RU2145916C1 - Method for making hard alloy cermet articles - Google Patents
Method for making hard alloy cermet articles Download PDFInfo
- Publication number
- RU2145916C1 RU2145916C1 RU98114455A RU98114455A RU2145916C1 RU 2145916 C1 RU2145916 C1 RU 2145916C1 RU 98114455 A RU98114455 A RU 98114455A RU 98114455 A RU98114455 A RU 98114455A RU 2145916 C1 RU2145916 C1 RU 2145916C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heating
- cooling
- temperature
- hardening
- product
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии машиностроения и может быть использовано при производстве твердосплавных металлокерамических изделий и инструментов различного назначения, в том числе при изготовлении металлообрабатывающих инструментов - резцов, фрез, сверл, зенкеров, разверток, протяжек, пуансонов, породоразрушающих инструментов, в том числе кернов для поворотных резцов, приспособлений для фрезерования дорожных покрытий, инструментов для горнопроходческих машин и механизмов для разработки и экскавации угольных пластов, горных пород, металлосодержащих и неметаллических руд, грунтов, в том числе мерзлых и скальных, вскрышных работ, рытья траншей и котлованов, инструментов для соледобычи и обработки строительных материалов и изделий из естественного и искусственного камня, резки и/или разрушения железобетонных, сталебетонных и других армированных конструкций, а также металлоконструкций, в том числе при восстановительных и горноспасательных работах, а также державок и опорных деталей для крепления инструментов. The invention relates to mechanical engineering technology and can be used in the manufacture of carbide metal-ceramic products and tools for various purposes, including the manufacture of metalworking tools - cutters, mills, drills, countersinks, reamers, broaches, punches, rock cutting tools, including cores for rotary cutters, tools for milling pavements, tools for mining machines and mechanisms for the development and excavation of coal seams, mining genus, metal-containing and non-metal ores, soils, including frozen and rock, overburden, digging trenches and pits, tools for salt extraction and processing of building materials and products from natural and artificial stone, cutting and / or destruction of reinforced concrete, steel concrete and other reinforced structures, as well as metal structures, including during restoration and mining operations, as well as holders and supporting parts for fastening tools.
Известен способ изготовления твердосплавных изделий, заключающийся в том, что компоненты шихты измельчают, смешивают, прессуют и подвергают спеканию (см. например, Третьяков В.И. Основы металловедения и технологии производства спеченных твердых сплавов, издательство "Машиностроение", Москва, 1976, с.326-404). A known method of manufacturing carbide products, which consists in the fact that the components of the charge are crushed, mixed, pressed and subjected to sintering (see, for example, Tretyakov V.I. Fundamentals of metal science and technology for the production of sintered hard alloys, Mashinostroenie publishing house, Moscow, 1976, p. .326-404).
Известен способ изготовления твердосплавных режущих пластин, включающий засыпку шихты, содержащей металлическую и карбидную составляющие, в форму, формирование заготовки с воздействием на шихту магнитного поля переменной полярности и динамических нагрузок для создания анизотропии физико-механических свойств и последующее спекание заготовок при контролируемой температуре (см. например, SU 1052555, 1982). A known method of manufacturing carbide cutting inserts, comprising filling a batch containing metal and carbide components into a mold, forming a billet with a magnetic field of varying polarity and dynamic loads acting on the batch to create anisotropy of physico-mechanical properties and subsequent sintering of the billets at a controlled temperature (see e.g. SU 1052555, 1982).
Недостатком данных способов изготовления твердосплавных режущих пластин является низкое качество, не удовлетворяющее возросшим требованиям мирового рынка. Во-первых, режущие пластины, изготовленные по данному способу, обладают недостаточной стойкостью в связи с известными структурными особенностями современных металлокерамических материалов. Во-вторых, пластины плохо привариваются (припаиваются) к подложке (державке) из-за огромного различия в физико-механических свойствах твердого сплава и стали, что обуславливает низкое качество инструмента. В-третьих, такие технологии потребовали использования уникального дорогостоящего оборудования, что увеличивает себестоимость изделия, а эффективность носит избирательный характер с коэффициентом повышения стойкости от 1,2 до 1,5. The disadvantage of these methods of manufacturing carbide cutting inserts is the low quality that does not meet the increased requirements of the world market. Firstly, the cutting inserts made by this method have insufficient resistance due to the known structural features of modern cermet materials. Secondly, the plates are poorly welded (soldered) to the substrate (holder) due to the huge difference in the physicomechanical properties of the hard alloy and steel, which leads to a low quality tool. Thirdly, such technologies required the use of unique, expensive equipment, which increases the cost of the product, and the efficiency is selective in nature with a coefficient of resistance increase from 1.2 to 1.5.
Известны способы упрочнения твердых сплавов термической обработкой и поверхностными химико-термической, ионно-плазменной и деформационной обработками (см. , например, соответственно, Новиков И.И. Теория термической обработки металлов. - Москва, Металлургия, 1986, с. 448-471, RU 2045582, 10.10.95, Новиков И.И. Теория термической обработки металлов. -Москва, Металлургия, 1986, с.417-439, а также Третьяков В.И. Основы металловедения и технологии производства спеченных твердых сплавов. - Москва, Машиностроение, 1976, с.296-505). Known methods for hardening hard alloys by heat treatment and surface chemical-thermal, ion-plasma and deformation treatments (see, for example, Novikov II, Theory of heat treatment of metals. - Moscow, Metallurgy, 1986, pp. 448-471, RU 2045582, 10/10/95, Novikov II Theory of heat treatment of metals. Moscow, Metallurgy, 1986, pp. 417-439, as well as Tretyakov VI Fundamentals of metal science and technology for the production of sintered hard alloys. - Moscow, Engineering 1976, p. 266-505).
