Способ термической обработки режущего инструмента из карбидсодержащих твердых сплавов

Авторы патента:

Оплеснин Сергей Петрович (RU)

Свиденко Екатерина Валерьевна (RU)

Козик Елена Станиславовна (RU)

Богодухов Станислав Иванович (RU)

C22F1/16 - прочих металлов или их сплавов

C22C29/08 - на основе карбидов вольфрама

B22F5/00 - Изготовление особой формы заготовок или изделий из металлических порошков

B22F3/24 - последующая обработка заготовок или изделий

Владельцы патента RU 2733081:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Оренбургский государственный университет» (RU)

Изобретение относится к области металлургии, в частности к изделиям из карбидсодержащих твердых сплавов, применяемым для холодной и горячей механической обработки металлов и сплавов, например, резанием. Способ термической обработки режущей пластины из спеченного карбидсодержащего твердого сплава включает закалку и отпуск. Проводят двойную закалку, включающую сначала подогрев режущей пластины в соляной печи-ванне до температуры 800°С с выдержкой 2 мин, перенос в соляную ванну и нагрев до температуры 1150°С с выдержкой 4 мин и последующее охлаждение на воздухе, а затем повторный подогрев в соляной печи-ванне до температуры 800°С с выдержкой 2 мин, перенос в соляную ванну и окончательный нагрев до температуры 1150°С с выдержкой 4 мин и последующее охлаждение на воздухе, отпуск проводят однократно в соляной ванне при температуре 600°С в течение 30 мин. Обеспечивается повышение прочности и твердости карбидсодержащих твердых сплавов, а также стойкость резцов, выполненных из таких сплавов. 8 ил., 5 табл.

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно к способам термического упрочнения изделий порошковой металлургии, в частности к изделиям из карбидсодержаших твердых сплавов, применяемым для холодной и горячей механической обработки металлов и сплавов, например, резанием.

Известен способ термической обработки изделий из карбидсодержаших твердых сплавов с помощью закалки [Лошак М.Г. Прочность и долговечность твердых сплавов. - Киев: Наукова думка, 1984. - 218 с.], при котором температура закалки всегда выбирается ниже температуры эвтектики компонентов твердого сплава: монокарбида вольфрама и цементирующей кобальтовой связки. Недостатками известного способа являются малая степень упрочнения режущих пластин из твердых сплавов и низкая стойкость их к воздействию ударных нагрузок.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ термообработки спеченного твердого сплава, включающий нагрев до 1200 ^оС и охлаждение в масле, отличающийся тем, что, с целью повышения стойкости твердосплавного инструмента и упрощения способа, охлаждение проводят до температуры не выше 700 ^оС, после чего осуществляют повторный нагрев до 1150-1200 ^оС, выдерживают при этой температуре 2-3 мин и охлаждают в масле [Авторское свидетельство SU 1238890 заяв. 06.07.84, опубл.23.06.86. Бюл. № 23. М.Т. Тихонов, А.Н. Кириллов, А.А. Долбещенков, В.Г.Мамаев (прототип)].

Таким образом, выбор оптимальной температуры нагрева 1200 ^оС обусловлен тем, что при превышении этой величины увеличивается хрупкость твердого сплава и происходит выкрашивание режущей кромки, а при нагреве до температуры ниже 1200 ^оС нет значительного повышения прочности твердого сплава. Недостатками известного способа являются:

- относительно малая степень упрочнения режущих пластин из твердых сплавов:

- низкая стойкость режущих пластин из твердых сплавов к воздействию ударных нагрузок.

Заявляемое изобретение направлено на увеличение степени упрочнения и стойкости к воздействию ударных нагрузок.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение стойкостных свойств карбидсодержащих твердых сплавов введением подогрева перед окончательным нагревом и отпуском карбидсодержащих сплавов после повторного нагрева, что увеличивает стойкость карбидсодержащих твердых сплавов.

Техническая задача решается тем, что способ термической обработки режущего инструмента из карбидсодержащих твердых сплавов, включающий закалку и отпуск спеченных твердых сплавов, отличающийся тем, что после спекания производят подогрев в соляной печи-ванне С-35 при температуре 800 ºС, выдержка 2 минуты, затем нагрев в ванне при температуре 1150 ºС, выдержка 4 минуты, с последующим охлаждением на воздухе, затем повторный подогрев в соляной печи-ванне С-35 при температуре 800 ºС , выдержка 2 минуты, затем окончательный нагрев в ванне при температуре 1150 ºС, выдержка 4 минуты, с последующим охлаждением на воздухе и отпуск в соляной ванне Н-495 при температуре 600 ºС в течении 30 минут однократно.

