Способ спекания изделий из порошков твердых сплавов группы wc-co

Изобретение относится к электроимпульсной консолидации порошков твердых сплавов. Проводят спекание изделий из порошков твердых сплавов группы WC-Co путем электроимпульсного прессования при давлении 50-500 МПа, плотности импульса тока 50-500 кА/см2 и длительности импульса тока не более 10-3с с последующим охлаждением. В процессе охлаждения по достижении изделием температуры Кюри кобальта его подвергают магнитно-импульсной обработке напряженностью поля 400-2000 кА/м в течение не менее 0,01 с. Обеспечивается повышение качества изделий за счет снижения структурной неоднородности и свободной энергии материала изделия. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам электроимпульсной консолидации порошковых материалов с прогнозируемыми свойствами, и может быть использовано при изготовлении изделий с высокими физико-механическими характеристиками из порошков твердых сплавов группы WC-Co.

Известен способ получения наноструктурированного сплава (Заявка: 2013107616, 21.02.2013, опубл. 27.08.2014, C22C 29/08, C22C 1/05, B22F 3/10), включающий смешивание порошков, содержащих карбиды вольфрама, согласно которому в шихте в качестве матрицы используют однородные гранулы сплава ВК8 размером 1-5 мкм, составляющие 90±1 мас. % и монокристаллический нанопорошок карбида вольфрама с размером частиц в диапазоне 10-200 нм с мультифрактальной (логнормальной) функцией распределения частиц нанопорошка по размерам в количестве 10±1 мас. %, при этом полученную шихту после перемешивания подвергают одностадийному и низкотемпературному процессу спекания, состоящему в двухступенчатом нагреве формы в вакууме до 600-700°C в течение 3 часа с экспозицией в течение 1 часа при дальнейшем нагреве в течение 1 часа до температуры спекания 1250-1300°C с экспозицией при этой температуре в течение 10 минут и последующим охлаждением формы до нормальной температуры.

Недостатком данного способа является остаточная пористость и рост зерен карбида вольфрама из-за длительного процесса спекания, что в конечном итоге приводит к снижению физико-механических характеристик полученных материалов.

Известен способ искрового плазменного спекания порошков (Основы процесса искрового плазменного спекания нанопорошков. Монография / Р. Торресильяс Сан Миллан, Н.В. Солис Пинарготе, А.А. Окунькова, П.Ю. Перетягин. - М.: Техносфера, 2014, с. 7), в том числе группы WC-Co, путем нагрева его в вакууме или другой защитной атмосфере при давлении до 100 МПа серией низковольтных импульсов постоянного тока. Длительность отдельного импульса не более 3×10-3 с и амплитуда тока 1-10 кА/см2. При этом достигается температура образования жидкой фазы Со ~ 1250-1300°C. Время спекания составляет от секунд до нескольких минут в зависимости от материала порошка, размера получаемого изделия, конфигурации и мощности оборудования.

Недостатками данного способа являются рост зерен карбида вольфрама, обусловленный длительностью процесса спекания (несколько минут), и низкая производительность, обусловленная необходимостью использования вакуума или другой защитной атмосферы.

Наиболее близким по совокупности признаков к заявленному техническому решению (прототипом) является способ спекания изделий из порошков, в том числе твердых сплавов группы WC-Co, путем электроимпульсного прессования при давлении 50-500 МПа, плотности импульса тока 50-500 кА/см2 и длительности импульса тока не более 10-3с с достижением температуры образования жидкой фазы Со ~ 1250-1300°C и последующим охлаждением (Электроимпульсная технология формирования материалов из порошков. / Е.Г. Григорьев, Б.А. Калин. - М.: МИФИ, 2008, с. 33).

Достоинством прототипа является возможность получения изделий с заданной прочностью, пластичностью и с сохранением исходных размеров зерен порошков в консолидированном материале.

Недостатком данного способа является высокая структурная неоднородность и свободная энергия спеченного изделия, что снижает физико-механические и эксплуатационные характеристики полученных материалов. Избыточная свободная энергия материала связана с концентрацией внутренних и поверхностных напряжений.

