Способ изготовления твердого сплава на основе карбида вольфрама и сложного карбонитрида титана-тантала-вольфрама

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению инструментальных твердых сплавов. Может использоваться для изготовления режущего инструмента для обработки труднообрабатываемых сплавов и сталей. Способ изготовления твердого сплава включает синтез сложного карбонитрида Ti1-x-yTayWxC1-nNn, где х=0,2-0,8, y=0,1-0,5 и n=0,2-0,5, из тонкомолотой смеси карбида вольфрама, карбида тантала, нитрида тантала, карбида титана и нитрида титана в среде азота при 1800-2000°С. Затем готовят исходную шихту, содержащую 8-13 мас.% кобальта, карбид вольфрама и сложный карбонитрид в соотношении 1:4-4:1, соответственно. Пластифицированную шихту прессуют, сушат и спекают в вакууме при 1400-1450°С. Техническим результатом является повышение механической прочности при сохранении твердости. 1 табл.

 

Изобретение относится к производству твердых сплавов инструментального назначения и может быть использовано преимущественно для изготовления режущего инструмента с повышенными требованиями по износостойкости при обработке резанием труднообрабатываемых сталей и сплавов.

Известен ряд решений по технологии твердых сплавов с использованием в виде основы или как одного из компонентов сложных карбидов переходных металлов, преимущественно, титана и тантала [Третьяков В.И. Основы металловедения и технологии производства спеченных твердых сплавов. - М.: Металлургия, 1976. - с.105-160].

В патенте Германии №4423451 предлагается твердый сплав со связкой 5-25 мас.% Со и/или Ni и с 95-75 мас.% карбонитрида, содержащего от 30 до 60 мас.% Ti, от 5 до 25 мас.% W, от 5 до 15 мас.% Та, и дополнительно может содержать Nb, Мо, V, Cr, Hf и/или Zr. При этом соотношение N/(C+N) составляет 0,15-0,7. Недостатком известного способа является низкая прочность сплава.

В патенте России №2040572 с целью повышения эксплуатационной стойкости режущего инструмента при черновом точении предлагается твердый сплав следующего состава (мас.%): 1,2-13,6 Ni; 4,5-24,8 Со; 0,005-3,2 Мо; 0,01-14,7 W; 2,3-30,8 сложного карбонитрида WxMOyTizTakCdNe, карбонитрид титана - остальное, при x=0,28-0,91; y=0,005-0,46; z=0,005-0,077; k=0,008-0,255; d=0,34-0,995; e=0,005-0,66; x+y+z=1,0. Сплав имеет следующие механические свойства: σизг=1600-2320 МПа, твердость 89,0-92,8 HRA, Ay=0,25-0,78 кг/см2. При резании металлов износостойкость повышается в 1,3-6,8 раз. Недостатком сплава является низкая твердость при высоком содержании металл-связки, необходимом для получения большой прочности.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ, предложенный в патенте США №6325838, опубликованный 4 декабря 2001 г. (приоритет фирмы "Sandvik AB", Швеция от 3 мая 1999 г.). Для получения твердого сплава, используемого как материал вставки в режущем инструменте для токарной обработки металлов, предлагается использовать карбонитрид титана как основу, содержащую Ti, Та, W, С, N. Соотношение N/(C+N) составляет 0,25-0,50 в мольн. долях. Кроме того, в исходную шихту сплава в качестве металл-связки добавляется кобальт (12-16 мас.%). Предлагаемый по известному способу твердый сплав, содержащий Ti (С, N), WC, ТаС и Со, содержит (% мас.): W - 3,6%, Ti - 35,9%, Та - 4,2%, Со - 12,4% при соотношении N/(C+N)=0,38. Сплав спекали при 1420°С, предел прочности при изгибе составил 1800 МПа, твердость по Виккерсу - 16 ГПа.

К недостаткам этого способа относится недостаточно высокая механическая прочность (1800-1900 МПа), что ограничивает области применения режущего инструмента.