Для пояснения способа на фиг.1 показан внешний вид твердосплавных пластин Т15К6 с износом, увеличение 1:1, на фиг.2 показан график изменения твердости твердосплавных пластин Т15К6 в зависимости от температуры окончательного нагрева под закалку, на фиг.3 показана микроструктура твердого сплава Т15К6 после Т_под.=800ºС /2мин, Т_окон._н. = 1100 ºС /4 Т_под.=800ºС /2мин, Т_окон._н. = 1100 ºС / 4 Т_отп=600^оС, 1560 НV, износ 0,16 мм., а – увеличение 640, б – увеличение 1280, на фиг.4 - микроструктура твердого сплава Т15К6 после Т_под.=800ºС /2мин, Т_окон._н. = 1150 ºС /4 Т_под.=800ºС /2мин, Т_окон._н. = 1150 ºС / 4 Т_отп=600^оС, 1620НV, износ 0,1 мм., а – увеличение 640, б – увеличение 1280, на фиг.5- микроструктура твердого сплава Т15К6 после Т_под.=800ºС /2мин, Т_окон._н. = 1200 ºС /4 Т_под.=800ºС /2мин, Т_окон._н. = 1200 ºС / 4 Т_отп=600^оС, 1600 НV, износ 0,1 мм. а – увеличение 640, б – увеличение 1280, на фиг.6 - микроструктура излома твердого сплава после Т_под.=800ºС /2мин, Т_окон._н. = 1100 ºС /4 Т_под.=800ºС /2мин, Т_окон._н. = 1100 ºС / 4 Т_отп=600^оС, 1560 НV, износ 0,16 мм., а – увеличение 640, б – увеличение 1280, на фиг.7 - микроструктура излома твердого сплава Т15К6 после Т_под.=800ºС /2мин, Т_окон._н. = 1150 ºС /4 Т_под.=800ºС /2мин, Т_окон._н. = 1150 ºС / 4 Т_отп=600^оС, 1620НV, износ 0,1 мм., а – увеличение 640, б – увеличение 1280, на фиг.8 - микроструктура излома твердого сплава Т15К6 после Т_под.=800ºС /2мин, Т_окон._н. = 1200 ºС /4 Т_под.=800ºС /2мин, Т_окон._н. = 1200 ºС / 4 Т_отп=600^оС, 1600 НV, износ 0,1 мм. а – увеличение 640, б – увеличение 1280.

Способ осуществляют следующим образом:

После спекания твердосплавных платин марки Т15К6 проводили термическую обработку в следующей последовательности:

1. Пластины поместили в ванну подогрева 28% NaCl + 72 % BaCl₂ для нагрева до 800 ^оС в течение 2 минут.

2. Пластины переместили в ванну нагрева 100 % BaCl₂ и выдержали 4 минуты, при температуре 1150 ⁰С.

3. Последующее охлаждение на воздухе.

4. Пластины поместили в ванну подогрева 28% NaCl + 72 % BaCl₂ для нагрева до 800 ^оС в течение 2 минут.

5. Пластины поместили в ванну нагрева 100 % BaCl₂ и выдержали 4 минуты, при температуре 1150 ⁰С.

6. Последующее охлаждение на воздухе.

7. Отпуск при 600 ^оС в течение 30 минут, однократно.

8. После термообработки проводили исследование свойств твердых сплавов марки Т15К6: измерение твердости, прочности при изгибе , микроструктуры (таблица1, 2 и фиг.2).

Таблица 1

Марка материала	Вид обработки	Твердость, HV	Предел прочности, МПа
Т15К6	Т_под.=800ºС /2мин, Т_окон._н. = 1100 ºС / 4 мин, с последующим охлаждением на воздухе, затем Т_под.=800ºС/ 2мин, Т_окон._н = 1100 ºС / 4 мин с последующим охлаждением на воздухе и отпуск в соляной ванне Н-495 при температуре 600 ºС/ 30 мин.	1560	1600
Т15К6	Т_под.=800ºС /2мин, Т_окон._н. = 1150 ºС / 4 мин, с последующим охлаждением на воздухе, затем Т_под.=800ºС/ 2мин, Т_окон._н = 1150 ºС / 4 мин с последующим охлаждением на воздухе и отпуск в соляной ванне Н-495 при температуре 600 ºС/ 30 мин.	1680	1820
Т_под.=800ºС /2мин, Т_окон._н. = 1200 ºС / 4 мин, с последующим охлаждением на воздухе, затем Т_под.=800ºС/ 2мин, Т_окон._н = 1200 ºС / 4 мин с последующим охлаждением на воздухе и отпуск в соляной ванне Н-495 при температуре 600 ºС/ 30 мин.	1600	1714
Т15К6	Исходный	1450	1150

Характеристика исследуемых образцов после термической обработки в печах-ваннах приведены в таблице 3.

