RU2014957C1

RU2014957C1 - Thermomechanical treatment process for hard-alloy parts

Info

Publication number: RU2014957C1
Authority: RU
Inventors: Ю.И. Гордеев; А.К. Абкарян; С.Г. Теремов; В.Н. Федоров
Original assignee: Гордеев Юрий Иванович; Абкарян Артур Карлосович; Теремов Сергей Георгиевич; Федоров Владимир Николаевич
Priority date: 1991-06-04
Filing date: 1991-06-04
Publication date: 1994-06-30

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: hard-alloy parts are first exposed to pressure of up to 500-900 MPa applied to single axis and then heated to 1250-1350 C. EFFECT: facilitated procedure. 2 tbl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к спеченным твердым материалам на основе карбидов вольфрама и кобальта, и может быть использовано для изготовления инструментов для обработки металлов резанием, инструментов для волочения и т.д. The invention relates to powder metallurgy, in particular to sintered solid materials based on tungsten and cobalt carbides, and can be used for the manufacture of metal cutting tools, drawing tools, etc.

Известен способ получения спеченного твердого сплава на основе карбида вольфрама [1], в котором смесь порошков Со и карбидов WC, TiC и NbC с размером частиц 2-3 мкм прессуют и спекают в вакууме при 1380^оС с наложением вибрации частотой 50 Гц - 50 МГц при температуре > 1250^оС и охлаждении до 1000^оС.A method of producing a sintered cemented carbide based on tungsten carbide [1], wherein the mixture of powders of Co and carbide WC, TiC, and NbC with a particle size of 2-3 microns is pressed and sintered in vacuum at 1380 ^C. superposition of vibration frequency 50 Hz - 50 MHz at temperature> 1250 ^{° C} and cooling to 1000 ^o C.

Необходимость применения при этом способе специального оборудования увеличивает стоимость материала и затрудняет возможность применения в крупносерийном и массовом производстве. The need to use special equipment in this method increases the cost of the material and makes it difficult to use in large-scale and mass production.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ придания пластично-вязких свойств сверхтонким сплавам на основе карбидов вольфрама, в котором заготовку подвергают термообработке при 1000^оС в электровакуумной ВЧ-печи при усилии 2 т, обеспечивая 2% деформацию, и охлаждают. После термообработки заготовку подвергают изостатическому прессованию при высоких давлениях.The closest to the invention by the technical essence is a method for imparting plastic-viscous properties hyperfine alloy based on tungsten carbide, wherein the preform is heat treated at 1000 ^C in an electric vacuum high-frequency furnace at a force of 2 tons, providing 2% strain and is cooled. After heat treatment, the workpiece is subjected to isostatic pressing at high pressures.

Данный способ требует специального оборудования (нагрев в электровакуумной печи при одновременном нагружении, т.е. одно изделие за цикл, затем прессование в газостате), что снижает производительность и ведет к удорожанию изделий. This method requires special equipment (heating in an electric vacuum furnace while loading, i.e., one product per cycle, then pressing in a gas thermostat), which reduces productivity and leads to higher cost of products.

Цель изобретения - осуществление таких изменений в структуре твердого сплава, при которых уменьшается смежность границ карбидных зерен, что обеспечивает увеличение его прочностных характеристик. The purpose of the invention is the implementation of such changes in the structure of a hard alloy, in which the contiguity of the boundaries of carbide grains decreases, which ensures an increase in its strength characteristics.

Цель достигается тем, что в способе термо-химической обработки изделий из твердого сплава изделия подвергают одноосному нагружению до 500+900 МПа с последующим одновременным нагревом до 1250-1300^оС.The goal is achieved by the fact that in the method of thermochemical processing of products from hard alloy products are subjected to uniaxial loading up to 500 + 900 MPa, followed by simultaneous heating to 1250-1300 ^about C.

