерна 0,2-0,4 мкм.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к технологии получения твердых сплавов, и может быть использовано для изготовления металлорежущего инструмента и обработки преимущественно колесных пар подвижного состава железных дорог.

Известен способ изготовления износостойких деталей, включающий приготовление шихты износостойкого слоя смешиванием порошков карбида титана и никеля, приготовление шихты подложки на основе порошка технического и карбонильного железа, совместное прессование слоев и их последующее спекание (см. , например, описание изобретения к патенту Российской Федерации N 2000169, кл. B 22 F 1/00, 1993).

Недостатком способа является плохая обрабатываемость полученных изделий, относительно низкая износостойкость и возможность засорения продуктов переработки.

Известен также способ получения мелкозернистого спеченного твердого сплава, включающий смешивание порошка карбида вольфрама с порошком кобальта совместным размолом, формование и спекание (см., например, авт. св. СССР N 1748935, кл. B 22 F 1/00, 1989).

Недостатком известного способа является сравнительно низкая эксплуатационная стойкость режущего инструмента, изготовленного из твердого сплава, что обусловлено недостаточными твердостью и прочностью твердого сплава.

Наиболее близким из известных по своей технической сущности и достигаемому результату является выбранный в качестве прототипа способ изготовления изделий из спеченного твердосплавного материала, включающий совместный размол и смешивание порошков карбида вольфрама, сложного титано-вольфрамо-танталового карбида и кобальта, формование и спекание (см., например, Современные инструментальные материалы на основе тугоплавких соединений. Сборник научных трудов ВНИИТС. - М.: Металлургия, 1985, с. 46 - 49).

Недостаток данного способа состоит в том, что сплавы для изготовления изделий обладают пониженными величинами прочности и пластической деформации, а следовательно, и низкой стойкостью при резании с ударными и знакопеременными нагрузками.

Сущность заявляемого изобретения выражается в совокупности существенных признаков, достаточных для достижения обеспечиваемого данным изобретением технического результата, который заключается в повышении эксплуатационной стойкости сплава при ударных и знакопеременных нагрузках.

Заявленная совокупность существенных признаков находится в прямой причинно-следственной связи к достигаемому результату.

Новизна предложенного способа усматривается в том, что для изготовления изделий используют порошок карбида тантала в виде простого карбида в заданном соотношении с порошком карбида хрома, причем эти порошки подвергают предварительному измельчению до размера зерна 0,2 - 0,4 мкм.

Сравнение заявленного способа с прототипом позволило установить соответствие его критерию "новизна", т.к. он не известен из уровня техники.

Заявленный способ является промышленно применимым существующими техническими средствами и соответствует критерию "изобретательский уровень", т.к. явным образом не следует из уровня техники, при этом из последнего не выявлено каких-либо преобразований, характеризуемых совокупностью существенных признаков, на достижение указанного технического результата.

Таким образом, заявляемый способ соответствует установленным критериям патентоспособности изобретения.

Других известных технических решений аналогичного назначения с подобными существенными признаками заявителем не обнаружено.

Предложенный способ осуществляют следующим образом.

Из взятых в необходимом соотношении порошков карбида вольфрама, сложного титано-вольфрамового карбида, карбида тантала, карбида хрома совместным мокрым размолом с порошком кобальта готовят шихту. Из шихты прессуют заготовки необходимых форморазмеров и спекают их при соответствующих температурах.

Зерна карбида тантала обладают значительно большей пластической деформацией и меньшей хрупкостью, чем зерна сложного титано-вольфрамо-танталового карбида. Это приводит к повышению величины пластической деформации сплава, т.е. к повышению сопротивляемости сплава ударным нагрузкам, а следовательно, и к повышению эксплуатационной стойкости. Этому способствует также и очень равномерное распределение зерен карбида тантала в объеме сплава вследствие его предварительного измельчения до размера зерен 0,2 - 0,4 мкм.

Порошок карбида хрома в определенном соотношении с карбидом тантала в процессе спекания сплава, растворяясь в кобальтовой фазе, повышает крипоустойчивость кобальтовой фазы и сплава в целом. При этом в процессе резания при возникновении весьма высоких температур, доходящих до 1000 - 1200^oC, в зоне контакта резца с обрабатываемым материалом значительно уменьшается деформация режущей кромки инструмента, т.е. повышается эксплуатационная стойкость сплава.

Использование порошка карбида тантала и порошка карбида хрома в определенных соотношениях необходимо для того, чтобы сохранить повышенную пластическую деформацию сплава при одновременном повышении крипоустойчивости режущей кромки режущего инструмента.

Пример. Готовили шихту сплава T1 из указанных порошков, взятых в следующих соотношениях, мас.%: Карбид вольфрама - 72,9 Сложный титано-вольфрамовый карбид - 17,3 Карбид тантала + карбид хрома - 3,8 Кобальт - 6,0 Мокрый размол смеси проводили в шаровых мельницах в этиловом спирте при соотношении массы шаров к массе смеси 3:1 в течение 96 ч. Сушку смеси проводили в дистилляторе при 70 - 90^oC. Высушенную смесь замешивали на 4,5% растворе каучука в бензине и сушили также при 70 - 90^oC. Из смеси формовали заготовки режущих пластин и проводили двухступенчатое спекание при температурах соответственно 650 и 1530^oC.

Применение предложенного способа несомненно повышает эксплутационную стойкость изделий, подвергаемых действию значительных ударных и знакопеременных нагрузок.

Формула изобретения

Способ изготовления изделий из спеченного твердосплавного материала, включающий совместное смешивание и размол порошков карбидосодержащих компонентов сплава вольфрама, титана и тантала с кобальтом, формирование и спекание, отличающийся тем, что в качестве карбидосодержащих компонентов смеси сплава используют порошки карбида вольфрама, сложного титановольфрамового карбида, карбида тантала и дополнительно вводят порошок карбида хрома, причем порошки карбида тантала и карбида хрома подвергают предварительному измельчению до размера зерна 0,2 - 0,4 мкм.