способ упрочнения твердых сплавов

Формула изобретения

Способ термической обработки твердосплавного изделия, включающий спекание твердосплавного изделия и охлаждение, отличающийся тем, что спекание проводят при температуре 1650°С, затем осуществляют вакуумный отпуск с нагревом до температуры 1050°С-1250°С и выдержкой 1 час, а охлаждение проводят вместе с печью в течение 4 часов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно к способам термического упрочнения изделий порошковой металлургии, в частности к изделиям из 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 термической обработки изделий из карбидсодержаших 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°С, 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 упрощение технического процесса термообработки: снижение температур термообработки, отсутствие применения закалочных ванн, увеличение стойкости.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является упрощение технического процесса термообработки твердых сплавов, увеличение стойкости.

Техническая задача решается тем, что в способе термической обработки твердых сплавов, включающем спекание твердых сплавов при температуре 1650°C, охлаждение, после спекания производят отпуск в вакуумной печи при температуре 600°C в среде инертного газа, выдерживают в печи от 4 до 24 часов с последующим охлаждением вместе с печью в течение 2,5 часов.

Для пояснения способа на чертеже показан внешний вид твердосплавных штабиков ВК8(а) и Т14К8(б), увеличение 1:1.

Способ осуществляют следующим образом:

Спекание твердых сплавов осуществляли при температуре 1650°C, охлаждение после спекания, производят отпуск в вакуумной печи СГВ2.3/15ЭМ1 при температуре 600°C (вакуум 5×10^-5 мм рт.ст), в среде инертного газа, длительность выдержки от 4 до 24 часов.

Сущность отпуска заключается в том, что в герметичном контейнере создается разреженная инертная атмосфера. С этой целью используется азот. Внутри контейнера размещают детали, которые подключают к отрицательному полюсу источника постоянного напряжения - катод. Анодом служит стенка контейнера. Между катодом и анодом включается высокое напряжение (500-1000 В). В этих условиях происходит ионизация газа. Образующиеся положительно заряженные ионы азота устремляются к отрицательному полюсу - катоду. Электрическое сопротивление газовой среды вблизм катода резко возрастает, вследствие чего почти все напряжение, подаваемое между анодом и катодом, падает на сопротивление вблизи катода, на расстоянии нескольких миллиметров от него. Благодаря этому создается очень высокая напряженность электрического поля вблизи катода.

Ионы азота, входя в эту зону высокой напряженности, разгоняются до больших скоростей и, соударяясь с деталью (катодом), внедряются в ее поверхность. При этом высокая кинетическая энергия, которую имели ионы азота, переходит в тепловую. В результате деталь за короткое время, примерно 15-30 мин, разогревается до температуры 600°С, при соударении ионов с поверхностью детали происходит выбивание ионов железа с ее поверхности. Благодаря этому происходит очистка поверхности от оксидных пленок.

После отпуска в вакуумной печи охлаждение твердых сплавов проводили вместе с печью в течение 2,5 часов.

До и после отпуска в инертной среде была определена твердость (таблица 1, 2) и прочность при изгибе (таблица 3).

Таблица 1
Марка твердого сплава	Время отпуска, ч		Твердость, HV				Твердость средняя, HV
			1	2	3	Среднее
600°C - инертная среда
ВК8	4	1354		1354	1402	1370	(1331) 1330
		1354		1332	1332	1339
		1332		1332	1187	1307
ВК8	8	1427		1427	1427	1427	(1359) 1360
		1267		1267	1268	1267
		1354		1402	1378	1378
ВК8	16	1427		1378	1427	1410	(1409) 1410
		1415		1415	1415	1415
		1402		1402	1408	1404
ВК8	24	1354		1332	1533	1400	(1403) 1400
		1378		1332	1427	1379
		1378		1402	1533	1437
Т14К8	4	1427		1402	1402	1410	(1449) 1450
		1478		1452	1478	1469
		1478		1478	1452	1469
Т14К8	8	1452		1402	1427	1427	(1427) 1430
		1402		1427	1452	1427
		1402		1452	1427	1355
Т14К8	16	1428		1428	1533	1479	(1469) 1470
		1427		1402	1505	1444
		1402		1452	1452	1435
Т14К8	24	1427		1452	1402	1427	(1458) 1460
		1452		1452	1533	1479
		1452		1452	1505	1469
Т14К8	исходная	1452		1427	1378	1419	1420
ВК8	исходная	1302		1332	1282	1305	1310
		1312		1318	1305	1327
		1302		1302	1278	1294