Величина одноосного сжатия не должна превышать значений, соответствующих пластической деформации кобальтовой связки данного материала. Выбранная величина усилия соответствует начальной стадии деформации твердого сплава, при котором основную нагрузку воспринимает только карбидный каркас, что приводит к смещению карбидных зерен относительно друг друга и образованию по границам смежных зерен микротрещины. Затем изделие подвергают кратковременному нагреву (5 мин) до 1250-1350^оС. В результате действия сил поверхностного натяжения микротрещины заполняются тонкой прослойкой кобальтовой фазы, происходит уменьшение смежности границ, что в соответствии с механикой фаз обеспечивает увеличение прочностных характеристик материала.The value of uniaxial compression should not exceed the values corresponding to the plastic deformation of the cobalt bond of this material. The selected value of the force corresponds to the initial stage of deformation of the hard alloy, in which only the carbide framework takes up the main load, which leads to the displacement of carbide grains relative to each other and the formation of microcracks along the boundaries of adjacent grains. The product was then subjected to short-term heating (5 min) to 1250-1350 ° ^C. As a result of surface tension forces microcrack filled with a thin layer of the cobalt phase decreases adjacency boundaries, in accordance with the phases of mechanics provides increased strength characteristics of the material.

Заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что изделие сначала нагружают, затем подвергают нагреву, что приводит к структурным изменениям в изделии, и соответственно, к повышению прочности. The claimed technical solution differs from the prototype in that the product is first loaded, then subjected to heating, which leads to structural changes in the product, and accordingly, to increase the strength.

На фиг. 1 изображен график зависимости изменения внутреннего трения от величины нагрузки для сплава ВК6; на фиг.2 - то же для ВК8; на фиг.3 - то же для ВК 15. In FIG. 1 shows a graph of the dependence of changes in internal friction on the magnitude of the load for VK6 alloy; figure 2 is the same for VK8; figure 3 is the same for VK 15.

П р и м е р. Для реализации способа порошки WC и Со в соотношении 94:6 по массе, соответствующие сплаву ВК6, смешивали друг с другом, пластифицировали 4%-ным раствором синтетического каучука и бензина, сушили. Приготовленные смеси прессовали в виде штабиков типа А для проведения испытаний на изгиб (ГОСТ 20019-74). Спекание проводилось в соответствии с технологическими инструкциями для каждой марки сплава в вакууме или водороде. Предварительно измеряется внутреннее трение у контрольной партии изделий, затем изделия нагружаются с одновременным измерением величины внутреннего трения через определенные интервалы нагрузок и, наконец, после кратковременного нагрева до 5 мин, снова измеряется величина внутреннего трения. PRI me R. To implement the method, WC and Co powders in a ratio of 94: 6 by weight, corresponding to VK6 alloy, were mixed with each other, plasticized with a 4% solution of synthetic rubber and gasoline, and dried. The prepared mixtures were pressed in the form of type A racks for bending tests (GOST 20019-74). Sintering was carried out in accordance with the technological instructions for each grade of the alloy in vacuum or hydrogen. Preliminarily, the internal friction of the control batch of products is measured, then the products are loaded with the simultaneous measurement of the value of internal friction at certain load intervals and, finally, after short-term heating up to 5 min, the value of internal friction is measured again.

Величина внутреннего трения является структурно-чувствительной. Изменения, происходящие в материале при деформации: разрешение карбидных зерен, смещение их друг относительно друга, дислокационное упрочнение кобальтовой прослойки сопровождается увеличением внутреннего трения. Типичные зависимости изменения внутреннего трения от величины нагрузки, а значит и соответствующих изменений структуры приведены на фиг.1 для ВК6, фиг.2 для ВК8, фиг.3 для ВК15. The amount of internal friction is structurally sensitive. Changes in the material during deformation: resolution of carbide grains, their displacement relative to each other, dislocation hardening of the cobalt interlayer is accompanied by an increase in internal friction. Typical dependences of changes in internal friction on the magnitude of the load, and hence the corresponding structural changes are shown in figure 1 for VK6, figure 2 for VK8, figure 3 for VK15.

Предварительными экспериментами было установлено, что участок А на кривой нагрузки - внутреннее трение (фиг.1, 2, 3) соответствует начальной степени деформации наиболее слабых структурных фрагментов твердого сплава, т. е. разрушению карбидного каркаса, разрушению смежных границ карбид-карбид, перемещению и перевороту зерен. Preliminary experiments found that section A on the load curve - internal friction (Figs. 1, 2, 3) corresponds to the initial degree of deformation of the weakest structural fragments of the hard alloy, i.e., destruction of the carbide framework, destruction of adjacent carbide-carbide boundaries, displacement and a coup of grains.