Таблица 3

Т, ºС	Т15К6
Т_под.=800ºС /2мин, Т_окон._н. = 1100 ºС /4 Т_под.=800ºС /2мин, Т_окон._н. = 1100 ºС / 4 Т_отп=600^оС	Твёрдость увеличилась на 7 %, предел прочности увеличился на 28%
Т_под.=800ºС /2мин, Т_окон._н. = 1150 ºС / 4 Т_под.=800ºС /2мин, Т_окон._н. = 1150 ºС / 4 Т_отп=600^оС	Твёрдость увеличилась на 13 %, предел прочности увеличился на 36%
Т_под.=800ºС /2мин, Т_окон._н. = 1200 ºС / 4 Т_под.=800ºС /2мин, Т_окон._н. = 1200 ºС / 4 Т_отп=600^оС	Твёрдость увеличилась на 10 %, предел прочности увеличился на 32 %. Износ пластин уменьшился на 30 % и составил 0,6 мм

Результаты исследований на данном этапе показали, что двойной термическую обработку с подогревом и отпуском эффективно проводить для сплава Т15К6. С повышением температуры окончательного нагрева предел прочности и твердость повышаются. Лучший режим термической обработки при Т_под.=800 ºС /2мин, Т_окон._н. = 1150 ºС / 4 Т_под.=800 ºС /2мин, Т_окон._н. = 1150 ºС / 4, Т_отп=600 ^оС . Прочность увеличилась примерно на 36 %.

После проведения двойной термическую обработку с подогревом и отпуском твёрдого сплава Т15К6 при различных температурах были приготовлены шлифы и изучены микроструктуры данного сплава при различных увеличениях.

Твёрдый сплав Т15К6 при увеличении температуры окончательного нагрева меняет свою структуру следующим образом: измельчаются карбидные включения и увеличивается количество тёмной фазы -β-кобальт, что ведёт к повышению твёрдости и прочности образцов (фиг.3 Микроструктура твердого сплава Т15К6 после окончательного нагрева при температуре 1100 °С, 1560 НV, износ 0,16 мм., фиг.4. Микроструктура твердого сплава Т15К6 после окончательного нагрева при температуре 1150 °С, 1680 НV, износ 0,14 мм., фиг.5. Микроструктура твердого сплава Т15К6 окончательного нагрева при температуре 1200 °С, 1600 НV, износ 0,18 мм, фиг.6 Микроструктура излома твердого сплава после Т_под.=800ºС /2мин, Т_окон._н. = 1100 ºС /4 Т_под.=800ºС /2мин, Т_окон._н. = 1100 ºС / 4 Т_отп=600^оС, 1560 НV, износ 0,16 мм., а – увеличение 640, б – увеличение 1280, фиг.7 Микроструктура излома твердого сплава Т15К6 после Т_под.=800ºС /2мин, Т_окон._н. = 1150 ºС /4 Т_под.=800ºС /2мин, Т_окон._н. = 1150 ºС / 4 Т_отп=600^оС, 1620НV, износ 0,1 мм., а – увеличение 640, б – увеличение 1280, фиг.8 Микроструктура излома твердого сплава Т15К6 после Т_под.=800ºС /2мин, Т_окон._н. = 1200 ºС /4 Т_под.=800ºС /2мин, Т_окон._н. = 1200 ºС / 4 Т_отп=600^оС, 1600 НV, износ 0,1 мм. а – увеличение 640, б – увеличение 1280).

Влияние температуры двойной термическую обработку с подогревом и отпуском на износ поверхности (таблица 4) твёрдого сплава Т15К6 изучен в следующей серии экспериментов. Испытания резанием проводили по 20 проходов торцовым точением по режиму: при глубине резания 1 мм, подаче 0,2 мм/об, частоте вращения шпинделя 250 об/мин. Длительность 1 прохода составляет 1,5 минуты. Испытания необходимо проводить на заготовке из стали 45 диаметром 140 мм, длиной 200 мм с просверленным отверстием диаметром 20 мм (марку и размер заготовки можно согласовать с заводскими условиями). Определяем среднее количество проходов, сделанных резцом с упрочненными пластинами до переточки. С повышением температуры окончательного нагрева с 1100 ºС до 1200 ºС снизился в 4 раза износ шлифовальной грани твёрдого сплава Т15К6 с 0,38 до 0,1, что указывает на положительное влияние двойной термическую обработку с подогревом и отпуском на износ данного вида сплава.

