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

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 материала	Вид обработки	Размеры, мм			F, H	М	h*h*B/6	Предел прочности, Н/мм2	Среднее значение
		ширина	высота	длина
ВК8	Исходный	5,00	5,10	34,00	6176	52496	21,675	1800	(1833) 1830
		5,20	5,33	34,00	5414	46019	24,6210467	1869
	Отжиг в вакууме при 1050°C	5,26	5,32	34,00	4067	34569,5	24,811771	2195	(2192) 2190
		5,10	5,10	34,00	5539	47081,5	22,1085	2130
		5,22	5,27	34,00	5682	48297	24,162423	1999
	Отжиг в вакууме при 1150°C	5,23	5,30	34,00	4956	42126	24,485117	1720	(1907) 1910
ВК8		5,10	5,10	34,00	5834	49589	22,1085	2243
		5,22	5,27	34,00	5000	42500	24,162423	1759
	Отжиг в вакууме при 1250°C	5,25	5,32	34,00	4092	34782	24,7646	1705	(1819) 1820
		5,00	5,10	34,00	4945	42032,5	21,675	1939
		5,23	5,33	34,00	4406	37451	24,763091	1912
	Отжиг в вакууме при 1050°C	4,76	5,20	32,00	7877	63016	21,451733	2938	(2617) 2620
		4,83	5,26	32,00	6620	52960	22,272418	2378
		4,64	4,70	32,00	4417	35336	17,082933	2068
		4,50	4,70	32,00	6295	50360	16,5675	3040
		5,09	5,30	32,00	7926	63408	23,829683	2661
	Отжиг в вакууме при 1150°C	4,57	4,95	32,00	5200	41600	18,662738	2229	(2312) 2310
		4,62	5,12	32,00	3999	31992	20,185088	1585
T14K8		4,98	5,12	32,00	7883	63064	21,757952	2898
		4,50	5,00	32,00	5555	44440	18,75	2370
		5,13	5,30	32,00	7433	59464	24,01695	2476
	Отжиг в вакууме при 1250°C	4,42	5,01	32,00	4127	33016	18,490407	1786	(1714) 1710
		4,34	4,94	32,00	3008	24064	17,651937	1363
		4,68	4,67	32,00	3596	28768	17,010942	1691
		4,60	5,00	32,00	5292	42336	19,166667	2209
		4,73	5,27	32,00	4170	33360	21,894303	1524
Т14К8	Исходный	4,62	5,12	32,00	3900	32260	20,194506	1500	1500

Таблица 2
Марка твердого сплава	Форма образца	Твердость, HV				Твердость средняя, HV
		1	2	3	Среднее
1050°C - вакуум
Т14К8	Штабик	1402	1402	1402	1402	(1421) 1420
		1427	1452	1452	1444
		1452	1452	1505	1470
		1378	1378	1378	1378
		1402	1427	1402	1410
ВК8	Штабик	1589	1533	1478	1533	(1405) 1410
		1402	1288	1378	1356
		1354	1288	1332	1325
Т14К8	5 гранная пластинка	1452	1505	1378	1445	1445
1150°C - вакуум
Т14К8	Штабик	1427	1427	1378	1411	(1411) 1410
		1427	1411	1411	1419
		1427	1411	1379	1412
		1410	1410	1390	1400
		1427	1410	1411	1418
ВК8	Штабик	1533	1533	1452	1493	(1442) 1440
		1478	1478	1478	1478
		1378	1378	1332	1355
Т14К8	5 гранная пластинка	1365	1560	1365	1465	1465
1250°C - вакуум
Т14К8	Штабик	1332	1402	1402	1367	(1452) 1450
		1452	1505	1533	1497
		1452	1505	1533	1497
		1505	1452	1452	1479
		1452	1427	1378	1419
ВК8	Штабик	1402	1332	1452	1395	(1392) 1400
		1452	1378	1332	1387
		1402	1402	1378	1394
Т14К8	5 гранная пластинка	1452	1402	1402	1419	(1419) 1420

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

Таблица 3
T, °C	Т14К8	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%
1150	Длина 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%
1250	Ширина 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 мм	Ширина, 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 - -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 материала	Вид обработки	Предел прочности, Н/мм2	Твердость, HV	Шлифованная грань		Не шлифованная грань
				задняя поверхность	передняя поверхность	задняя поверхность	передняя поверхность
ВК8	Исходный	1830	1490	0,4	0,24	0,6	0,1
	Отжиг в вакууме при 1050°C	2190	1410	0,1	0,18	0,1	0,12
	Отжиг в вакууме при 1150°C	1910	1440	0,15	0,24	0,2	0,38
	Отжиг в вакууме при 1250°C	1820	1400	0,16	0,1	0,14	0,2
Т14К8	Исходный	1500	1400	0,25	0,15	0,3	0,15
	Отжиг в вакууме при 1050°C	2620	1420	0,06	0,06	0,02	0,1
	Отжиг в вакууме при 1150°C	2310	1410	0,04	0,06	0,02	0,08
	Отжиг в вакууме при 1250°C	1710	1450	0,04	0,04	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 материала	Вид обработки	Предел прочности, МПа	Твердость, HV	Коэффициент стойкости, K
ВК8	Исходный	1830	1490	1
	Отжиг в вакууме при 1050°C	2190	1410	4
	Отжиг в вакууме при 1150°C	1910	1440	3,5
	Отжиг в вакууме при 1250°C	1820	1400	3
Т14К8	Исходный	1500	1400	1
	Отжиг в вакууме при 1050°C	2620	1420	4
	Отжиг в вакууме при 1150°C	2310	1410	5
	Отжиг в вакууме при 1250°C	1710	1450	6
ВК8 и Т15К6	Прототип	-	-	3
		-	-	3