Целью предлагаемого технического решения является увеличение механической прочности твердого сплава при сохранении требуемого уровня твердости.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в предлагаемом способе изготовления твердого сплава на основе карбида вольфрама и сложного карбонитрида титана-тантала-вольфрама, включающем введение в исходную шихту кобальта, тонкий помол смеси исходных компонентов, прессование пластифицированной шихты, сушку и спекание заготовок в вакууме при Т=1400-1450°С, предварительно синтезируют сложный карбонитрид титана-тантала-вольфрама с общей формулой Ti1-x-yTayWxC1-nNn, где x=0,2-0,8, y=0,1-0,5 и n=0,2-0,5, из тонкомолотой смеси карбида вольфрама, карбида тантала и нитрида тантала, карбида титана и нитрида титана в среде азота при 1800-2000°С, а в исходную шихту вводят 8-13% мас. кобальта при массовом соотношении карбида вольфрама и сложного карбонитрида 1:4-4:1 соответственно.

Предлагаемые сплавы обладают твердостью по Виккерсу HV=17-18 ГПа, прочностью при изгибе 2000-2400 МПа и высокими показателями режущих свойств.

Примеры осуществления предлагаемого способа.

Пример 1.

Предварительный синтез карбонитрида титана-тантала-вольфрама с общей формулой Ti0,3Ta0,5W0,2C0,5N0,5 из расчета на 1 кг производится из 253,3 г карбида вольфрама по ТУ 6-09-4694-78, 58,3 г карбида титана по ТУ 6-09-492-75, 60 г нитрида титана по ТУ 6-09-112-75, 187 г карбида тантала по ТУ 6-09-5947-69 и 441,2 г нитрида тантала ТУ 6-09-5897-69 при температуре 1800°С в среде азота. Шихта твердого сплава состоит из одной части карбида вольфрама по массе и трех частей сложного карбонитрида, дополнительно содержит 13 мас.% кобальта. Температура спекания в вакууме 1400°С. Полученный твердый сплав имеет прочность при изгибе 2200 МПа и твердость по Виккерсу 16 ГПа.

Пример 2.

Предварительный синтез карбонитрида титана-тантала-вольфрама с общей формулой Ti0,1Ta0,1W0,8C0,8N0,2 из расчета на 1 кг производится из 859,1 г карбида вольфрама по ТУ 6-09-4694-78, 3,3 г карбида титана по ТУ 6-09-492-75, 30,7 г нитрида титана по ТУ 6-09-112-75, 6,7 г карбида тантала по ТУ 6-09-5947-69 и 100,2 г нитрида тантала ТУ 6-09-5897-69 при температуре 2000°С в среде азота. Шихта твердого сплава состоит из трех частей карбида вольфрама по массе и одной части сложного карбонитрида, дополнительно содержит 8 мас.% кобальта. Температура спекания в вакууме 1450°С. Полученный твердый сплав имеет прочность при изгибе 2000 МПа и твердость по Виккерсу 17 ГПа.

Пример 3.

Предварительный синтез карбонитрида титана-тантала-вольфрама с общей формулой Ti0,15Ta0,35W0,5C0,65N0,35 из расчета на 1 кг производится из 559 г карбида вольфрама по ТУ 6-09-4694-78, 25,7 г карбида титана по ТУ 6-09-492-75, 26,7 г нитрида титана по ТУ 6-09-112-75, 82,6 г карбида тантала по ТУ 6-09-5947-69 и 306 г нитрида тантала ТУ 6-09-5897-69 при температуре 1900°С в среде азота. Шихта твердого сплава состоит из одной части карбида вольфрама по массе и одной части сложного карбонитрида, дополнительно содержит 10,5 мас.% кобальта. Температура спекания в вакууме 1425°С. Полученный твердый сплав имеет прочность при изгибе 2400 МПа и твердость по Виккерсу 18 ГПа.