Таблица 4

Марка материала	Вид обработки	Предел прочности, МПа	Твердость, НV	Шлифованная грань	Не шлифованная грань
задняя поверхность	передняя поверхность	задняя поверхность	передняя поверхность
Т15К6	Исходный	1150	1450	0,25	0,15	0,38	0,15
	Т_под.=800ºС /2мин, Т_окон._н. = 1100 ºС /4 Т_под.=800ºС /2мин, Т_окон._н. = 1100 ºС / 4 Т_отп=600^оС	1600	1560	0,16	0,09	0,18	0,1
	Т_под.=800ºС /2мин, Т_окон._н. = 1150 ºС / 4 Т_под.=800ºС /2мин, Т_окон._н. = 1150 ºС / 4 Т_отп=600^оС	1820	1680	0,14	0,08	0,1	0,08
Т_под.=800ºС /2мин, Т_окон._н. = 1200 ºС / 4 Т_под.=800ºС /2мин, Т_окон._н. = 1200 ºС / 4 Т_отп=600^оС	1714	1600	0,18	0,1	0,1	0,1

Проанализировали результаты проведённых экспериментальных работ по повышению физико-механических и эксплуатационных свойств твёрдых сплавов и дали сравнение с прототипом (таблица 5). Была проведена двойная закалка с изменением температуры окончательного нагрева под закалку 1100 ºС, 1150 ºС, 1200 ºС. Твёрдость изменилась в интервале 1450 – 1680 HV, предел прочности повысился от 28 до 36 %, износ уменьшился в 2 – 5 раза, стойкость резцов увеличилась в 2 раза.

Способ термической обработки режущей пластины из спеченного карбидсодержащего твердого сплава, включающий закалку и отпуск, отличающийся тем, что проводят двойную закалку, включающую сначала подогрев режущей пластины в соляной печи-ванне до температуры 800°С с выдержкой 2 мин, перенос в соляную ванну и нагрев до температуры 1150°С с выдержкой 4 мин и последующее охлаждение на воздухе, а затем повторный подогрев в соляной печи-ванне до температуры 800°С с выдержкой 2 мин, перенос в соляную ванну и окончательный нагрев до температуры 1150°С с выдержкой 4 мин и последующее охлаждение на воздухе, отпуск проводят однократно в соляной ванне при температуре 600°С в течение 30 мин.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к изготовлению фольги из бериллия, которая может быть использована в различных отраслях техники. Способ получения вакуумноплотной фольги из бериллия включает заключение заготовки бериллия в металлический чехол, его герметизацию, нагрев до температуры прокатки, многопроходную прокатку заготовки бериллия в металлическом чехле с промежуточными выдержками и подогревами, охлаждение, удаление чехла и шлифование поверхности полученной фольги.

Способ термической обработки изделий из α+β титановых сплавов // 2704953

Изобретение относится к металлургии, в частности к термической обработке двухфазных титановых сплавов. Способ обработки изделия из титанового сплава ВТ16, включающий нагрев подвергнутого пластической деформации и отжигу изделия, выдержку и охлаждение.

Способ получения композиционного материала на основе ванадиевого сплава и стали // 2699879

Изобретение относится к области промышленных технологий получения композиционных материалов, а именно к деформационно-термической обработке композиционных материалов на основе металлов и сплавов.

Способ получения длинномерных прутков ультрамелкозернистых сплавов титан-никель с эффектом памяти формы // 2685622

Изобретение относится к области деформационно-термической обработки сплавов титан-никель с эффектом памяти формы и может быть использовано в машиностроении, медицине и технике.

Способ упрочнения твердого сплава // 2655404

Изобретение относится к упрочнению поверхности изделия из твердого сплава. Способ включает гидрохимическую обработку изделия в вододисперсной среде при температуре не выше ее кипения с образованием на поверхности упрочняющей фазы и окончательный нагрев изделия при температуре 130-1050°С.

Способ получения заготовки из наноструктурного сплава ti49,3ni50,7 с эффектом памяти формы // 2641207

Изобретение относится к металлургии, а именно к получению заготовки из наноструктурного сплава титан-никель с эффектом памяти формы, и может быть использовано в машиностроении, медицине и технике.

