способ обработки изделий из твердых сплавов

Классы МПК:B22F3/24 последующая обработка заготовок или изделий 
C23C14/28 с использованием волновой энергии или облучения частицами
Автор(ы):, , , , , ,
Патентообладатель(и):Научно-исследовательский институт механики МГУ им.М.В.Ломоносова
Приоритеты:
подача заявки:
1993-12-28
публикация патента:

Изделия из твердых сплавов обрабатывают путем воздействия способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330-частицами высоких энергий, потоки которых, обеспечивающие максимальные значения tp, определяют по одной из следующих зависимостей:

способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330

где tp - время работоспособности обработанного изделия, Fспособ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 20833301 и способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 20833302 - потоки способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330-частиц, соответствующие первому (энергетическому) и второму (корпускулярному) максимумам tp, Eop и Фр - начальная энергия и поток пучка протонов, оказывающего эквивалентное действие на твердосплавный материал, определяемый опытным путем. 5 табл., 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4

Формула изобретения

Способ обработки изделий из твердых сплавов путем воздействия ионизирующей радиации, отличающийся тем, что воздействие ведут способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330-частицами высоких энергий, поток которых, обеспечивающий максимальные значения времени работоспособности обработанного изделия, определяют по одной из следующих зависимостей:

способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330

способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330

где способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 20833301 и способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 20833302 потоки способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330-частиц, соответствующие первому (энергетическому) и второму (корпускулярному) максимумам кривой времени работоспособности обработанного изделия, см-2;

E0способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330 начальная энергия a-частиц, МэВ;

E0p и способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330p начальная энергия и поток пучка протонов, оказывающего эквивалентное действие на твердосплавный материал, определяемые экспериментально.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к холодной и горячей механической обработке металлов, в частности, к методам увеличения износостойкости режущего инструмента.

Известен способ [1] увеличения износостойкости твердосплавного режущего инструмента на основе монокарбида вольфрама путем нанесения износостойкого покрытия, состоящего, например, из карбидов или нитридов титана. Способ позволяет увеличить износостойкость твердосплавного режущего инструмента в несколько раз.

Известен также способ увеличения износостойкости твердосплавного режущего инструмента на основе монокарбида вольфрама путем имплантации ионов азота или гелия из импульсного источника [2]

Наиболее близким к заявляемому способу является способ обработки твердосплавного режущего инструмента на основе монокарбида вольфрама путем воздействия одним из видов ионизирующей радиации пучком протонов высоких энергий (энергия протонов Eo 6,3 МэВ, поток способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330 4способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 20833301014 см-2) [3]

Недостатками известных способов являются малая толщина покрытия, составляющая способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330100-101 мкм, и ухудшение адгезии между материалом твердого сплава и покрытием при увеличении толщины последнего; необходимость использования уникального дорогостоящего оборудования - импульсного ускорителя ионов; необходимость использования уникального дорогостоящего оборудования ускорителя заряженных частиц высоких энергий (циклотрона), остаточная радиоактивность обработанных изделий, большая длительность процесса облучения порядка нескольких часов.

Целью изобретения является предупреждение возникновения остаточной радиоактивности, повышение экономичности способа и установление зависимостей между параметром режима обработки потоком облучения и максимума времени работоспособности обработанного изделия.

Цель достигается тем, что воздействие ведут a- частицами высоких энергий, поток которых, обеспечивающий максимальные значения tp, определяют по формуле:

способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330

где

tp время работоспособности обработанного изделия;

способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 20833301 и способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 20833302 потоки способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330-частиц, соответствующие первому (энергетическому) и второму (корпускулярному) максимумам tp;

EOспособ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330 энергия a-частиц;

Eop и Fp начальная энергия в МэВ и поток пучка протонов, оказывающего эквивалентное действие на твердосплавный материал, которые определяют опытным путем либо из литературных данных.

Положительный эффект изобретения проявляется в том, что "износостойкое покрытие" обладает идеальной адгезией, так как является частью матрицы изделия из твердосплавного материала, а его толщина определяется энергией способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330-частиц и может составлять до способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330101-102 мкм; появляется возможность использования простого экономичного оборудования, например, природных источников a-частиц, в частности Pu238 с энергией a-частиц способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 20833305 МэВ, не вызывающей наведения остаточной радиоактивности в твердосплавном материале.

Экспериментально установлено, что пластины, изготовленные из твердых сплавов марок Т15К6 и МС 111, увеличивают свою износостойкость и срок службы до 5 раз после воздействия a-частиц с энергией способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 20833305 МэВ и 25 МэВ и потоками (F) от 1способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 20833301012 до 2способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 20833301014см-2, причем максимум времени работоспособности tp достигался дважды: при F1,4способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 20833301013 см-2 и в интервале F (1-2)способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330114 см-2.

На фиг. 1 показана зависимость времени работоспособности пластин из сплавов Т15К6 и МС 111 от потока a-частиц различных энергий; на фиг. 2 - зависимость времени работоспособности пластин из сплава Т15К6 и МС 111 от потока протонов.