Всем им присущ один и тот же недостаток: решение частных адресных задач при высокой трудоемкости. Закалка твердосплавных изделий и инструментов в практике промышленного производства нашла крайне ограниченное применение в связи с тем, что достижение высоких значений твердости и прочности изделия сопряжено с накоплением при этом дефектов кристаллического строения и поврежденности, негативно сказывающимися на эксплуатационной стойкости. All of them have one and the same drawback: the solution of private addressing problems with high complexity. The hardening of carbide products and tools in industrial practice has found extremely limited use due to the fact that the achievement of high values of hardness and strength of the product is associated with the accumulation of defects in the crystal structure and damage that adversely affect the operational stability.
Для инструмента и изделий из твердых сплавов, работающих в условиях повышенного ударно-абразивного износа, ни одно из известных технических решений не может обеспечить требуемый комплекс твердости 89...91 HRA, пластичности σизг = 1700-1800 МПа и плотности ρ = 14600-15000 кг/м3 и, следовательно, конкурентоспособности продукции. Это вызвано тем, что стойкость таких изделий, а они составляют львиную долю в мировом производстве, ограничивают высокотвердые и хрупкие карбиды вольфрама, никеля и др. микрометровых размеров, при эксплуатации "вымывающиеся" избирательно из кобальтовой (никелевой, железной) связки, что создает прогрессирующую местную эрозию, нарушает однородность износа и условия "самозатачивания" режущих кромок и поверхностей. Связанное с этим нарушение энергетических параметров процесса резания ускоряет процесс деградации структуры и снижает срок службы изделия. Известные конструктивные решения себя исчерпали и не могут существенно устранить недостатки, связанные с внутренним состоянием материала.For tools and products from hard alloys operating in conditions of increased shock-abrasive wear, none of the known technical solutions can provide the required complex of
Наиболее близким к изобретению является способ изготовления твердосплавных металлокерамических изделий, включающий приготовление компонентов шихты, измельчение, смешивание, засыпку шихты в форму, формование и спекание путем нагрева и выдержки при температуре спекания (см., например, Третьяков В.И. Основы металловедения и технологии производства спеченных твердых сплавов. - Москва, Машиностроение, 1976, с.527). Closest to the invention is a method of manufacturing carbide metal-ceramic products, including the preparation of charge components, grinding, mixing, filling the charge into a mold, molding and sintering by heating and holding at a sintering temperature (see, for example, Tretyakov V.I. Fundamentals of metal science and technology production of sintered hard alloys. - Moscow, Engineering, 1976, p.527).
Недостатком известного способа является то, что при его осуществлении не обеспечиваются требуемые качества, твердости, вязкости и эксплуатационной стойкости изделий и инструментов, эксплуатируемых в условиях ударно-абразивного износа. The disadvantage of this method is that its implementation does not provide the required quality, hardness, toughness and operational stability of products and tools operated in conditions of impact-abrasive wear.
Задачей настоящего изобретения является повышение качества и обеспечения комплекса твердости, вязкости и эксплуатационной стойкости твердосплавных металлокерамических изделий, предназначенных для эксплуатации в условиях ударно-абразивного износа. The objective of the present invention is to improve the quality and provide a complex of hardness, toughness and service life of carbide metal-ceramic products intended for use in conditions of impact-abrasive wear.
Задача согласно первому варианту решается за счет того, что в способе изготовления твердосплавных металлокерамических изделий, включающем приготовление компонентов шихты, измельчение, смешивание, засыпку шихты в форму, формование и спекание путем нагрева и выдержки при температуре спекания, согласно изобретению при изготовлении металлообрабатывающих инструментов - резцов, фрез, сверл, зенкеров, разверток, протяжек, пуансонов, породоразрушающих инструментов, в том числе кернов для поворотных резцов, приспособлений для фрезерования дорожных покрытий, инструментов для горнопроходческих машин и механизмов для разработки и экскавации угольных пластов, горных пород, металлосодержащих и неметаллических руд, грунтов, в том числе мерзлых и скальных, вскрышных работ, рытья траншей и котлованов, инструментов для соледобычи и обработки строительных материалов и изделий из естественного и искусственного камня, резки и/или разрушения железобетонных, сталебетонных и других армированных конструкций, а также металлоконструкций, в том числе при восстановительных и горноспасательных работах, а также державок и опорных деталей для крепления инструментов, после спекания изделия его подвергают подстуживанию до температуры 1250 - 900oC со скоростью охлаждения не более 3 град/сек, а дальнейшее охлаждение ведут в режиме закаливания со скоростью охлаждения не менее 3 град/сек до температуры +300 - (-196oC), после чего изделие подвергают стабилизирующему отжигу нагревом до максимальной температуры, составляющей 0,35 - 0,5 максимальной температуры режима закаливания, затем изделие охлаждают. При этом изделия могут изготавливать из спекаемых порошков твердых сплавов системы W-C-Co (сплавы WC-Co), или системы W-C-Ni (сплавы WC-Ni), или системы W-C-Ni-Fe (сплавы WC-(Fe-Ni), или системы WC-TaC-Co, WC-TaC-Nb C-Co, WC-TiC-TaC(NbC)-Co, Fe-Mo-Cr-W-Si-V-C.The problem according to the first embodiment is solved due to the fact that in the method of manufacturing carbide-metal-ceramic products, including preparing the components of the charge, grinding, mixing, filling