Данные по физико-механическим показателям твердых сплавов по примерам 1-3 и по прототипу приведены в таблице.

Заявляемый способ позволяет получать высокопрочный и твердый материал для изготовления режущего инструмента, обладающего пониженной адгезией к обрабатываемому материалу и, как следствие, снижением температуры в зоне контакта с режущей кромкой.

Таблица
№ примераЗначения коэффициентов x, y и n в формуле сложного карбонитрида Ti1-x-yTayWxC1-nNnТемпература синтеза сложного карбонитрида,°ССоотношение WC/сл. карбонитрид в твердом сплавеСодержание кобальта в твердом сплаве, мас.%Температура спекания твердого сплава, °СПредел прочности при изгибе, МПаТвердость по Виккерсу, ГПа
xyn
10,200,500,5018001:4131400220016
20,800,200,2020004:181450200017
30,500,350,3519001:110,51425240018
прототип-----12,41420180016

Способ изготовления твердого сплава на основе карбида вольфрама и сложного карбонитрида титана-тантала-вольфрама, включающий введение в исходную шихту кобальта, тонкий помол смеси исходных компонентов, прессование пластифицированной шихты, сушку и спекание заготовок в вакууме при Т=1400-1450°С, отличающийся тем, что предварительно синтезируют сложный карбонитрид титана-тантала-вольфрама общей формулы Ti1-x-yTayWxC1-nNn, где х=0,2-0,8, y=0,1-0,5 и n=0,2-0,5, из тонкомолотой смеси карбида вольфрама, карбида тантала, нитрида тантала, карбида титана и нитрида титана в среде азота при 1800-2000°С, а в исходную шихту вводят 8-13 мас.% кобальта при массовом соотношении карбида вольфрама и сложного карбонитрида 1:4-4:1 соответственно.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению инструментальных твердых сплавов. .
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к составам материалов для нанесения износостойких покрытий методами газотермического напыления. .

Изобретение относится к жаропрочным материалам для изготовления инструментов, применяемых при обработке давлением, резанием, для абразивной обработки, сохраняющим жаропрочность при 2300С.

Изобретение относится к композиционным материалам. .

Изобретение относится к способу получения порошка из кермета, состоящего из карбидотитановой основы и карбидов, нитридов и/или боридов IVb, Vb и VIb подгрупп Периодической системы, включающий использование в качестве исходных веществ оксидов титана и элементов подгрупп, которые расплавляют в присутствии углерода в качестве восстановителя.
Изобретение относится к области создания материалов, предназначенных для использования в окислительной среде при высоких температурах, в том числе для изготовления высокотемпературных электрических нагревателей и деталей, работающих при температурах до 1800°С.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности, к порошкам карбида кремния, полученным методом синтеза, и может найти применение при изготовлении конструкционной коррозионно-жаростойкой керамики, а также режущего инструмента.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к твердым сплавам, используемым для изготовления режущего инструмента и износостойкой технологической оснастки.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению инструментальных твердых сплавов. .
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению инструментальных твердых сплавов. .
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению твердосплавного инструмента. .

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано в сварочном производстве при изготовлении стержней электродов для ручной дуговой наплавки твердых сплавов.
Изобретение относится к области получения углеграфитовых материалов и может быть использовано в порошковой металлургии, например, при получении топливных компактов.

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано, например, при изготовлении вкладышей седла клапана двигателя внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению электроконтактных материалов. .

Изобретение относится к порошковой композиции и к способу горячего прессования композиций стальных порошков. .

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к твердым сплавам, и может быть использовано для изготовления резцов и абразивного инструмента. .

Изобретение относится к порошку легированной стали с низким содержанием кислорода и углерода, к способу изготовления спеченного изделия и к спеченным изделиям. .

Изобретение относится к порошковой металлургии, к смазывающим веществам для полугорячего прессования металлургических порошковых композиций. .
Наверх