способ получения режущего инструмента из карбидсодержащих сплавов вольфрамовой (вк) и титано-вольфрамовой (тк) групп

Классы МПК:B22F3/24 последующая обработка заготовок или изделий 
Автор(ы):, , , , , ,
Патентообладатель(и):Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Оренбургский государственный университет" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2013-05-07
публикация патента:

Изобретение относится к области металлургии, в частности к изделиям из карбидсодержаших твердых сплавов, применяемым для холодной и горячей механической обработки металлов и сплавов, например, резанием. Способ получения режущего инструмента из карбидсодержащих сплавов вольфрамовой (ВК) и титано-вольфрамовой (ТК) групп включает спекание карбидсодержащих сплавов при температуре 1400-1650°C и охлаждение. После спекания производят вакуумный отжиг с нагревом до температуры 1050°C-1250°C и выдержкой 1 час, а последующее охлаждение осуществляют вместе с печью в течение 4 часов. Повышается стойкость карбидсодержащих сплавов. 8 ил., 5 табл.

способ получения режущего инструмента из карбидсодержащих сплавов   вольфрамовой (вк) и титано-вольфрамовой (тк) групп, патент № 2528539 способ получения режущего инструмента из карбидсодержащих сплавов   вольфрамовой (вк) и титано-вольфрамовой (тк) групп, патент № 2528539 способ получения режущего инструмента из карбидсодержащих сплавов   вольфрамовой (вк) и титано-вольфрамовой (тк) групп, патент № 2528539 способ получения режущего инструмента из карбидсодержащих сплавов   вольфрамовой (вк) и титано-вольфрамовой (тк) групп, патент № 2528539 способ получения режущего инструмента из карбидсодержащих сплавов   вольфрамовой (вк) и титано-вольфрамовой (тк) групп, патент № 2528539 способ получения режущего инструмента из карбидсодержащих сплавов   вольфрамовой (вк) и титано-вольфрамовой (тк) групп, патент № 2528539 способ получения режущего инструмента из карбидсодержащих сплавов   вольфрамовой (вк) и титано-вольфрамовой (тк) групп, патент № 2528539 способ получения режущего инструмента из карбидсодержащих сплавов   вольфрамовой (вк) и титано-вольфрамовой (тк) групп, патент № 2528539

Формула изобретения

Способ получения режущего инструмента из карбидсодержащих сплавов вольфрамовой (ВК) и титано-вольфрамовой (ТК) групп, включающий спекание карбидсодержащих сплавов при температуре 1400-1650°C и охлаждение, отличающийся тем, что после спекания производят вакуумный отжиг с нагревом до температуры 1050°C-1250°C и выдержкой 1 час, а последующее охлаждение осуществляют вместе с печью в течение 4 часов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно к способам получения изделий порошковой металлургии, в частности к изделиям из карбидсодержащих твердых сплавов вольфрамовой (ВК) и титано-вольфрамовой (ТК) групп, применяемым для холодной и горячей механической обработки металлов и сплавов, например, резанием.

Известен способ термической обработки изделий из карбидсодержащих 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 термической обработки изделий из карбидсодержащих твердых сплавов, полученных методом стационарного спекания в присутствии жидкой фазы, при котором температуру обработки выбирают в интервале температур 800-1400°C [Wu Yinfang. A survey of study on heat-treatment of cemented carbide. - Hard metals and hard materials. - 1993. - V.1, 1. - P.20-23 (прототип)], причем интервал температур, больших 1280°C, лежит выше температуры эвтектики (1280°C) компонентов твердого сплава. Таким образом, при термообработке в интервале температур 1280-1400°C происходит повторная рекристаллизация 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 сплавов вольфрамовой (ВК) и титано-вольфрамовой (ТК) групп введением вакуумного отжига карбидсодержащих сплавов после спекания, что увеличивает стойкость карбидсодержащих сплавов.

Техническая задача решается тем, что способ получения режущего инструмента из карбидсодержащих сплавов вольфрамовой (ВК) и титано-вольфрамовой (ТК) групп, включающий спекание карбидсодержащих сплавов при температуре 1400-1650°C, охлаждение, отличающийся тем, что после спекания производят вакуумный отжиг в вакуумной печи с нагревом до температуры 1050-1250°C (вакуум 5×10 -5 мм рт.ст.), выдержки 1 час, с последующим охлаждением вместе с печью в течение 4 часов.