the mixture into the mold, molding and sintering by heating and aging at the sintering temperature, according to the invention in the manufacture of metal-working tools - cutters , milling cutters, drills, countersinks, reamers, broaches, punches, rock cutting tools, including cores for rotary cutters, devices for milling doors coatings, tools for mining machines and mechanisms for the development and excavation of coal seams, rocks, metal-containing and non-metallic ores, soils, including frozen and rocky, overburden, digging trenches and pits, tools for salt mining and processing of building materials and products from natural and artificial stone, cutting and / or destruction of reinforced concrete, steel concrete and other reinforced structures, as well as metal structures, including those for restoration and mine rescue work, as well as tool holders and supporting parts for fastening tools, after sintering the product, it is subjected to a bite to a temperature of 1250 - 900 o C with a cooling rate of not more than 3 deg / s, and further cooling is carried out in the hardening mode with a cooling speed of not less than 3 deg / sec to a temperature of +300 - (-196 o C), after which the product is subjected to stabilizing annealing by heating to a maximum temperature of 0.35 - 0.5 of the maximum temperature of the hardening mode, then the product is cooled. At the same time, products can be made from sintered powders of hard alloys of the WC-Co system (WC-Co alloys), or the WC-Ni system (WC-Ni alloys), or the WC-Ni-Fe system (WC- (Fe-Ni alloys), or systems WC-TaC-Co, WC-TaC-Nb C-Co, WC-TiC-TaC (NbC) -Co, Fe-Mo-Cr-W-Si-VC.
Нагрев под закалку и стабилизирующий отжиг могут производить в соляных электрованнах, например, бариевых, калиевых, натриевых и других или из сочетаний перечисленных и/или других солей, или путем индукционного нагрева с использованием токов высокой частоты, вырабатываемых машинными генераторами типа МГЗ-102, или ламповыми и/или тиристорными генераторами типа ВЧГТ-3/0,44, или путем лучевого нагрева, в том числе лазерного, или путем удара лазерным теплом, или путем ионно-плазменного нагрева, или путем газопламенного нагрева, или путем электроимпульсного нагрева, или путем термического соединения - пайки твердосплавного изделия со стальной державкой с использованием индукционного нагрева и последующего погружения державки созданного инструмента в охлаждающую среду, преимущественно воду. Quenching heating and stabilizing annealing can be performed in salt electrified baths, for example, barium, potassium, sodium and others, or from combinations of the listed and / or other salts, or by induction heating using high-frequency currents produced by machine generators of the MGZ-102 type, or tube and / or thyristor generators of the type VChGT-3 / 0.44, either by radiation heating, including laser, or by laser heat, or by ion-plasma heating, or by gas-flame heating, or by electric pulsed heating, or by thermal bonding - brazing carbide products with steel tool holder using induction heating and the subsequent immersion tool holder generated in a cooling medium, preferably water.
Охлаждение при закалке могут производить в жидком азоте, или в углекислоте, или в других сжиженных или твердых инертных газах, или в их смесях, или в парах жидкого азота, или в водяной ванне, или в водяном паре, или в ледоводяной ванне, или в масляной ванне с температурой среды в пределах от -80oC до +300oC со специальными маслами или отработанными маслами других производств, или в масляном тумане, или в соляных растворах, например, натриевых или калиевых, или в смазочно-охлаждающих жидкостях, или в псевдомагнитных жидкостях, или в легкоплавких металлах, или путем последовательного охлаждения, по крайней мере, в двух из перечисленных средах, или путем перераспределения тепла с нагреваемой поверхности вглубь изделия.Cooling during quenching can be carried out in liquid nitrogen, or in carbon dioxide, or in other liquefied or solid inert gases, or in mixtures thereof, or in vapor of liquid nitrogen, or in a water bath, or in a water vapor, or in an ice-water bath, or an oil bath with a medium temperature ranging from -80 o C to +300 o C with special oils or waste oils from other industries, or in oil mist, or in salt solutions, for example, sodium or potassium, or in cutting fluids, or in pseudomagnetic liquids, or in fusible materials Allah, or by sequentially cooling at least two of the above media, or by redistribution of heat from the heated surface into the article.
Одновременно с охлаждением могут производить барботаж охлаждающей среды или на охлаждающую среду воздействуют ультразвуком. At the same time as cooling, they can bubble the cooling medium or act on the cooling medium with ultrasound.
Охлаждение при стабилизующим отжиге могут производить в воздушной среде или в инертной газовой среде, или через подогретое масло на воздухе. Cooling during stabilizing annealing can be carried out in air or in an inert gas atmosphere, or through heated oil in air.
Режим закаливания могут повторять, по крайней мере, двукратно, причем при повторении режима закаливания, по крайней мере, после одного промежуточного режима закаливания производят промежуточный стабилизирующей отжиг; державки могут выполнять из стальной металлокерамики и подвергают термообработке совместно с твердосплавным инструментом или в режиме его закалки; в шихту могут добавлять измельченные в порошок отработанные твердосплавные изделия. The hardening mode can be repeated at least twice, and when repeating the hardening mode, at least after one intermediate hardening mode, intermediate stabilizing annealing is performed; holders can be made of steel cermet and subjected to heat treatment together with carbide tools or in the mode of hardening; Waste carbide products ground into powder may be added to the charge.