По характеру изменения внутреннего трения при нагружении выбираются оптимальные области усилий сжатия, необходимые для разрушения смежных границ зерен карбида вольфрама без существенной деформации кобальтовой прослойки, для соответствующих марок твердых сплавов и отдельных партий изделий. The nature of the change in internal friction during loading selects the optimal areas of compression forces necessary for the destruction of adjacent grain boundaries of tungsten carbide without significant deformation of the cobalt layer for the corresponding grades of hard alloys and individual batches of products.

При нагрузке менее 500 МПа деформации карбидного каркаса практически не происходит, что не обеспечивает необходимых структурных изменений и, соответственно, после обработки не ведет к приросту прочности и снижению внутреннего трения. At a load of less than 500 MPa, deformation of the carbide framework practically does not occur, which does not provide the necessary structural changes and, accordingly, after processing does not lead to an increase in strength and a decrease in internal friction.

При нагрузках, превышающих 900 МПа, происходит деформация связующей фазы, разрушение карбидных зерен, что вызывает изменение в структурных фрагментах сплава (разрушение зерна, наклеп в прослойках, рост магистральных трещин, скопление дислокации), которые не удается устранить после термообработки, что соответственно является причиной падения прочности и роста. At loads exceeding 900 MPa, the binder phase deforms and carbide grains break down, which causes a change in the structural fragments of the alloy (grain breakage, hardening in the interlayers, growth of main cracks, and accumulation of dislocations), which cannot be eliminated after heat treatment, which is therefore the reason falling strength and growth.

Оптимальными с точки зрения упрочнения сплава являются диапазоны нагрузок 500-900 МПа, которые обеспечивают увеличение прочностных характеристик до 20% от исходного (σ = 700 МПа). Optimum from the point of view of alloy hardening are load ranges of 500–900 MPa, which provide an increase in strength characteristics up to 20% of the initial one (σ = 700 MPa).

При температурах менее 1000^оС не удается заполнить связкой микротрещины, инициированные при нагружениях, что соответственно ведет к снижению прочности изделия. При нагреве изделия свыше 1350^оС происходят структурные изменения в сплаве и прежде всего рекристаллизация, что не позволяет сохранить диспергированную карбидную структуру, сформированную при нагружении, что также не позволяет повысить прочность материала. Результаты, приведенные в табл.1, показывают, что с точки зрения прироста прочности оптимален диапазон температур 1250-1350^оС.At temperatures less than 1000 ^{° C} fails to fill bundle microcracks initiated at loadings, which correspondingly leads to a decrease in strength of the product. When heating the product over 1350 ^C. structural changes occur in the alloy primarily recrystallization, which does not allow to keep the dispersed carbide structure formed during loading, which also improves the strength of the material. The results shown in table 1 show that from the point of view of the increase in strength, the optimal temperature range is 1250-1350 ^o C.

В табл.2 приведены свойства изделий из марок ВК6, ВК8, ВК15, отработанных по оптимальным режимам. Table 2 shows the properties of products made of VK6, VK8, VK15 grades, worked out under optimal conditions.

Уменьшение величины внутреннего трения после термо-механической обработки свидетельствует о качественных структурных изменениях в результате обработки по предлагаемому способу, что может быть объяснено уменьшением смежности карбидных зерен и более полному распределению твердых частиц карбида вольфрама по объему кобальтового связующего, что и способствует увеличению прочности материала. A decrease in the value of internal friction after thermomechanical treatment indicates qualitative structural changes as a result of processing by the proposed method, which can be explained by a decrease in the adjacency of carbide grains and a more complete distribution of tungsten carbide solid particles over the volume of cobalt binder, which contributes to an increase in the strength of the material.

Предлагаемое техническое решение позволяет снизить стоимость изделий при одновременном увеличении прочностных свойств, повысить производительность. The proposed technical solution allows to reduce the cost of products while increasing strength properties, to increase productivity.

Claims

METHOD FOR THERMOMECHANICAL PROCESSING OF PRODUCTS FROM CARBON ALLOY, including heating and loading of products, characterized in that the products are first subjected to uniaxial loading to 500 - 900 MPa, and then heated to 1250 - 1350 ^o C.