Для пояснения способа на фиг.1 показан внешний вид твердосплавных штабиков ВК8 (а) и Т14К8 (б), увеличение 1:1, на фиг.2 показан график изменения твердости твердосплавных штабиков ВК8 и Т14К8 в зависимости от температуры отжига, на фиг.3 показана микроструктура твердого сплава Т14К8 после отжига при температуре 1050°C, 1420HV, износ 0,02 мм, а - увеличение 640, б - увеличение 1280, на фиг.4 - микроструктура твердого сплава Т14К8 после отжига при температуре 1150°C, 1340HV, износ 0,02 мм, а - увеличение 640, б - увеличение 1280, на фиг.5 - микроструктура твердого сплава Т14К8 после отжига при температуре 1250°C, 1450 HV, а - увеличение 640, б - увеличение 1280, на фиг.6 - микроструктура твердого сплава ВК8 после отжига при температуре 1050°C, 1410HV, износ 0,1 мм, а - увеличение 640, б - увеличение 1280, на фиг.7 - микроструктура твердого сплава ВК8 после отжига при температуре 1150°C, 1440HV, износ 0,2 мм, а - увеличение 640, б - увеличение 1280, на фиг.8 - микроструктура твердого сплава ВК8 после отжига при температуре 1250°C, 1400HV, износ 0,14 мм, а - увеличение 640, б - увеличение 1280.

Способ осуществляют следующим образом:

До и после отжига образцов были определены размеры: ширина, высота и длина, твердость и предел прочности при изгибе (таблица 1, 2 и фиг.2).

Таблица 1
Марка материалаВид обработки Размеры, мм F, HМ h*h*B/6Предел прочности, Н/мм2Среднее значение
ширинавысота длина
ВК8Исходный 5,005,1034,00 617652496 21,6751800 (1833) 1830
5,20 5,3334,005414 4601924,6210467 1869
способ получения режущего инструмента из карбидсодержащих сплавов   вольфрамовой (вк) и титано-вольфрамовой (тк) групп, патент № 2528539 Отжиг в вакууме при 1050°C5,26 5,3234,004067 34569,524,811771 2195(2192) 2190
5,10 5,1034,005539 47081,522,1085 2130
5,22 5,2734,00 56824829724,162423 1999
Отжиг в вакууме при 1150°C5,23 5,3034,00 49564212624,485117 1720(1907) 1910
ВК8 5,105,1034,00 583449589 22,10852243
5,225,2734,00 500042500 24,1624231759
Отжиг в вакууме при 1250°C5,25 5,3234,00 40923478224,7646 1705(1819) 1820
5,00 5,1034,004945 42032,521,675 1939
5,23 5,3334,00 44063745124,763091 1912
способ получения режущего инструмента из карбидсодержащих сплавов   вольфрамовой (вк) и титано-вольфрамовой (тк) групп, патент № 2528539 Отжиг в вакууме при 1050°C4,76 5,2032,007877 6301621,451733 2938(2617) 2620
4,83 5,2632,006620 5296022,272418 2378
4,64 4,7032,00 44173533617,082933 2068
4,50 4,7032,00 62955036016,5675 3040
5,09 5,3032,00 79266340823,829683 2661
Отжиг в вакууме при 1150°C4,57 4,9532,00 52004160018,662738 2229(2312) 2310
4,62 5,1232,003999 3199220,185088 1585
T14K84,985,12 32,007883 6306421,757952 2898
4,50 5,0032,005555 4444018,75 2370
5,13 5,3032,007433 5946424,01695 2476
Отжиг в вакууме при 1250°C4,42 5,0132,00 41273301618,490407 1786(1714) 1710
4,34 4,9432,003008 2406417,651937 1363
4,68 4,6732,00 35962876817,010942 1691
4,60 5,0032,00 52924233619,166667 2209
4,73 5,2732,00 41703336021,894303 1524
Т14К8 Исходный4,62 5,1232,003900 3226020,194506 15001500