Задача изобретения - снижение структурной неоднородности и свободной энергии получаемых изделий.

Технический результат - повышение качества получаемых изделий путем улучшения физико-механических характеристик за счет снижения структурной неоднородности и свободной энергии материала изделия.

Поставленная задача решается, а заявленный технический результат достигается тем, что в способе спекания изделий из порошков твердых сплавов группы WC-Co путем электроимпульсного прессования при давлении 50-500 МПа, плотности импульса тока 50-500 кА/см2 и длительности импульса тока не более 10-3с с последующим охлаждением, в процессе охлаждения по достижении изделием температуры Кюри Со его подвергают магнитно-импульсной обработке напряженностью поля 400-2000 кА/м в течение не менее 0,01 с, оптимально изделие подвергать магнитно-импульсной обработке в течение не более 1 с.

Изобретение поясняется иллюстрациями, где:

- на Фиг. 1 приведен график зависимости предела прочности на изгиб и теплопроводности обрабатываемого изделия (твердого сплава группы WC-Co) от напряженности магнитного поля;

- на Фиг. 2 приведен график зависимости предела прочности на изгиб и теплопроводности обрабатываемого изделия (твердого сплава группы WC-Co) от длительности магнитно-импульсной обработки.

Сущность магнитно-импульсной обработки (МИО) состоит в том, что при магнитно-импульсном воздействии вещество изменяет свои физические и механические свойства. Улучшение свойств у ферромагнитных материалов (в составе твердого сплава группы WC-Co присутствует ферромагнитный Со), прошедших МИО, достигается за счет направленной ориентации свободных электронов вещества внешним полем, вследствие чего увеличивается тепло- и электропроводность материала детали. При этом, как показывает опыт (Фиг. 1), вышеуказанный эффект для твердых сплавов группы WC-Co проявляется в диапазоне 400-2000 кА/м, более точно оптимум для каждого конкретного сплава может быть определен экспериментально в пределах указанного диапазона.

Взаимодействие импульсного магнитного поля с деталью из токопроводящего материала происходит тем интенсивнее, чем выше структурная и энергетическая неоднородность вещества. Поэтому, чем выше концентрация поверхностных и внутренних напряжений в данных изделиях, тем больше вероятность локальной концентрации в них микровихрей внешнего поля, которые нагревают участки вокруг кристаллов напряженных блоков и неоднородностей структуры металла.

В местах концентрации остаточных напряжений, связанных с технологией производства, теплота, наведенная при МИО вихревыми токами, частично уменьшает избыточную энергию составляющих кристаллитов и зерен структуры изделия особенно в зоне контакта напряженных участков. Как следует из экспериментальных данных (Фиг. 2), физико-механические свойства изделия (повышаются теплопроводность и предел прочности на изгиб) улучшаются в течение 0,01-1,0 с. Дальнейшая МИО свыше 1 с существенного влияния на физико-механические свойства изделия не оказывает, поэтому в этот момент МИО рекомендовано (п. 2 формулы изобретения) прекратить в целях снижения энергозатрат.

Кроме того, как показала практика, вихревое магнитное поле обуславливает более равномерное охлаждение детали.

Для каждого изделия существует определенная оптимальная величина напряженности импульсного магнитного поля, а следовательно, и величина магнитной энергии, которая поглощается материалом в течение времени обработки и максимально улучшает его физико-механические и эксплуатационные характеристики.

Пример конкретной реализации способа

Для реализации предложенного способа использовали порошок твердого сплава ВК-10. Проводили электроимпульсное прессование без МИО и с МИО. Плотность тока в обоих случаях составляла 100 кА/см2, давление 200 МПа и длительность импульса тока 10-4с. МИО проводилась при напряженности поля 1000 кА/м и длительности 1 с. Результаты определения физико-механических свойств полученных изделий приведены в Таблице 1.

