Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СПЕЧЕННОГО ТВЕРДОГО СПЛАВА НА ОСНОВЕ КАРБИДА ВОЛЬФРАМА
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СПЕЧЕННОГО ТВЕРДОГО СПЛАВА НА ОСНОВЕ КАРБИДА ВОЛЬФРАМА

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СПЕЧЕННОГО ТВЕРДОГО СПЛАВА НА ОСНОВЕ КАРБИДА ВОЛЬФРАМА

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Сущность: в исходный порошок триоксида вольфрама добавляют порошок карбида вольфрама со средним размером зерна не более 1,5 мкм в количестве 3 - 10 мас.% по отношению к карбиду вольфрама в сплаве, смешивают и восстанавливают до вольфрама, а затем проводят карбидизацию. Готовят шихту совместным мокрым размолом карбида вольфрама и металлической связки. В шихту перед смешиванием и размолом могут быть добавлены карбид тантала и/или карбид ванадия. В шихту перед смешиванием и размолом карбида вольфрама с металлической связкой может быть добавлен карбид вольфрама с размером зерна не менее 10 мкм. Из шихты прессуют заготовки неоходимых форморазмеров и спекают при соответствующих температурах. Осуществление способа обеспечивает получение твердого сплава с высокой эксплуатационной стойкостью при ударных и знакопеременных нагрузках при снижении трудоемкости операции размола смесей. 3 з. п. ф-лы.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2060291
Класс(ы) патента: C22C29/02
Номер заявки: 94024079/02
Дата подачи заявки: 07.07.1994
Дата публикации: 20.05.1996
Заявитель(и): Всероссийский научно-исследовательский и проектный институт тугоплавких металлов и твердых сплавов
Автор(ы): Эйдук О.Н.; Лукашова Н.М.; Липкес О.Я.; Ракоч Т.А.
Патентообладатель(и): Всероссийский научно-исследовательский и проектный институт тугоплавких металлов и твердых сплавов
Описание изобретения: Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способу изготовления твердых сплавов на основе карбида вольфрама, предназначенных для оснащения штампов, режущего и бурового инструмента.
Известен способ получения твердого сплава на основе высокотемпературного карбида вольфрама, включающий восстановление триоксида вольфрама в токе водорода предварительно при 900-1300оС до двуокиси вольфрама, а затем при 1200-1600оС до металлического вольфрама, карбидизацию вольфрама при 2000-2500оС, размол карбида и смешивание с металлической связкой, прессование и спекание.
При изготовлении известным способом сплавов с размером зерна менее 3 мкм осуществляют интенсивный мокрый размол в течение 72 ч и более при соотношении веса шаров к весу смеси не менее (3-6):1. Это приводит к сильному наклепу зерен WC и заметному искажению их кристаллической решетки. В процессе спекания сплавов, изготовленных из таких смесей, наблюдается интенсивная перекристаллизация WС через жидкую фазу, приводящая к нежелательному росту зерна и увеличению контактной поверхности WC-WC. Последнее приводит к снижению величины пластической деформации сплава (с данным размером зерна), т. е. к падению его эксплуатационной стойкости.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ, согласно которому в триоксид вольфрама вводят мелкозернистый вольфрам, затем осуществляют его восстановление в токе водорода. Полученный вольфрам подвергают карбидизации, после чего готовят смесь карбида вольфрама с металлической связкой, прессуют заготовки и спекают.
Мелкозернистый порошок вольфрама вводят в триоксид вольфрама для предотвращения роста зерна. Однако в известном способе эффект торможения роста зерен уже на стадии восстановления диоксида вольфрама до вольфрама резко уменьшается вследствие близких свойств и кристаллической структуры зерен вводимого вольфрама и получаемого в результате восстановления. На стадии же получения карбида вольфрама эффект торможения роста зерна уже не наблюдается. Средний размер зерна карбида вольфрама, полученного известным способом составляет 8-10 мкм. При изготовлении шихты для сплава с размером зерна менее 3 мкм также требуется длительный размол, который приводит к наклепу зерен WC и их усиленному росту в процессе спекания сплавов, увеличению контактной поверхности, а следовательно снижению величины пластической деформации.
Сплавы, полученные известным способом, не обладают необходимой стойкостью при ударных и знакопеременных нагрузках.