Талица 2
t, ч	Т14К8					ВК8
4	Твердость и прочность увеличилась на 10%.					Твердость и прочность увеличилась на 10%.
8	Твердость увеличилась на 20%, прочность - на 30%.					Твердость и прочность увеличилась на 20,%.
16	Твердость увеличилась на 40%, прочность - на 90%.					Твердость и прочность увеличилась на 40%.
24	Твердость увеличилась на 30%, прочность - на 50%.					Твердость и прочность увеличилась на 30%.
Таблица 3
Марка твердого сплава			Время отпуска, ч	Прочность, Н/мм 2					Прочность средняя, Н/мм2
				1	2		3	Среднее
600°С - инертная среда
ВК8		4		2154	2154		2202	2170	2130
				2154	2132		2132	2139
				2107	2107		2127	2107
ВК8		8		2127	2127		2127	2127	2160
				2167	2167		2168	2167
				2154	2102		2178	2178
ВК8		16		2427	2378		2427	2410	2406
				2378	2378		2378	2378
				2402	2402		2402	2402
ВК8		24		2354	2332		2533	2406	2400
				2378	2332		2427	2379
				2378	2402		2533	2437
Т14К8		4		1727	1702		1702	1715	1720
				1778	1752		1778	1769
				1678	1678		1652	1669
Т14К8		8		2145	2102		2080	2100	2140
				2140	2200		2145	2180
				2210	2252		2147	2200
Т14К8		16		2701	2532		2602	2661	2880
				2942	2903		2933	2938
				3050	3060		3010	3040
Т14К8		24		2378	2378		2363	2370	2360
				2513	2402		2505	2476
				2472	2452		2152	2229
Т14К8		исходная		1502	1498		1502	1501	1500
ВК8		исходная		1800	1869		1800	1823	1830

Результаты исследований на данном этапе показали, что отпуск в вакууме эффективно проводить для сплава Т14К8. С увеличением длительности выдержки от 4 до 24 часов твердость увеличивается от 10% до 40%, прочность - от 10% до 90%. Лучший режим отпуска при длительности выдержки 16 часов: твердость увеличилась на 40%, прочность - на 90%.

Для сплава ВК8 проведение отпуска в инертной атмосфере приводит к увеличению твердости и прочности на 10-40%.

Влияние температуры отжига на износ поверхности (таблица 4) твердых сплавов ВК8 и Т14К8 изучено в следующей серии экспериментов. Резание проводилось торцевым точением от центра к периферии n=400, t=1 час, s=0,1 мм/об. Коэффициент стойкости (определяли как отношение износостойкости до и после отпуска в инертной атмосфере) увеличился в 3-6 раз.

Проанализировали результаты проведенных экспериментальных работ по повышению физико-механических свойств твердых сплавов групп ВК и ТК и провели сравнение с прототипом (таблица 4). Была проведена термообработка с нагревом образцов в инертной среде при температуре 600°C, с выдержкой от 4 до 24 часов. Твердость увеличилась от 10 до 40%, прочность - от 10% до 90%, коэффициент стойкости увеличился в 3-6 раз.

Таблица 4
Марка материала	Вид обработки	Предел прочности, МПа	Твердость, HV	Коэффициент стойкости, K
ВК8	Исходный	1830	1310	3
	Отпуск 4 ч	2130	1330	4
	Отпуск 8 ч	2160	1360	5
	Отпуск 16 ч	2406	1410	6
	Отпуск 24 ч	2400	1400	4
Т14К8	Исходный	1500	1420	3
	Отпуск 4 ч	1720	1450	3,5
	Отпуск 8 ч	2140	1430	4
	Отпуск 16 ч	2880	1470	5
	Отпуск 24 ч	2360	1460	4,5