За счет МИО теплопроводность твердого сплава ВК-10 и предел прочности на изгиб увеличиваются, что повышает износостойкость режущей кромки за счет повышения теплоотводности и сопротивляемость выкрашиванию за счет повышения прочности на изгиб.

Таким образом можно сделать вывод о том, что поставленная задача - снижение структурной неоднородности и свободной энергии получаемых изделий - решена, а заявленный технический результат - повышение качества получаемых изделий путем улучшения физико-механических характеристик за счет снижения структурной неоднородности и свободной энергии материала изделия - достигнут.

Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в формуле признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности, неизвестной на дату приоритета из уровня техники, достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.

Свойства, регламентированные в заявленном способе отдельными признаками, общеизвестны из уровня техники и не требуют дополнительных пояснений.

Вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении относится к области порошковой металлургии, в частности к способам электроимпульсной консолидации порошковых материалов с прогнозируемыми свойствами, и может быть использован при изготовлении изделий с высокими физико-механическими характеристиками из порошков твердых сплавов группы WC-Co;

- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в материалах заявки известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленный объект соответствует условиям патентоспособности «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.

1. Способ изготовления спеченного изделия из порошков твердых сплавов группы WC-Co, включающий электроимпульсное прессование порошков при давлении 50-500 МПа, плотности импульса тока 50-500 кА/см2 и длительности импульса тока не более 10-3 с с последующим охлаждением, отличающийся тем, что в процессе охлаждения по достижении изделием температуры Кюри кобальта его подвергают магнитно-импульсной обработке напряженностью поля 400-2000 кА/м в течение не менее 0,01 с.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что изделие подвергают магнитно-импульсной обработке в течение не более 1 с.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к получению изделий из твердого сплава на основе карбида вольфрама. Способ включает спекание порошка в печи при температуре в диапазоне от 1360 до 1550°C с получением изделия и его охлаждение.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам твердых спеченных сплавов на основе карбида вольфрама, которые могут быть использованы для изготовления резцов, фрез и другого инструмента.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к производству спеченных твердых сплавов на основе карбида вольфрама, которые могут быть использованы для изготовления резцов, сверл, фрез, деталей буровой техники.

Изобретение относится к порошковой металлургии. Способ изготовления наноразмерного твердого сплава включает приготовление смеси из наноразмерных порошков карбида вольфрама и кобальта, прессование ее в стальной пресс-форме и спекание в вакууме.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к материалам для изготовления штамповочного инструмента. Пуансон из цементированного карбида для изготовления металлических банок для напитков.

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к спеченным твердым сплавам, и может быть использовано для изготовления инструмента. Способ получения спеченных твердых сплавов на основе карбида вольфрама, содержащего кобальт и наноразмерные частицы оксида алюминия, включает приготовление шихтовой смеси сплава, пластифицирование, гранулирование, прессование и спекание.
Изобретение относится к порошковой металлургии и предназначено для получения изделий из сверхтвердых материалов на основе карбида вольфрама. Может использоваться в машиностроении и металлообрабатывающей промышленности.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к твердым сплавам на основе карбида вольфрама. Может использоваться при обработке материалов резанием.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к твердым сплавам на основе карбида вольфрама. Может использоваться для изготовления режущего инструмента.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получения спеченных твердосплавных деталей из градиентных твердых сплавов. Может использоваться для изготовления режущих вставок инструмента для машинообработки металла, горного инструмента или инструмента для холодной штамповки.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению таблетированной титановой лигатуры, и может быть использовано в ракетостроительной, авиационной, автомобильной и других отраслях промышленности, в которых используются высоколегированные литейные и деформируемые алюминиевые сплавы.

Изобретение относится к получению композиционного материала Al2O3 - А1. Способ включает гранулирование алюминиевого порошка, состоящего из частиц пластинчатой формы со стеариновым покрытием, прессование заготовки из гранулированного порошка и ее спекание.

Изобретение относится к изготовлению изделий на основе псевдосплавов молибден-медь. Способ включает приготовление молибденовой шихты, прессование заготовки, спекание заготовки с образованием пористого каркаса, приведение в контакт стороны полученной заготовки с медью, взятой с избытком, пропитку заготовки медью и ее охлаждение.

