RU1771437C - Способ обработки изделий из твердосплавных композиционных материалов - Google Patents

Abstract

Область применени : повышение эксплуатационной стойкости изделии из твердосплавных композиционных материалов. Сущность способа: издели  из твердосплавных композиционных материалов, например сверла, резцы, фильеры, подвергают газотермической обработке в атмосфере молекул рного азота, наход щегос  под давлением 15-400 МПа при температуре 700-1200°С, в течение 0,5-4 ч. Возможна обработка в смеси молекул рного азота и аммиака, который подают под давлением 0,1-2 МПс, 1 з.п. ф-лы,

Description

Изобретение относитс  к области металлургии и может быть использовано дл  повышени  эксплуатационной стойкости изделий из твердосплавных композиционных материалов:

I.Дл  обработки металлов давлением (ОМД),

1.1.фильеры и пресс-штемпели;

1.2.матрицы и пуансоны штампа дл  разделительных операций ОМД;

1.3.пуансоны, матрицы, прижимы и их секции дл  формоизмен ющих операций ОМД;

1.4.ролики и оправки дл  ротационной выт жки;

1.5 инструмент дл  ППД; 1,6, пресс-формы.

II.Обработка металлов резанием:

11.1.пластины различной формы дл  оснащени  резцов, фрез, сверл и другого режущего инструмента;

11.2.фасонный инструмент - спиральные сверла, зенкеры, развертки, фрезы, плашки, метчики.

III.Инструмент дл  обработки неметаллических материалов с особыми свойствами:

111.1.лезвийный инструмент дл  буровых головок;

111.2.стеклорезы;

111.3.дисковые фрезы дл  обработки дерева .

IV.Пары трени :

IV.1. штока компрессоров высокого давлени ,

Известен способ поверхностного упрочнени  твердосплавного инструмента путем осаждени  покрыти  методом КИБ

(С.Н.Полевой Упрочнение металлов. М,, 1986, с. 274-277). Недостатки известного способа следующие: мала  толщина сло  - 5-20 мкм, что делает невозможным переточку инструмента; вследствие отсутстви  переходной.диффузионной зоны покрытие - сердцевина слой легко скалываетс  в процессе эксплуатации; способ неприменим дл  крупномасштабного производства.

Известен способ упрочнени  изделий из твердых сплавов путем хромотитаниро- вани  1.

Однако известный способ позвол ет получать упрочненные слои толщиной 7-15 мкм, что делает невозможным переточку инструмента . В процессе эксплуатации измен етс  угол заточки лезви , что делает инструмент негодным дл  дальнейшей эксплуатации . Известный способ сложен при обработке крупных партий инструмента, поскольку изделие дл  обеспечени  равномерной диффузии в поверхность надо размещать таким образом, чтобы оно равномерно омывалось реакционной средой. Вследствие этого при реализации известного способа наблюдаетс  значительный разброс свойств в обрабатываемой партии изделий.

Кроме того, известный способ приводит к повышению стойкости не столько за счет создани  специальных карбидов, сколько за счет снижени  пористости поверхности, образующейс  при компактировании изделий из исходной порошковой композиции. Указанна  пористость, если ее значение велико , есть следствие несоблюдени  технологии компактировани . Издели , полученные с соблюдением технологии, характеризуютс  слабой пористостью, Следствием чего будет незначителен и рост эксплуатационной стойкости после хромо- титанировани  по сравнению с необработанным инструментом.

Наиболее близким к предложенному  вл етс  способ получени  диффузионных покрытий на твердых сплавах, включающий титанирование при 1000-1030°С в среде че- тыреххлористого углерода при Па. после чего провод т карбонитрацию в атмосфере азота с-добавлением четырех- хлористого углерода при Р 270-300 Па 2,

Известный способ технологически сложен и не обеспечивает технологическую воспроизводимость результата в услови х крупномасштабного производства (по причинам , объ сненным ранее), не позвол ет получать слои большой глубины (переточка невозможна) и не приводит к значительному повышению эксплуатационной стойкости изделий из твердых сплавов. Кроме

того, известный способ неэкологичен вследствие использовани  четыреххлористого углерода .

Целью изобретени   вл етс  повышение эксплуатационной стойкости и технологичности ,

Указанна  цель достигаетс  за счет того , что упрочнение осуществл ют в атмосфере молекул рного азота, наход щегос  под

0 давлением 15-400 МПа. Температуру процесса выбирают в интервале 700-1200°С. Врем  обработки - 0,5-3° ч, В принципе, врем  можно и не ограничивать сверху при необходимости достижени  сквозного на5 сыщени  инструмента.

С целью дополнительного повышени  стойкости в молекул рный азот добавл ют аммиак. Его парциальное давление составл ет 0,01-2 МПа в процессе обработки, Предложенный способ предназначен

0 дл  обработки изделий из композиционных твердых сплавов типа В К, ТК, ТТК, Эльборэ и др. Причиной повышени  стойкости  вл етс , видимо, организаци  в азотированном слое изделий комплексных карбонитридов

5 высокой стехиометрии (дл  изделий на основе карбидов) и обеспечение стехиометрии кубического нитрида бора. Аналогичный результат будет и дл  эльборо- вых композитов и композитных керамик, со0 держащих карбиды и нитриды.