Пример 1. В Московском комбинате твердых сплавов (МКТС) проведены испытания на износостойкость режущих пластин, изготовленных из твердого сплава марки МС 111. Пластины были подвергнуты облучению a-частицами от природного источника плутония (Pe238) с потоками от способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 20833301способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 20833301010 см-2 до 1,4способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 20833301013 см-2. Обрабатываемый материал - сталь 50. Обработка проводилась на станке модели 1 М63. Скорость резания V составляла 180, 215 и 220 м/мин, подача S 0,20 мм/об, глубина резания n 1,0 мм. Зависимость нормирования времени работоспособности (tp/tp макс) от потока a-частиц представлена в табл. 1 и на фиг. 1 (кривая 1). Максимальное значение tp наблюдается на крае интервала F при F 1,4способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330 1013 см-2.

Пример 2. В Люберецком производственном объединении "Завод им. Ухтомского" проведены испытания на срок службы режущих пластин, изготовленных из твердого сплава МС 111. Пластины были подвергнуты облучению a-частицами от природного источника плутония (Pu238) с энергией способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 20833305 МэВ и потоками от 1,4способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 20833301014 см-2. Обрабатываемая деталь КРН03604, материал заготовок сталь 45Г2. Обработка проводилась в цехе N 21 на гидрокопировальном полуавтоматическом станке модели 473-4. Скорость резания V составляла 70 м/мин, подача S 0,53 мм/об, глубина резания t 2,5 мм. Зависимость нормированного срока службы (Nдет/Nдет макс) от величины потока a-частиц представлена в табл. 2 и на фиг. 1 (кривая 2). На кривой 2 наблюдаются два максимума: один при F 1,4способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 20833301013 см-2, а второй при F 1,1способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 20833301014 см-2.

Пример 3. В Московском комбинате твердых сплавов (МКТС) проведены испытания на износостойкость пластин, изготовленных из твердого сплава марки Т15К6. Пластины были подвергнуты облучению a-частицами на циклотроне НИИЯФ МГУ. Энергия a-частиц составляла 25 МэВ, а значения потока F равнялись способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 20833301=1способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 20833301014 см-2 и способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 20833302=2способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 20833301014 см-2 Обрабатываемый материал сталь 50. Обработка проводилась на станке модели 1М63. Скорость резания V составляла 210 м/мин, подача S 0,20 мм/об, глубина резания t 1,0 мм. Результаты испытаний представлены в табл. 3 и на фиг. 1 (кривая 3). Очевидно, что облучение с способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 20833302=2способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 20833301014 см-2 обеспечивает большую величину времени работоспособности tp.

Анализ результатов, представленных в примерах 1-3, показывает, что на зависимостях tp f (способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330) наблюдаются два максимума: один при F 1,4способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 20833301013 см-2, а второй в интервале F (1-2) 1014 см-2.

Пример 4. В Люберецком производственном объединении "Завод им. Ухтомского" проведены испытания на срок службы режущих пластин, изготовленных из твердого сплава МС 111. Пластины были облучены протонами на циклотроне НИИЯФ МГУ. Энергия протонов Е 6,3 МэВ, поток F варьировался в интервале от 1способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 20833301014 см-2 до 4способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 20833301014 см-2. Условия испытания были те же, что и в примере 2. Зависимость нормированного срока службы от потока протонов представлена в табл. 4 и на фиг. 2 (кривая 1). На кривой 1 наблюдается максимум при F 3способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 20833301014 см-2, однако и в точках способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330p=1способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 20833301014 см-2 и способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330p=4способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 20833301014 см-2 Nдет мало отличаются от Nдет.макс..

Пример 5. В Московском комбинате твердых сплавов (МКТС) проведены испытания на износостойкость режущих пластин, изготовленных из твердого сплава марки Т15К6. Пластины были облучены протонами на циклотроне НИИЯФ МГУ. Энергия протонов Е 6,4 МэВ, поток способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330p варьировался в интервале от 1способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 20833301014 см-2 до 8способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 20833301014 см-2. Условия испытаний были те же, что и в примере 3. Зависимость нормированного времени работоспособности от потока протонов представлена в табл. 5 и на фиг. 2 (кривая 2). Максимум tp наблюдается при способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330p=2способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 20833301014 см-2 однако tp при других значениях способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330p очень мало отличается от tp макс..

Экспериментально установлено на примере режущих пластин из твердосплавных материалов на основе монокарбида вольфрама, что при облучении их протонами и способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330-частицами высоких энергий и g-квантами действует один и тот же механизм увеличения износостойкости ионизационный, обусловленный разрыв напряженных связей в материале. Общий механизм увеличения износостойкости подтверждается наличием количественных закономерностей, связывающих три вида ионизирующей радиации. В частности, облучение протонами и воздействие потока a-частиц связаны между собой следующими аналитическими зависимостями.

Первый (энергетический) максимум времени работоспособности обусловлен равенством энергий, выделяющихся при облучении изделия из твердосплавного материала протонами или a-частицами. Вывод выражения, связывающего между собой величины потоков протонов и a-частиц и их энергий, достаточно громоздок. Поэтому ниже приведена лишь схема вывода.