Таблица 2
Марка твердого сплаваФорма образцаТвердость, HV Твердость средняя, HV
12 3Среднее
1050°C - вакуум
Т14К8Штабик 140214021402 1402(1421) 1420
1427 145214521444
14521452 15051470
13781378 13781378
140214271402 1410
ВК8Штабик 158915331478 1533(1405) 1410
1402 128813781356
13541288 13321325
Т14К85 гранная пластинка1452 150513781445 1445
1150°C - вакуум
Т14К8Штабик 142714271378 1411(1411) 1410
1427 141114111419
14271411 13791412
14101410 13901400
142714101411 1418
ВК8Штабик 153315331452 1493(1442) 1440
1478 147814781478
13781378 13321355
Т14К85 гранная пластинка1365 156013651465 1465
1250°C - вакуум
Т14К8Штабик 133214021402 1367(1452) 1450
1452 150515331497
14521505 15331497
15051452 14521479
145214271378 1419
ВК8Штабик 140213321452 1395(1392) 1400
1452 137813321387
14021402 13781394
Т14К85 гранная пластинка1452 140214021419 (1419) 1420

Характеристика исследуемых образцов после отжига в вакууме приведена в таблице 3.

Таблица 3
T, °CТ14К8 ВК8
1050 Ширина и высота образцов увеличилась на 3-5%, длина осталась прежней. Твердость увеличилась на 10%, предел прочности увеличился на 80%Ширина и высота образцов увеличилась на 3-5%, длина осталась прежней. Твердость уменьшилась на 10%. Предел прочности увеличился на 10%
1150Длина прежняя, ширина и высота увеличились на 3-5%. Твердость осталась прежней, предел прочности увеличился на 60%Ширина и высота образцов увеличилась на 3-5%, длина осталась прежней. Твердость уменьшилась на 5%. Предел прочности увеличился на 5%
1250Ширина и высота увеличились на 3-5%, длина прежняя. Твердость увеличилась на 5%, предел прочности увеличился на 20%. Износ пластин уменьшился на 30% и составил 0,6 ммШирина, высота увеличилась на 3-5%, длина прежняя. Твердость уменьшилась на 10%, предел прочности остался прежним. Износ пластин уменьшился с 0,2 до 0,16 мм

Результаты исследований показали, что отжиг в вакууме эффективно проводить для сплава Т14К8. С повышением температуры предел прочности повышается, а твердость уменьшается. Лучший режим отжига при температуре 1050°C. Прочность увеличилась примерно в 1.7 раз.

Для сплава ВК8 проведение вакуумного отжига приводит к увеличению прочности на 5-10% и незначительному снижению твердости.

После проведения отжига при различных температурах в вакууме твердых сплавов ВК8 и Т14К8 были приготовлены шлифы и исследованы микроструктуры данных сплавов при различных увеличениях.

Увеличение температуры отжига с 1050°C до 1250°C привело к увеличению растворимости карбидов вольфрама в кобальте для сплава ВК8 и увеличению предела прочности при изгибе при неизменной твердости. Твердый сплав Т14К8 при увеличении температуры отжига меняет свою структуру следующим образом: измельчаются карбидные включения и увеличивается количество темной фазы - способ получения режущего инструмента из карбидсодержащих сплавов   вольфрамовой (вк) и титано-вольфрамовой (тк) групп, патент № 2528539 -кобальт, что ведет к увеличению прочности образцов при неизменной твердости (фиг.3 - Микроструктура твердого сплава Т14К8 после отжига при температуре 1050°C, 1420HV, износ 0,02 мм, фиг.4 - Микроструктура твердого сплава Т14К8 после отжига при температуре 1150°C, 1340HV, износ 0,02 мм, фиг.5 - Микроструктура твердого сплава Т14К8 после отжига при температуре 1250°С, 1450 HV. фиг.6 - Микроструктура твердого сплава ВК8 после отжига при температуре 1050°C, 1410HV, износ 0,1 мм, фиг.7 - Микроструктура твердого сплава ВК8 после отжига при температуре 1150°C, 1440HV, износ 0,2 мм, фиг.8 - Микроструктура твердого сплава ВК8 после отжига при температуре 1250°C 1400HV, износ 0,14 мм, а - увеличение 640, б - увеличение 1280).