Цель изобретения разработка способа, обеспечивающего получение твердого сплава с высокой эксплуатационной стойкостью при ударных и знакопеременных нагрузках при снижении трудоемкости операции размола смесей.
Для достижения поставленной цели в способе получения спеченного твердого сплава на основе карбида вольфрама, включающем смешивание триоксида вольфрама с вольфрамсодержащим веществом, восстановление в токе водорода, карбидизацию вольфрама, смешивание и размол карбида вольфрама с металлической связкой, прессование и спекание, предлагается в качестве вольфрамсодержащего вещества использовать порошок карбида вольфрама с размером зерна не более 1,5 мкм в количестве 3-10 мас. по отношению к карбиду вольфрама в сплаве. Перед смешиванием и размолом карбида вольфрама с металлической связкой в шихту (смесь) могут быть добавлены порошки карбида тантала и/или карбида ванадия. Перед смешиванием и размолом карбида вольфрама с металлической связкой в шихту (смесь) может быть добавлен порошок высокотемпературного карбида вольфрама с размером зерна не менее 10 мкм.
В предлагаемом способе введение добавки мелкозернистого (не более 1,5 мкм) порошка карбида вольфрама позволяет получить значительно больший эффект по предотвращению роста зерна при восстановлении и карбидизации. Это объясняется тем, что карбид вольфрама, вводимый в триоксид вольфрама, и образующиеся в процессе восстановления диоксид вольфрама и вольфрам являются фазами с существенно различными кристаллическими решетками, а, следовательно, с различными свойствами.
Введение порошка карбида вольфрама с размером зерна более 1,5 микрон или в количестве менее 3 мас. по отношению к карбиду вольфрама в сплаве не обеспечивает необходимого эффекта разделения частиц исходного триоксида вольфрама (из-за повышенного размера частиц или их малого количества) и не приводит к заметному торможению роста зерна на стадиях получения порошков диоксида вольфрама, вольфрама и карбида вольфрама. Последнее не позволяет заметно снизить интенсивность мокрого размола смесей, что не приводит к уменьшению роста зерна при спекании, к уменьшению доли контактной поверхности зерен WC-WC и повышению величины пластической деформации сплава. В результате эксплуатационная стойкость сплава не повышается.
Введение порошка карбида вольфрама с зерном не более 1,5 мкм в количестве более 10 мас. нецелесообразно, т.к. не приводит к заметному уменьшению размера зерна получаемого карбида вольфрама и соответственно не обеспечивает дальнейшего повышения эксплуатационной стойкости сплава при ударных и знакопеременых нагрузках.
Поскольку средний размер зерна карбида вольфрама, получаемого из триоксида вольфрама с добавкой карбида вольфрама, значительно меньше (5-7 мкм), то для получения сплавов WC+Co с определенным размером зерна может быть значительно сокращена интенсивность мокрого размола за счет уменьшения длительности размола или уменьшения соотношения веса шаров к весу смеси.
Уменьшение интенсивности мокрого размола смеси приводит к заметному снижению скорости перекристаллизации в процессе спекания сплава, что резко замедляет рост контактной поверхности WC-WC. Последнее приводит к заметному повышению величины пластической деформации сплава за счет облегчения скольжения по границам зерен WC-WC. Это обеспечивает повышение эксплуатационной стойкости сплава.
Способ осуществляют следующим образом.
В исходный порошок триоксида вольфрама добавляют порошок карбида вольфрама со средним размером зерна не более 1,5 мкм в количестве 3-10 мас. по отношению к карбиду вольфрама в сплаве, смешивают и восстанавливают до вольфрама, а затем проводят карбидизацию. Готовят шихту (смесь) совместным мокрым размолом карбида вольфрама и металлической связки. В шихту перед смешиванием и размолом могут быть добавлены карбид тантала и/или карбид ванадия. В шихту (смесь) перед смешиванием и размолом карбида вольфрама с металлической связкой может быть добавлен высокотемпературный карбид вольфрама с размером зерна не менее 10 мкм. Из шихты прессуют заготовки необходимых форморазмеров и спекают при соответствующих температурах.
