Способ получения изделия из многослойного твердого сплава на основе карбида вольфрама
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению многослойных изделий из твердого сплава на основе карбида вольфрама. На поверхности изделия из высококобальтового твердого сплава формируют графитовую прослойку и наносят электроэрозионным методом один слой низкокобальтового твердого сплава или два слоя низкокобальтового твердого сплава с формированием между ними графитовой прослойки. Техническим результатом является повышение поверхностной твердости, износостойкости и эксплуатационной стойкости твердого сплава, которым оснащают буровой инструмент.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способу создания многослойного твердого сплава на основе карбида вольфрама разного состава - прочного, но недостаточно износостойкого для основы, и высокоизносостойкого для поверхностного слоя, которым оснащают буровой инструмент.
Одним из путей повышения износостойкости твердых сплавов является создание твердых износостойких покрытий на неперетачиваемых пластинах из твердых сплавов [1]. Применение таких покрытий создает целый ряд преимуществ по сравнению с твердым сплавом без покрытий: повышение срока службы и производительности инструмента; уменьшение потребности в дорогих материалах W, Со; снижение стоимости обработки.
Помимо нанесения покрытий на твердосплавный инструмент известны и другие способы повышения его износостойкости. К ним относятся метод изготовления «многослойного» инструмента из твердых сплавов [1].
Наиболее близким техническим решением является разработанный в Институте твердых материалов (ФГУП ВНИИТС, Россия) способ получения сплавов с переменным содержанием кобальта по высоте твердосплавных пластин для оснащения металлорежущего инструмента методом пропитки спеченного твердого сплава [2]. Для достижения этой цели авторы данной работы смесь порошков тугоплавких соединений и кобальта сначала прессуют и проводят предварительное спекание при 830-900°С. Затем осуществляют поверхностное легирование пропиткой суспензией из порошка низкокобальтового твердого сплава в смеси спирта и глицерина в соотношении 2:1 в ультразвуковом поле в течение 4-8 минут. После поверхностного легирования проводят окончательное спекание и нанесение износостойкого покрытия, состоящее из TiC/TiCN/TiN общей толщиной 5-11 мкм. Полученная пластина имеет вязкую сердцевину и твердый поверхностный слой, что обеспечивает ее стойкость при обработке различных материалов.
Однако известный способ имеет следующие недостатки. Такой способ получения многослойного твердого сплава с градиентной структурой достаточно сложный, энергоемкий и длительный по времени, требует наличия сложного оборудования. Получение таким способом многослойного твердого сплава возможно только на ровной поверхности, не всегда достигается прочность сцепления нанесенного слоя покрытия с высококобальтовой подложкой.
Задачей предложенного способа является создание изделия из многослойного твердого сплава на основе карбида вольфрама для буровых коронок, используя простое, низкоэнергоемкое оборудование малых габаритов в виде портативной установки UR - 121, при этом появляется возможность на различных участках обрабатываемой поверхности производить сложные микрометаллургические процессы, несмотря на простоту ведения этого процесса, а также получать чрезвычайно высокую прочность сцепления нанесенного слоя покрытия с обрабатываемой поверхностью без коробления обрабатываемой детали. В этом случае менее прочная сердцевина выдерживает ударные нагрузки, а более твердая режущая кромка обладает повышенной износостойкостью, что обеспечит эксплуатационную стойкость твердого сплава.
Сущность состоит в том, что в способе получения изделия из многослойного твердого сплава на основе карбида вольфрама, включающем формирование на поверхности изделия из высококобальтового твердого сплава графитовой прослойки и последующее нанесение электроэрозионным методом одного слоя низкокобальтового твердого сплава или двух слоев низкокобальтового твердого сплава с формированием между ними графитовой прослойки. В результате получается изделие из многослойного твердого сплава на основе карбида вольфрама для буровых коронок с сердцевиной из высококобальтового сплава ВК10КС или ВК15КС, а периферийные участки - из малокобальтовых сплавов ВК6-ОМ и ВК3.
Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что изделия из многослойного твердого сплава на основе карбида вольфрама получаются способом электроэрозионного упрочнения легированием (ЭЭУЛ). Сущность процесса ЭЭУЛ состоит в том, что при искровом разряде происходит эрозия электрода и перенос продуктов эрозии на деталь-пластину из твердых сплавов ВК10КС и ВК15КС. В качестве электродов используются твердые сплавы ВК6-ОМ и ВКЗ.
Предлагаемый способ получения многослойных твердых сплавов (на примере ВК10КС и ВК15КС) реализован следующим образом: поверхность пластины высококобальтового твердого сплава перед процессом ЭЭУЛ обрабатывается до полного удаления следов масла и жира. Перед ЭЭУЛ на обрабатываемую поверхность высококобальтового твердого сплава наносится слой, состоящий из графита (для избежания образования поверхностного обезуглероживания и, как следствие, образования недопустимой ГОСТ 4411-79 охрупчивающей η1-фазы - двойного карбида вольфрама и кобальта). После этого с помощью установки UR - 121, предназначенной для ЭЭУЛ, наносились последовательно на высококобальтовый твердый сплав ВК10КС или ВК15КС слой сначала ВК6-ОМ, а затем ВКЗ с применением режимов установки «Норма 3»+«Turbo». Между слоями вновь наносился графитовый слой. В результате получался упрочненный слой с градиентной прочностью толщиной 20-30 мкм. Результатом данного технического решения является повышение поверхностной твердости и износостойкости в 2 раза и эксплуатационной стойкости бурового инструмента. На высококобальтовый сплав возможно нанесение одного низкокобальтового слоя ВК6-ОМ или ВК3, либо двух слоев из ВК6-ОМ и ВК3 в зависимости от крепости обрабатываемых горных пород буровыми коронками.
Пример: процесс получения изделия из многослойного твердого сплава на основе карбида вольфрама заключает в себе следующее: поверхность пластины высококобальтового твердого сплава ВК10КС перед процессом ЭЭУЛ обезжиривается, а также на обрабатываемую поверхность этого твердого сплава наносится слой, состоящий из графита, с целью предотвращения поверхностного обезуглероживания и образования η1-фазы - двойного карбида вольфрама и кобальта. Далее с помощью установки UR - 121, используя режим сначала «Норма 3», а затем «Turbo», наносились последовательно на высококобальтовый твердый сплав ВК10КС и ВК15КС сначала слой ВК6-ОМ, а затем слой ВК3. Между слоями вновь наносился графитовый слой. Таким образом, градиентная пластина состоит из вязкой сердцевины, которая служит демпфером и хорошо гасит ударные нагрузки, но может не обладать высокой износостойкостью, а поверхностный слой обладает повышенной износостойкостью по сравнению с вязкой сердцевиной.
Использование предлагаемого способа получения изделия из многослойного твердого сплава на основе карбида вольфрама (ВК10КС и ВК15КС) с графитовой прослойкой обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества: возможность на различных участках обрабатываемой поверхности производить сложные микрометаллургические процессы; чрезвычайно высокую прочность сцепления нанесенного слоя покрытия с обрабатываемой поверхностью; простоту ведения процесса; отсутствие коробления обрабатываемой детали; малые габариты и низкую энергоемкость оборудования.
Литература
1. Панов В.С. Технология и свойства спеченных твердых сплавов и изделий из них. / В.С.Панов, А.М.Чувилин, В.А.Фальковский. - М.: МИСИС, 2004 - 464 с.
2. Патент РФ 2302925, МПК B22F 3/26, С22С 29/00. Способ изготовления сменных многогранных пластин. / Аникин В.Н., Золотарева Н.Н., Казанцев Н.И. [и др.]. ФГУ ВНИИТС // №2005137294/02; Заявл. 01.12.2005; Опубл. 20.07.2007 (прототип).
Способ получения изделия из многослойного твердого сплава на основе карбида вольфрама, включающий формирование на поверхности изделия из высококобальтового твердого сплава графитовой прослойки и последующее нанесение электроэрозионным методом одного слоя низкокобальтового твердого сплава или двух слоев низкокобальтового твердого сплава с формированием между ними графитовой прослойки.