Влияние температуры отжига на износ поверхности (таблица 4) твердых сплавов ВК8 и Т14К8 изучен в следующей серии экспериментов. Резание проводили торцевым точением от центра к периферии, n=400 мин -1, t=1 час, s=0,1 мм/об, глубина резания - 1 мм, 5 проходов. С повышением температуры отжига с 1050°C до 1250°C уменьшился износ шлифовальной грани твердого сплава ВК8 с 0,4 до 0,1 мм.

Таблица 4
Марка материалаВид обработки Предел прочности, Н/мм2 Твердость, HV Шлифованная граньНе шлифованная грань
задняя поверхность передняя поверхность задняя поверхностьпередняя поверхность
ВК8 Исходный18301490 0,40,24 0,60,1
Отжиг в вакууме при 1050°C2190 14100,1 0,180,10,12
Отжиг в вакууме при 1150°C 19101440 0,150,240,2 0,38
Отжиг в вакууме при 1250°C1820 14000,160,1 0,140,2
Т14К8Исходный 15001400 0,250,150,3 0,15
Отжиг в вакууме при 1050°C2620 14200,060,06 0,020,1
Отжиг в вакууме при 1150°C 231014100,04 0,060,02 0,08
Отжиг в вакууме при 1250°C 17101450 0,040,04 излом

Износ твердого сплава Т14К8 с повышением температуры отжига уменьшился в 3-6 раз, что указывает на положительное влияние отжига ни износ данного вида сплава (время отжига при заданной температуре - 1 час, время нагрева и охлаждения - 2,5-4 часа).

Проанализировали результаты проведенных экспериментальных работ по повышению физико-механических и эксплуатационных свойств твердых сплавов групп ВК и ТК и дали сравнение с прототипом (таблица 5). Была проведена термообработка с нагревом образцов в вакууме при температуре 1050°C, 1150°C, 1250°C. Твердость практически не изменилась и осталась в интервале 1400-1450 HV, предел прочности повысился от 50 до 80%, износ уменьшился в 3-6 раз, коэффициент стойкости (определяли как отношение износостойкости до и после вакуумного отжига) увеличился в 3-6 раз.

Таблица 5
Марка материалаВид обработки Предел прочности, МПаТвердость, HV Коэффициент стойкости, K
ВК8Исходный1830 14901
Отжиг в вакууме при 1050°C 219014104
Отжиг в вакууме при 1150°C 19101440 3,5
Отжиг в вакууме при 1250°C 18201400 3
Т14К8 Исходный15001400 1
Отжиг в вакууме при 1050°C2620 14204
Отжиг в вакууме при 1150°C2310 14105
Отжиг в вакууме при 1250°C 171014506
ВК8 и Т15К6 Прототип-- 3
- -3

Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2528539

patent-2528539.pdf

Класс B22F3/24 последующая обработка заготовок или изделий 

способ стабилизации механических характеристик изделий из твердых сплавов -  патент 2525873 (20.08.2014)
способ улучшения обрабатываемости металлопорошковых сплавов -  патент 2519434 (10.06.2014)
способ повышения физико-механических свойств инструментальных и конструкционных материалов методом объемного импульсного лазерного упрочнения (оилу) -  патент 2517632 (27.05.2014)
способ получения изделий из сложнолегированных порошковых жаропрочных никелевых сплавов -  патент 2516267 (20.05.2014)
способ получения износостойкого антифрикционного самосмазывающегося сплава -  патент 2492964 (20.09.2013)
способ изготовления постоянного магнита и постоянный магнит -  патент 2490745 (20.08.2013)
выполненная с увеличенной вязкостью буровая коронка инструмента для бурения породы и способ увеличения вязкости таких буровых коронок -  патент 2488681 (27.07.2013)
способ термического упрочнения деталей из порошковых материалов на основе железа -  патент 2486030 (27.06.2013)
способ получения деталей газотурбинных двигателей с длительным ресурсом эксплуатации из порошковых никелевых сплавов -  патент 2483835 (10.06.2013)
способ термической обработки спеченных изделий -  патент 2477200 (10.03.2013)
Наверх