Способ производства холоднокатаных товарных труб размером 273х10х8700-9500 мм из титановых сплавов пт-1м и пт-7м // 2640694

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу производства товарных труб из титановых сплавов. Способ производства холоднокатаных товарных труб размером 273×10×8700-9500 мм из титановых сплавов ПТ-1М и ПТ-7М включает отливку слитков в вакуумно-дуговых печах, ковку слитков в поковки, обточку поковок в заготовки размером 500±5×1750±25 мм, сверление в заготовках центрального отверстия диаметром 90±5 мм, шоопирование Al2O3, нагрев в методических печах в муфелях до температуры 1140-1160°C, прошивку заготовок размером 500±5×90±5×1750±25 мм в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке диаметром 300 мм с коэффициентом вытяжки μ от 1,39 до 1,46 в гильзы размером 515×вн.315×2400-2590 мм, прокатку гильз на пилигримовом стане в калибре 351 мм с коэффициентом вытяжки μ=4,78, с подачами гильз в очаг деформации m=18-20 мм, в передельные трубы размером 338×28×10300-11200 мм, резку передельных труб на две трубы равной длины, расточку и обточку горячекатаных передельных труб в трубы-заготовки размером 325×15×5150-5600 мм, прокатку их на станах ХПТ по маршруту 325×15×5150-5600 - 273×10×8700-9500 мм с относительным обжатием по стенке δm=33,3% и коэффициентом вытяжки μm=1,77.

Способ термообработки листов из сплавов системы mn-cu // 2639751

Настоящее изобретение относится к области металлургии, а именно термической обработке конструкционных демпфирующих сплавов системы Mn-Cu. Способ термической обработки листов из сплавов системы Mn-Cu для восстановления их демпфирующей способности включает нагрев при температуре 150-400°С, выдержку не менее 525 с на 1 мм толщины листа и охлаждение со скоростью не менее 2°С/с.

Способ производства холоднокатаных товарных труб размером 219х9х11700-12800 мм из титановых сплавов пт-1м и пт-7м // 2638266

Изобретение относится к трубопрокатному производству. Способ производства холоднокатаных товарных труб размером 219×9×11700-12800 мм из титановых сплавов ПТ-1М и ПТ-7М включает отливку слитков в вакуумно-дуговых печах, ковку слитков в поковки, обточку поковок в заготовки размером 500±5×1750±25 мм, сверление в заготовках центрального отверстия диаметром 90±5 мм, шоопирование Al2O3, нагрев в методических печах в муфелях до температуры 1140-1160°C, прошивку заготовок размером 500±5×90±5×1750±25 мм в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке диаметром 300 мм с коэффициентом вытяжки μ от 1,39 до 1,46 в гильзы размером 515×вн.315×2400-2590 мм, прокатку гильз на пилигримовом стане в калибре 351 мм с вытяжкой μ=4,78 и подачей в очаг деформации m=18-20 мм, в передельные трубы размером 338×28×10300-11200 мм, отрезку технологических отходов, правку передельных труб, резку передельной трубы на две трубы равной длины, расточку и обточку горячекатаных передельных труб в трубы-заготовки размером 325×15×5150-5600 мм, прокатку их на станах ХПТ по маршрутам 325×15×5150-5600 - 273×12×7300-7950 - 219×9×11700-12800 мм с относительными обжатиями по стенке δm=20,0%, δ1m=25,0% и коэффициентами вытяжки μm=1,49 и μ1m=1,66.

Способ изготовления тонкой полосы из магнитомягкого сплава и полоса, полученная этим способом // 2630737

Изобретение относится к области металлургии, а именно к изготовлению полосы из магнитомягкого сплава. Способ изготовления полосы из магнитомягкого сплава толщиной менее 0,6 мм, пригодной для механической резки, включает холодную прокатку полосы, полученной горячей прокаткой полуфабриката, затем полосу подвергают непрерывному отжигу пропусканием через печь непрерывного действия при температуре в пределах от температуры перехода упорядочения/разупорядочения сплава до температуры начала ферритно-аустенитного превращения сплава, причем скорость движения полосы устанавливают таким образом, чтобы время выдержки полосы в печи непрерывного действия при температуре отжига составляло меньше 10 минут.

Твердый сплав с альтернативным связующим веществом // 2731925

Группа изобретений относится к режущему инструменту, содержащему подложку из твердого сплава, и способу его получения. Подложка из твердого сплава содержит WC, гамма-фазу, содержащую (W,M)C и/или (W,M)(C,N), где M представляет собой один или более элементов из Ti, Ta, Nb, Hf, Zr и V, и фазу связующего вещества.