Изобретение относится к изготовлению пористых изделий из псевдосплавов на основе вольфрама. Способ включает приготовление порошкообразной шихты, содержащей 95 мас.% вольфрама, остальное - никель и железо в соотношении 7:3, введение в шихту порообразователя, прессование шихты с получением заготовки, удаление порообразователя из заготовки и спекание.
Группа изобретений относится к получению цементированного карбида, который может быть использован для изготовления режущего инструмента. Способ включает стадии формирования шлама, содержащего жидкость для измельчения, порошки связующих металлов, первую порошковую фракцию и вторую порошковую фракцию, измельчение, сушку, прессование и спекание шлама.

Группа изобретений относится к получению анода для электролитических конденсаторов. Способ включает следующие стадии: a) прессование танталового порошка вокруг танталовой проволоки, или танталовой ленты, или танталового листа для образования прессованного изделия, b) спекание прессованного изделия для образования пористого спеченного изделия, c) охлаждение спеченного изделия, d) обработка пористого спеченного изделия одним или несколькими газообразными или жидкими окислителями и e) анодное окисление обработанного спеченного изделия в электролите для формирования диэлектрического слоя.

Изобретение относится к изготовлению изделий на основе псевдосплавов вольфрам-медь. Способ включает приготовление вольфрамовой шихты, прессование заготовок, спекание заготовок с образованием пористого каркаса, приведение в контакт стороны полученной заготовки с медью, взятой с избытком, пропитку заготовки медью и ее охлаждение.

Изобретение относится к получению порошковых магнитотвердых сплавов. Способ получения порошкового магнитотвердого сплава 30Х20К2М2В системы железо-хром-кобальт включает приготовление шихты из порошков железа, хрома, кобальта, молибдена и вольфрама, формование полученной шихты, спекание, термообработку и термомагнитную обработку.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к магнитотвердому материалу, содержащему железо, кобальт, бор, диспрозий, медь. При этом материал дополнительно содержит цирконий.

Изобретение относится к послойному формированию трехмерного изделия спеканием порошкового материала. Устройство содержит ленту для формирования трехмерного изделия из слоев порошкового материала, размещенную с возможностью ее перемотки из рулона (1) в рулон (2) при помощи протягивающих валиков (3) и поддерживающей ленты (4), бункер для избыточного порошкового материала (7), систему перфорации (5) ленты, систему наполнения (6) мест перфорации ленты порошковым пластиковым, керамическим или металлическим материалом изготавливаемого объекта, выполненную с возможностью использования порошкового материала из бункера для избыточного порошкового материала (7), систему очистки (8) ленты от частиц порошкового материала, не попавших в перфорации, систему сжатия (9) ленты, выполненную с возможностью уплотнения ленты с заполненными порошковым материалом местами перфорации, камеру (10) спекания рулона (2), выполненного намоткой уплотненной ленты с заполненными порошковым материалом местами перфорации, с образованием трехмерного спеченного изделия, систему управления спеканием (11) и систему отделения (12) спеченного изделия от ленты.

Изобретение относится к области порошковой металлургии. Способ спекания изделий из порошков твердых сплавов группы WC-Co включает электроимпульсное прессование при давлении 50-500 МПа, плотности импульса тока 50-500 кА/см2 и длительности импульса тока не более 10-3 с.

Изобретение относится к электроимпульсной консолидации порошков твердых сплавов. Проводят спекание изделий из порошков твердых сплавов группы WC-Co путем электроимпульсного прессования при давлении 50-500 МПа, плотности импульса тока 50-500 кАсм2 и длительности импульса тока не более 10-3с с последующим охлаждением. В процессе охлаждения по достижении изделием температуры Кюри кобальта его подвергают магнитно-импульсной обработке напряженностью поля 400-2000 кАм в течение не менее 0,01 с. Обеспечивается повышение качества изделий за счет снижения структурной неоднородности и свободной энергии материала изделия. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл., 1 пр.

Наверх