П р и м е р 1. Для получения сплава с содержанием кобальта 6 мас. в исходный порошок триоксида вольфрама вводили добавку порошка карбида вольфрама с размером зерна 0,2-0,8 мкм в количестве 44,3 на 1000 г триоксида вольфрама, что составляет 5 мас. по отношению к карбиду вольфрама в сплаве. Порошок вольфрама получали восстановлением в водороде в две стадии: при 900оС до диоксида вольфрама и при 1200оС до вольфрама. Карбидизацию вольфрама проводили при 2200оС. Длительность мокрого размола карбида вольфрама с металлической связкой составляла 48 ч при соотношении веса шаров к весу смеси 3:1. Сушку смеси проводили при 70-90оС, высушенную смесь замешивали на 4,5 мас. в растворе каучука в бензине и сушили при 70-90оС. Из смеси прессовали заготовки и проводили спекание в печи с водородной атмосферой при температуре 1400оС при продвижке лодочек 8 мм/мин.
Эксплуатационную стойкость сплава определяли при продольном точении по серому чугуну марки 30. Режим резания: скорость резания 130 м/мин, глубина резания 1,0 мм, подача 0,2 мм/об, критерий затупления износ по задней поверхности 0,8 мм. Коэффициент стойкости рассчитывали как отношение стойкости испытываемого варианта сплава к стойкости сплава прототипа. Кст составил 1,5.
П р и м е р ы 2-6. Режимы изготовления сплавов те же, что и в примере 1, но в исходный триоксид вольфрама вводили добавку порошка высокотемпературного карбида вольфрама с разным размером зерна и в разных количествах.
П р и м е р 7. Режимы изготовления сплава те же, что и в примере 1, но при смешивании шихты карбида вольфрама с 6 мас. кобальта в нее вводили добавку карбида тантала в количестве 2 мас. по отношению к карбиду вольфрама сплава. Кст данного варианта сплава равен 1,6.
П р и м е р 8. Режимы изготовления сплава те же, что и в примере 1, но при смешивании шихты карбиды вольфрама с 6 мас. кобальта в нее вводили добавки карбида тантала в количестве 2 мас. и карбида ванадия в количестве 0,1 мас. по отношению к карбиду вольфрама сплава. Кст=1,6.
П р и м е р 9. Режимы изготовления сплава те же, что и в примере 1, но при смешивании шихты карбида вольфрама с 6 мас. кобальта в нее вводили высокотемпературный карбид вольфрама с размером зерна 10-12 мкм в количестве 60 мас. (по отношению к карбидной фазе сплава). Кст=1,6.
П р и м е р 10. Режимы изготовления сплава те же, что и в примере 1, но в исходный порошок триоксида вольфрама вводили добавку низкотемпературного карбида вольфрама с размером зерна 0,2-0,8 мкм в количестве 5 мас. от содержания по отношению к карбиду вольфрама в сплаве. Кст сплава равен 1,5.
П р и м е р 11 (прототип). Для получения сплава с содержанием кобальта 6 мас. в исходный порошок триоксида вольфрама вводили добавку порошка вольфрама с размером зерна 0,2-0,8 мкм в количестве 5 мас. по отношению к получаемому вольфраму.
Порошок триоксида вольфрама с добавкой вольфрама подвергали восстановлению в две стадии и карбидизации по режимам примера 1. Полученный карбид вольфрама смешивали с металлической связкой и подвергали мокрому размолу в течение 72 ч при соотношении веса шаров к весу смеси 3,5:1. Кст=1,0.
Все варианты сплавов, полученные предлагаемым способом обладают более высокими коэффициентами стойкости по сравнению со сплавом-прототипом. Предлагаемый способ позволяет сократить интенсивность мокрого размола.
Формула изобретения: 1. Способ получения спеченного твердого сплава на основе карбида вольфрама, включающий смешивание триоксида вольфрама с вольфрамсодержащим веществом, восстановление в токе водорода, карбидизацию вольфрама, смешивание и размол карбида вольфрама с металлической связкой, прессование и спекание, отличающийся тем, что в качестве вольфрамсодержащего вещества используют порошок карбида вольфрама с размером зерна не более 1,5 мкм в количестве 3 - 10 мас. по отношению к карбиду вольфрама в сплаве.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед смешиванием и размолом карбида вольфрама с металлической связкой добавляют карбид тантала и/или карбид ванадия.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед смешиванием и размолом карбида вольфрама с металлической связкой добавляют карбид вольфрама с размером зерна не менее 10 мкм.
4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что перед смешиванием и размолом карбидов с металлической связкой добавляют карбид вольфрама с размером зерна не менее 10 мкм.