Согласно второму варианту задача решается за счет того, что в способе изготовления твердосплавных металлокерамических изделий, включающем приготовление компонентов шихты, измельчение, смешивание, засыпку шихты в форму, формование и спекание путем нагрева и выдержки при температуре спекания, согласно изобретению при изготовлении металлообрабатывающих инструментов - резцов, фрез, сверл, зенкеров, разверток, протяжек, пуансонов, породоразрушающих инструментов, в том числе кернов для поворотных резцов, приспособлений для фрезерования дорожных покрытий, инструментов для горнопроходческих машин и механизмов для разработки и экскавации угольных пластов, горных пород, металлосодержащих и неметаллических руд, грунтов, в том числе мерзлых и скальных, вскрышных работ, рытья траншей и котлованов, инструментов для соледобычи и обработки строительных материалов и изделий из естественного и искусственного камня, резки и/или разрушения железобетонных, сталебетонных и других армированных конструкций, а также металлоконструкций, в том числе при восстановительных и горноспасательных работах, а также державок и опорных деталей для крепления инструментов, после спекания изделия его подвергают подстуживанию до температуры 1250 - 900oC со скоростью охлаждения не более 3 град/сек, а дальнейшее охлаждение ведут в режиме закаливания со скоростью охлаждения не менее 3 град/сек до температуры +300 - (-196oC), после чего изделие подвергают стабилизирующему отжигу нагревом до температуры, составляющей 0,35 - 0,5 температуры начала режима закаливания, или после первого цикла закаливания или после стабилизирующего отжига изделие подвергают не менее чем одному повторному режиму закаливания, включающему повторный нагрев до температуры 900 - 1250oC, выравнивающую температуры в изделие выдержку и охлаждение со скоростью не менее 3 град/сек, причем стабилизирующий отжиг производят во всех случаях, по крайней мере, после последнего режима закаливания при температуре, составляющей 0,35 - 0,5 от величины максимальной температуры начала, по крайней мере, предыдущего режима закаливания.According to the second embodiment, the problem is solved due to the fact that in the method of manufacturing carbide-metal-ceramic products, including preparing the charge components, grinding, mixing, filling the charge into the mold, molding and sintering by heating and holding at the sintering temperature, according to the invention, in the manufacture of metal cutting tools , milling cutters, drills, countersinks, reamers, broaches, punches, rock cutting tools, including cores for rotary cutters, devices for milling doors coatings, tools for mining machines and mechanisms for the development and excavation of coal seams, rocks, metal and non-metal ores, soils, including frozen and rocky, overburden, digging trenches and pits, tools for salt production and processing of building materials and products from natural and artificial stone, cutting and / or destruction of reinforced concrete, steel concrete and other reinforced structures, as well as metal structures, including those for restoration and mine rescue work, as well as tool holders and supporting parts for fastening tools, after sintering the product, it is subjected to a bite to a temperature of 1250 - 900 o C with a cooling rate of not more than 3 deg / s, and further cooling is carried out in the hardening mode with a cooling speed of not less than 3 deg / sec to a temperature of +300 - (-196 o C), after which the product is subjected to stabilizing annealing by heating to a temperature of 0.35 - 0.5 at the temperature of the onset of hardening, or after the first hardening cycle or after stabilizing annealing, the product t to at least one repeated hardening mode, including reheating to a temperature of 900 - 1250 o C, equalizing the temperature in the product holding and cooling at a speed of at least 3 deg / s, and stabilizing annealing is carried out in all cases, at least after the last hardening mode at a temperature component of 0.35 - 0.5 of the maximum temperature of the beginning of at least the previous hardening mode.
При этом изделия могут изготавливать из спекаемых порошков твердых сплавов системы W-C-Co (сплавы WC-Co), или системы W-C-Ni /сплавы WC-Ni/, или системы W-C-Ni-Fe /сплавы WC-(Fe-Ni), или системы WC-TaC-Co, WC-TaС-Nb C-Co, WC-TiC-TaC(NbC)-Co, Fe-Mo-Cr-W-Si-V-C. At the same time, products can be made from sintered powders of hard alloys of the WC-Co system (WC-Co alloys), or the WC-Ni system / WC-Ni alloys /, or the WC-Ni-Fe system / WC- (Fe-Ni alloys), or systems WC-TaC-Co, WC-TaC-Nb C-Co, WC-TiC-TaC (NbC) -Co, Fe-Mo-Cr-W-Si-VC.
Нагрев под закалку и стабилизирующий отжиг могут производить в соляных электрованнах, например, бариевых, калиевых, натриевых и других или из сочетаний перечисленных и/или других солей, или путем индукционного нагрева с использованием токов высокой частоты, вырабатываемых машинными генераторами типа МГЗ-102, или ламповыми и/или тиристорными генераторами типа ВЧГТ-3/0,44, или путем лучевого нагрева, в том числе лазерного, или путем удара лазерным теплом, или путем ионно-плазменного нагрева, или путем газоплазменного нагрева, или путем электроимпульсного нагрева, или путем термического соединения - пайки твердосплавного изделия со стальной державкой с использованием индукционного нагрева и последующего погружения державки созданного инструмента в охлаждающую среду, преимущественно воду. Quenching heating and stabilizing annealing can be performed in salt electrified baths, for example, barium, potassium, sodium and others, or from combinations of the listed and / or other salts, or by induction heating using high-frequency currents produced by machine generators of the MGZ-102 type, or tube and / or thyristor generators of the type VChGT-3 / 0.44, either by radiation heating, including laser, or by hitting laser heat, or by ion-plasma heating, or by gas-plasma heating, or by electro mpulsnogo heating, or by thermal bonding - brazing carbide products with steel tool holder using induction heating and the subsequent immersion tool holder generated in a cooling medium, preferably water.