1. Исходным является выражение для энергии (поглощенной дозы), выделяющейся в 1 г вещества при облучении потоком протонов Fp или способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330-частиц Fa:

способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330

где

EOp(способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330) начальная энергия протонов (способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330-частиц);

r плотность вещества;

Rp(способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330) полный пробег протонов (способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330-частиц) в веществе.

2. Поскольку формула (1) относится к одному из простых веществ - элементов Периодической системы Менделеева, а твердосплавные материалы состоят из ряда элементов (W, C, Co, Ti, Ta, Nb), то формула (1) заменяется иной:

способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330

где

N число элементов в твердом сплаве;

xi концентрация i-го элемента в твердом сплаве в атомных процентах;

способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330i плотность i-го элемента твердого сплава;

Ri пробег заряженной частицы (протона, способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330-частицы) в i-ом элементе твердого сплава.

3. Пробег протонов (a-частиц) в веществе определяют по формуле:

способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330

где способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330 ионизационные потери энергии при пробеге протона ( способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330-частицы) в i-ом элементе твердого сплава, определяемые формулой Бете [5] пригодной для легких частиц (протонов, дейтронов и a-частиц) с энергией, превышающей 1 МэВ. Поэтому под верхних пределом интеграла (3) EHip(способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330) следует понимать величину, равную 1 МэВ, т.е. EHip(способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330) способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330 1 МэВ.

4. Интеграл (3) вычисляется не точно, а приближенно с помощью теоремы о среднем значении определенного интеграла.

В результате получаем формулу:

способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330

где

Zi порядковый номер i-го элемента твердого сплава;

Ai атомный вес i-го элемента твердого сплава;

EOp(способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330) выражено в МэВ, а способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330p(способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330) в см-2,

способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330

где

aO, ER, NAv, mO физические константы;

Zp(способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330) порядковые номера атомов водорода (p) и гелия (способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330);

Mp(способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330) массы ядра атомов водорода (p) и гелия (способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330).

5. Формула (4) симметрична по отношению к протонам и a- частицам. Поэтому из условия равенства Dp и D(способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330) получаем:

способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330

Откуда

способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330

Поскольку aспособ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330=16 ap(Zp=1, Zспособ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330=2, Mспособ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330=4Mp) то окончательно получаем:

способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330

Или

способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330

Второй (корпускулярный) максимум определяется из условия

Fспособ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330 способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330 способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330p (9)

Сопоставим результаты испытаний с формулами (8"), (8"") и (9).

Сопоставляя результаты испытаний с формулами (8) и (9), приходим к выводу, что первый (энергетический) максимум (МС 111, способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330=1,4способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 20833301013 см-2 примеры 1 и 2) ближе всего соответствует способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330p=3способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 20833301014 см-2 примера 4: согласно (8) способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330=1,92способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 20833301013 см-2 Второй (корпускулярный) максимум (условие (9)), наблюдаемый при способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330=1,1способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 20833301014 см-2 (МС 111, пример 2) и при 2способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 20833301014 см-2 (Т15К6, пример 3) ближе всего совпадает со значениями способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330p=1способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 20833301014 см-2 (МС 111, пример 4) и способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 2083330p=2способ обработки изделий из твердых сплавов, патент № 20833301014 см-2 (Т15К6, пример 5).

Закономерности, изложенные выше, доказаны на примере режущих пластин, изготовленных из твердых сплавов на основе монокарбида вольфрама. Однако в связи с тем, что ионизационный механизм, о котором подробно говорилось выше, действует на различные материалы, указанные закономерности, определяющие энергетический и корпускулярный максимум, справедливы и для таких материалов, как нитрид бора и керамика.

Класс B22F3/24 последующая обработка заготовок или изделий 

способ получения режущего инструмента из карбидсодержащих сплавов вольфрамовой (вк) и титано-вольфрамовой (тк) групп -  патент 2528539 (20.09.2014)
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)

Класс C23C14/28 с использованием волновой энергии или облучения частицами

способ получения тонких эпитаксиальных слоев -sic на кремнии монокристаллическом -  патент 2524509 (27.07.2014)
способ формирования микроструктурированного слоя нитрида титана -  патент 2522919 (20.07.2014)
устройство для получения электродного материала -  патент 2521939 (10.07.2014)
способ получения алмазоподобных покрытий комбинированным лазерным воздействием -  патент 2516632 (20.05.2014)
способ восстановления элементов турбомашины -  патент 2481937 (20.05.2013)
корпус имплантата, способ его изготовления и зубной имплантат -  патент 2471451 (10.01.2013)
солнечный элемент и способ и система для его изготовления -  патент 2467851 (27.11.2012)
покрытие из нитрида углерода и изделие с таким покрытием -  патент 2467850 (27.11.2012)
способ нанесения покрытия и металлическое изделие, снабженное покрытием -  патент 2467092 (20.11.2012)
способ получения поверхностей высокого качества и изделие с поверхностью высокого качества -  патент 2435871 (10.12.2011)