Вследствие того, что величина азотного потенциала задаетс  параметрами - давлением 15-400 МПа (0,01-2 МПа), температурой 700-1200°С, которые одинаковы во всех

5 точках реакционного пространства в течение всего времени выдержки, обеспечиваетс  стабильна  и высока  стойкость изделий, обработанных в одной садке. Таким образом, обеспечиваетс  технологиче0 ека  воспроизводимость результата. Способ  вл етс  экологичным, поскольку насыщающий газ можно использовать многократно , а основу его составл ет азот,  вл ющийс  основной компонентой земной

5 атмосферы.

За счет использовани  смеси газов, наход щихс  под высоким давлением, невозможна диссоциаци  молекул аммиака иначе, чем на поверхности издели , после

0 чего происходит восстановление (синтез) молекул аммиака благодар  высокому давлению молекул рного азота. Этим обеспечиваетс  высока  насыщающа  способность реакционного газа в течение

5 всего времени выдержки, следствием чего будет дополнительное повышение стойкости ,

В предложенном способе выдержка при температуре ниже 700°С недостаточна дл 

активной диффузии азота в глубь издели , вследствие чего эксплуатационна  стойкость была бы ниже требуемой. Выдержка выше 1200°С приводит тоже к падению стойкости.

Упрочнение при давлении молекул рного азота ниже 15 МПа (если смесь, то ниже ,01 МПа) не позвол ет достичь необходимой стойкости, и, кроме того, синтез молекул аммиака происходить не будет. Использование Р№ выше 400 МПа не представл етс  возможным из-за отсутстви  промышленного оборудовани . При использовании смеси газов с МПа наблюдаетс  снижение стойкости за счет охрупчивани .

Предложенным способом обработаны партии изделий по 100 штук в каждой.

Пример: обработке подвергают следующие издели  из композиционных материалов: стеклорезы (ВКЗ): резцы (ВКЗ-М, Т15К6, ТТК17К12); режущие пластины дл  сверл, фрез и другого инструмента (ВКб); цельнотвердосплавные мелкоразмерные сверла (ВК10-М); метчики (ВКЗ); фрезы (Т14К8), резцы (ТТ7К12); лезвийный инструмент дл  буровых головок (ВК8КС), многогранные неперетачиваемые пластины (ВК6-ОМ); фрезы, резцы (Т5К10); дисковые фрезы дл  обработки дерева (ВК15); фильеры (ВК6-ОМ, ВКЗ-М); резцы (Эльбор).

Издели  помещают в рабочую зону га- зостата, герметизируют камеру и взкууми- руют ее (или продувают азотом). После чего камеру заполн ют из баллона молекул рным азотом и повышают его давление посредством компрессора до 15-400 МПа. При работе со смесью газов сначала в камеру через редуктор подают аммиак до получени  давлени  0,01-2 МПа, после чего камеру подключают к азотной магистрали и повышают компрессором давление газа до требуемого. По достижении давлени  включают нагревательное устройство и повышают температуру до 700-1200°С, выдерживают при этой температуре и давлении 0.5-3 ч., после чего нагревательное устройство выключают, охлаждают камеру с садкой и разгерметизируют ее.

Упрочненные согласно за вленному способу издели  подвергают натурным стойкостным испытани м. За оценочный параметр стойкости принимают ее повышение относительно максимальной стойкости изделий, обработанных известным способом . За оценочный параметр технологичности способа (технологической воспроизводимости ) берут количество изделий из одной садки (Б %). стойкость которых ниже максимальной.

Проведенные натурные испытани  показали , что стойкость изделий, обработанных газотермобзрическим способом в 2,3-8,5 раз выше, чем в случае известного. Кроме того, установлено, что дл  изделий

сложной формы, как, например, фильер из сплава ВКЗ-М, ВК6-ОМ, с внутренним отверст нем ;/0,1 мм известный способ неприемлем , в то врем  как предложенный способ позвол ет упрочнить поверхность отверсти  по всей его глубине без изменени  геометрических параметров. Издели , обработанные газотермобарическим способом, имеют одинаковую стойкость, в то врем  как в случае известного разброс эксплуатационной стойкости достигает 15-40%. Это свидетельствует о высокой технологичности способа, позвол ющей четко воспроизводить требуемый результат.

Предложенный способ не требует тщательной установки изделий при химико-термической обработке - их можно устанавливать с максимальной плотностью упаковки в контейнере или россыпью, что в случае известного способа недопустимо.

Издели  (инструмент), подвергнутые газотермобарической обработке, можно подвергать многократной переточке вследствие большой толщины диффузионного сло .

Таким образом, предложенный способ газотермобарического легировани  весьма перспективен дл  обработки изделий из твердосплавных композиционных материалов .

Форму л а изобретени 

Claims (2)

1.Способ обработки изделий из твердосплавных композиционных материалов, включающий химико-термическую обработку в азотсодержащей среде, о т л и ч а ю щи и с   тем, что, с целью повышени  эксплуатационной стойкости и технологичности процесса, химико-термическую обработку провод т газотермобарическим методом при давлении 15-400 МПа при 700-1200°С,

в течение 0,5-3 ч, а в качестве азотсодержащей среды используют молекул рный азот.

2.Способ поп. 1, отличающийс  тем, что в качестве азотсодержащей среды используют смесь молекул рного азота и

аммиака, причем аммиак подают под давлением 0,01-2 МПа.