Охлаждение при закалке могут производить в жидком азоте, или в углекислоте, или в других сжиженных или твердых инертных газах, или в их смесях, или в парах жидкого азота, или в водяной ванне, или в водяном паре, или в ледоводяной ванне, или в масляной ванне с температурой среды в пределах от -80oC до +300oC со специальными маслами или отработанными маслами других производств, или в масляном тумане, или в соляных растворах, например, натриевых или калиевых, или в смазочно-охлаждающих жидкостях, или псевдомагнитных жидкостях, или в легкоплавких металлах, или путем последовательного охлаждения, по крайней мере, в двух из перечисленных средах, или путем перераспределения тепла с нагреваемой поверхности вглубь изделия.Cooling during quenching can be carried out in liquid nitrogen, or in carbon dioxide, or in other liquefied or solid inert gases, or in mixtures thereof, or in vapor of liquid nitrogen, or in a water bath, or in a water vapor, or in an ice-water bath, or an oil bath with a medium temperature ranging from -80 o C to +300 o C with special oils or waste oils from other industries, or in oil mist, or in salt solutions, for example, sodium or potassium, or in cutting fluids, or pseudomagnetic fluids, or in low-melting meta Allah, or by sequential cooling, in at least two of the above environments, or by redistributing heat from the heated surface into the interior of the product.
Одновременно с охлаждением могут производить барботаж охлаждающей среды или на охлаждающую среду воздействуют ультразвуком. At the same time as cooling, they can bubble the cooling medium or act on the cooling medium with ultrasound.
Охлаждение при стабилизирующем отжиге могут производить в воздушной среде или в инертной газовой среде, или через подогретое масло на воздухе. Cooling during stabilizing annealing can be carried out in air or in an inert gas atmosphere, or through heated oil in air.
Согласно третьему варианту задача решается за счет того, что в способе изготовления твердосплавных металлокерамических изделий, включающем приготовление компонентов шихты, измельчение, смешивание, засыпку шихты в форму, формование и спекание путем нагрева и выдержки при температуре спекания, согласно изобретению при изготовлении металлообрабатывающих инструментов - резцов, фрез, сверл, зенкеров, разверток, протяжек, пуансонов, породоразрушающих инструментов, в том числе кернов для поворотных резцов, приспособлений для фрезерования дорожных покрытий, инструментов для горнопроходческих машин и механизмов для разработки и экскавации угольных пластов, горных пород, металлосодержащих и неметаллических руд, грунтов, в том числе мерзлых и скальных, вскрышных работ, рытья траншей и котлованов, инструментов для соледобычи и обработки строительных материалов и изделий из естественного и искусственного камня, резки и/или разрушения железобетонных сталебетонных и других армированных конструкций, а также металлоконструкций, в том числе при восстановительных и горноспасательных работах, а также державок и опорных деталей для крепления инструментов, охлажденное после спекания изделие подвергают дополнительной, не менее чем однократной термической обработке путем нагрева до температуры 900 - 1250oC, выравнивающей температуры в изделии выдержки и последующей закалки охлаждением со скоростью не менее 3 град/сек до температуры +300 - (-196oC), причем, по крайней мере, после последнего цикла закаливания осуществляют стабилизирующий отжиг нагревом до максимальной температуры, составляющей 0,35 - 0,5 максимальной температуры нагрева под закалку, затем изделие охлаждают.According to the third embodiment, the problem is solved due to the fact that in the method of manufacturing carbide metal-ceramic products, including the preparation of charge components, grinding, mixing, filling the mixture into a mold, molding and sintering by heating and holding at a sintering temperature, according to the invention, in the manufacture of metal cutting tools , milling cutters, drills, countersinks, reamers, broaches, punches, rock cutting tools, including cores for rotary cutters, devices for milling up to coatings, tools for mining machines and mechanisms for the development and excavation of coal seams, rocks, metal-containing and non-metal ores, soils, including frozen and rocky, overburden, digging trenches and pits, tools for salt mining and processing of building materials and products from natural and artificial stone, cutting and / or destruction of reinforced concrete steel and other reinforced structures, as well as metal structures, including those with restoration and mine rescuers s work, as well as toolholders and support parts for fixing tools cooled after the sintering the product is subjected to further, not less than once heat treated by heating to a temperature of 900 - 1250 o C, equalizing the temperature in the soaking product and subsequent quenching cooling rate of at least 3 deg / sec to a temperature of +300 - (-196 o C), wherein, at least after the last cycle hardening stabilizing annealing is performed by heating to a maximum temperature of 0.35 - 0.5 at maximum temperature agreva for quenching, then the product is cooled.
При этом изделия могут изготавливать из спекаемых порошков твердых сплавов системы W-C-Co (сплавы WC-Co), или системы W-C-Ni /сплавы WC-Ni/, или системы W-C-Ni-Fe (сплавы WC-(Fe-Ni), или системы WC-TaС-Co, WC-TaC-NbC-Co, WC-TiC-TaC(NbC)-Co, Fe-Cr-Mo-W-Si-V-C. At the same time, products can be made from sintered powders of hard alloys of the WC-Co system (WC-Co alloys), or the WC-Ni system / WC-Ni / alloys, or the WC-Ni-Fe system (WC- (Fe-Ni alloys), or systems WC-TaC-Co, WC-TaC-NbC-Co, WC-TiC-TaC (NbC) -Co, Fe-Cr-Mo-W-Si-VC.
Нагрев под закалку и стабилизирующий отжиг могут производить в соляных электрованнах, например, бариевых, калиевых, натриевых и других или из сочетаний перечисленных и/или других солей, или путем индукционного нагрева с использованием токов высокой частоты, вырабатываемых машинными генераторами типа МГЗ-102, или ламповыми и/или тиристорными генераторами или транзисторными генераторами типа ВЧГТ-3/0,44, или путем лучевого нагрева, в том числе лазерного, или путем удара лазерным теплом, или путем ионно-плазменного нагрева, или путем газо-пламенного нагрева, или путем электроимпульсного нагрева, или путем термического соединения - пайки твердосплавного изделия со стальной державкой с использованием индукционного нагрева и последующего погружения державки созданного инструмента в охлаждающую среду, преимущественно воду. Quenching heating and stabilizing annealing can be performed in salt electrified baths, for example, barium, potassium, sodium and others, or from combinations of the listed and / or other salts, or by induction heating using high-frequency currents produced by machine generators of the MGZ-102 type, or tube and / or thyristor generators or transistor generators of the type VChGT-3 / 0.44, either by radiation heating, including laser, or by laser heat, or by ion-plasma heating, or by gas-plasma heating, or by electropulse heating, or by thermal bonding — brazing a carbide product with a steel holder using induction heating and then immersing the holder of the created tool in a cooling medium, mainly water.
Охлаждение при закалке могут производить в жидком азоте, или в углекислоте, или в других сжиженных или твердых инертных газах, или в их смесях, или в парах жидкого азота, или в водяной ванне, или в водном паре, или в ледоводяной ванне или в масляной ванне с температурой среды в пределах от -80oC до +300oC со специальными маслами или отработанными маслами других производств, или в масляном тумане, или в соляных растворах, например, натриевых или калиевых, или в смазочно-охлаждающих жидкостях, или в псевдомагнитных жидкостях, или в легкоплавких металлах, или путем последовательного охлаждения, по крайней мере, в двух из перечисленных средах, или путем перераспределения тепла с нагреваемой поверхности вглубь изделия.Cooling during quenching can be carried out in liquid nitrogen, or in carbon dioxide, or in other liquefied or solid inert gases, or in mixtures thereof, or in vapor of liquid nitrogen, or in a water bath, or in a water vapor, or in an ice-water bath or in an oil bath with a temperature of between -80 o C to +300 o C with special oils or used oils from other industries, either in oil mist or in salt solutions, for example, sodium or potassium, or in cutting fluids, or pseudomagnetic fluids, or in low-melting meta Allah, or by sequential cooling, in at least two of the above environments, or by redistributing heat from the heated surface into the interior of the product.
Одновременно с охлаждением могут производить барботаж охлаждающей среды, или на охлаждающую среду воздействуют ультразвуком. At the same time as cooling, they can bubble the cooling medium, or they can be affected by ultrasound on the cooling medium.
Охлаждение при стабилизирующем отжиге могут производить в воздушной среде, или в безокислительной газовой среде, или через подогретое масло на воздухе. Cooling during stabilizing annealing can be performed in air, or in an oxygen-free gas medium, or through heated oil in air.
Державки могут выполнять из стальной металлокерамики и подвергают термообработке совместно с твердосплавным инструментом или в режиме его закалки. The holders can be made of steel cermet and subjected to heat treatment together with carbide tools or in the mode of hardening.
В шихту могут добавлять измельченные в порошок отработанные твердосплавные изделия. Used carbide products ground into powder may be added to the charge.
Приведенная совокупность существенных признаков обеспечивает получение технического результата, состоящего в направленном изменении состояния фазовых составляющих структуры спекаемых твердых металлокерамических сплавов многократной закалкой и последующим стабилизирующим отжигом с определенными режимами осуществления, причем формирующиеся при этом новые полезные элементы субструктуры карбидной фазы и кобальтовой или другой связки повышенной демпфирующей способности фиксируются стабилизирующей термической обработкой, что обеспечивает субструктурное состояние с уникальной комбинацией свойств, в частности, твердость 89 - 91 HRA, σизг = 1600 - 1800 МПа, плотность ρ = 14600 - 15000 кг/м3, что позволяет изготавливать изделия, характеризующиеся повышенной твердостью, высокой износостойкостью и долговечностью.The above set of essential features provides a technical result consisting in a directional change in the state of the phase components of the structure of sintered hard cermet alloys by multiple hardening and subsequent stabilizing annealing with certain implementation modes, and new useful elements of the carbide phase substructure and cobalt or other binder of increased damping ability that are formed fixed stabilizing heat treatment that both sintering a substructural state with a unique combination of properties, in particular, hardness 89 - 91 HRA, σ ar = 1600 - 1800 MPa, density ρ = 14600 - 15000 kg / m 3 , which makes it possible to manufacture products characterized by increased hardness, high wear resistance and durability.
Способ согласно изобретению осуществляют следующим образом. The method according to the invention is as follows.
Производят приготовление компонентов шихты, измельчение, смешивание, засыпку шихты в форму, формование и спекание путем нагрева и выдержки при температуре спекания. Produce the preparation of the components of the mixture, grinding, mixing, filling the mixture into the mold, molding and sintering by heating and holding at the sintering temperature.
По первому варианту после спекания изделия его подвергают подстуживанию до температуры 1250 - 900oC со скоростью охлаждения не более 3 град/сек, а дальнейшее охлаждение ведут в режиме закаливания со скоростью охлаждения не менее 3 град/сек до температуры +300oC - (-196oC), после чего изделие подвергают стабилизирующему отжигу нагревом до максимальной температуры, составляющей 0,35 - 0,5 максимальной температуры режима закаливания, затем изделие охлаждают.According to the first option, after sintering the product, it is subjected to cooling to a temperature of 1250 - 900 o C with a cooling rate of not more than 3 deg / s, and further cooling is carried out in the hardening mode with a cooling rate of at least 3 deg / s to a temperature of +300 o C - ( -196 o C), after which the product is subjected to stabilizing annealing by heating to a maximum temperature of 0.35 - 0.5 of the maximum temperature of the hardening mode, then the product is cooled.
По второму варианту после спекания изделия его подвергают подстуживанию до температуры 1250 - 900oC со скоростью охлаждения не более 3 град/сек, а дальнейшее охлаждение ведут в режиме закаливания со скоростью охлаждения не менее 3 град/сек до температуры +300oC - (-196oC), после чего изделие подвергают стабилизирующему отжигу нагревом до температуры, составляющей 0,35 - 0,5 температуры начала режима закаливания, или после первого цикла закаливания или после стабилизирующего отжига изделие подвергают не менее чем одному повторному режиму закаливания, включающему повторный нагрев до температуры 900 - 1250oC, выравнивающую температуры в изделии выдержку и охлаждение со скоростью не менее 3 град/сек, причем стабилизирующий отжиг производят во всех случаях, по крайней мере, после последнего режима закаливания при температуре, составляющей 0,35 - 0,5 от величины максимальной температуры начала, по крайней мере, предыдущего режима закаливания.According to the second option, after sintering the product, it is subjected to cooling to a temperature of 1250 - 900 o C with a cooling rate of not more than 3 deg / s, and further cooling is carried out in the hardening mode with a cooling rate of not less than 3 deg / s to a temperature of +300 o C - ( -196 o C), after which the product is subjected to stabilizing annealing by heating to a temperature of 0.35-0.5 temperature of the beginning of the hardening mode, or after the first hardening cycle or after stabilizing annealing, the product is subjected to at least one repeated hardening mode, including reheating to a temperature of 900 - 1250 o C, balancing the temperature in the product holding and cooling at a speed of at least 3 deg / s, and stabilizing annealing is carried out in all cases, at least after the last hardening mode at a temperature of 0.35 - 0.5 of the maximum temperature of the beginning, at least of the previous hardening mode.
По третьему варианту охлажденное после спекания изделие подвергают дополнительной, не менее чем однократной термической обработке путем нагрева до температуры 900 - 1250oC, выравнивающей температуры в изделии выдержки и последующей закалки охлаждением со скоростью не менее 3 град/сек до температуры +300oC - (-196oC), причем, по крайней мере, после последнего цикла закаливания осуществляют стабилизирующий отжиг нагревом до максимальной температуры, составляющей 0,35 - 0,5 максимальной температуры нагрева под закалку, затем изделие охлаждают.According to the third option, the product cooled after sintering is subjected to an additional, not less than one-time heat treatment by heating to a temperature of 900 - 1250 o C, equalizing the temperature in the aging product and subsequent quenching by cooling at a speed of at least 3 deg / s to a temperature of +300 o C - (-196 o C), and, at least after the last hardening cycle, stabilizing annealing is carried out by heating to a maximum temperature of 0.35 - 0.5 of the maximum heating temperature for hardening, then the product is cooled.
Для всех вариантов изделия могут изготавливать из спекаемых порошков твердых сплавов системы W-C-Co (сплавы WC-Co), или системы W-C-Ni (сплавы WC-Ni), или системы W-C-Ni-Fe (сплавы WC-(Fe-Ni), или системы WC-TaC-Co, WC-TaC-NbC-Co, WС-TiC-TaC(NbC)-Co, Fe-Cr-Mo-W-Si-V-C. For all options, products can be made from sintered powders of hard alloys of the WC-Co system (WC-Co alloys), or the WC-Ni system (WC-Ni alloys), or the WC-Ni-Fe system (WC- (Fe-Ni alloys) or systems WC-TaC-Co, WC-TaC-NbC-Co, WC-TiC-TaC (NbC) -Co, Fe-Cr-Mo-W-Si-VC.
Нагрев под закалку и стабилизирующий отжиг производят в соляных электрованнах, например, бариевых, калиевых, натриевых и других или из сочетаний перечисленных или других солей, или путем индукционного нагрева с использованием токов высокой частоты, вырабатываемых машинными генераторами типа МГЗ-102, или ламповыми и/или тиристорными генераторами типа ВЧГТ-3/0,44, или путем лучевого нагрева, в том числе лазерного, или путем удара лазерным теплом, или путем ионно-плазменного нагрева, или путем газопламенного нагрева, или путем электроимпульсного нагрева, или путем термического соединения - пайки твердосплавного изделия со стальной державкой с использованием индукционного нагрева и последующего погружения державки созданного инструмента в охлаждающую среду, преимущественно воду. Hardening and stabilizing annealing is carried out in salt electrified baths, for example, barium, potassium, sodium and others, or from combinations of the listed or other salts, or by induction heating using high-frequency currents produced by machine generators of the MGZ-102 type, or by lamp and / or thyristor generators of type VChGT-3 / 0.44, or by radiation heating, including laser, or by laser heat, or by ion-plasma heating, or by gas-flame heating, or by electro-pulse on heating, or by thermal bonding - brazing carbide products with steel tool holder using induction heating and the subsequent immersion tool holder generated in a cooling medium, preferably water.
Державки могут выполнять из стальной металлокерамики и подвергают термообработке совместно с инструментом или в режиме его закалки. The holders can be made of steel cermet and subjected to heat treatment together with the tool or in the mode of hardening.
В шихту могут добавлять измельченные в порошок отработанные твердосплавные изделия. Used carbide products ground into powder may be added to the charge.
Охлаждение при закалке производят в жидком азоте, или в углекислоте, или в других сжиженных или твердых инертных газах, или в их смесях, или в парах жидкого азота, или в водяной ванне, или в водяном паре, или в ледоводяной ванне, или в масляной ванне с температурой среды в пределах от -80 до +300oC со специальными маслами или отработанными маслами других производств, или в масляном тумане, или в соляных растворах, например, натриевых или калиевых, или в смазочно-охлаждающих жидкостях, или в псевдомагнитных жидкостях, или в легкоплавких металлах, или путем последовательного охлаждения, по крайней мере, в двух из перечисленных средах, или путем перераспределения тепла с нагреваемой поверхности вглубь изделия.Cooling during quenching is carried out in liquid nitrogen, or in carbon dioxide, or in other liquefied or solid inert gases, or in mixtures thereof, or in vapor of liquid nitrogen, or in a water bath, or in a water vapor, or in an ice-water bath, or in oil bath with a temperature in the range from -80 to +300 o C with special oils or waste oils from other industries, either in oil mist or in salt solutions, for example, sodium or potassium, or in cutting fluids, or in pseudomagnetic fluids , or in fusible metals, silt and by sequential cooling, in at least two of the above environments, or by redistributing heat from the heated surface into the interior of the product.
Одновременно с охлаждением могут производить барботаж охлаждающей среды, или на охлаждающую среду воздействуют ультразвуком. At the same time as cooling, they can bubble the cooling medium, or they can be affected by ultrasound on the cooling medium.
Охлаждение при стабилизирующем отжиге могут производить в воздушной среде, или в инертной газовой среде, или через подогретое масло на воздухе. Cooling during stabilizing annealing can be carried out in air, or in an inert gas atmosphere, or through heated oil in air.
При осуществлении способа по первому варианту режим закаливания могут повторять, по крайней мере, двукратно. При этом при повторении режиме закаливания, по крайней мере, после одного промежуточного режима закаливания производят промежуточный стабилизирующий отжиг. When implementing the method according to the first embodiment, the hardening mode can be repeated at least twice. Moreover, when repeating the hardening mode, at least after one intermediate hardening mode, intermediate stabilizing annealing is performed.
Способ используется при изготовлении металлообрабатывающих инструментов - резцов, фрез, сверл, зенкеров, разверток, протяжек, пуансонов, породоразрушающих инструментов, в том числе кернов для поворотных резцов, приспособлений для фрезерования дорожных покрытий, инструментов для горнопроходческих машин и механизмов для разработки и экскавации угольных пластов, горных пород, металлосодержащих и неметаллических руд, грунтов, в том числе мерзлых и скальных, вскрышных работ, рытья траншей и котлованов, инструментов для соледобычи и обработки строительных материалов и изделий из естественного и искусственного камня, резки и/или разрушения железобетонных, сталебетонных и других армированных конструкций, а также металлоконструкций, в том числе при восстановительных и горноспасательных работах, а также державок и опорных деталей для крепления инструментов. The method is used in the manufacture of metalworking tools - cutters, mills, drills, countersinks, reamers, broaches, punches, rock cutting tools, including cores for rotary cutters, tools for milling road surfaces, tools for mining machines and mechanisms for the development and excavation of coal seams , rocks, metal-containing and non-metal ores, soils, including frozen and rock, overburden, digging trenches and pits, tools for salt mining and processing and building materials and products from natural and artificial stone, cutting and / or destruction of concrete, steel-concrete and other reinforced structures and metal structures, including the recovery and rescue work, as well as holders and supporting components for fastening tools.
Сравнительные свойства спеченных твердых сплавов, в частности по ГОСТ 3882-74, например, для сплавов ВК6 и ВК8 (соответственно примеры 1 и 2) и изделия из сплава ВК8, изготовленного по изобретению (пример 3) приведенные в табл. 1. Comparative properties of sintered hard alloys, in particular according to GOST 3882-74, for example, for VK6 and VK8 alloys (examples 1 and 2, respectively) and products from VK8 alloy made according to the invention (example 3) are given in table. 1.
При выполнении изделий для машин и механизмов, используемых при разрушении горных массивов, эффективность разрушения повышается за счет снижения энергоемкости процесса, поскольку сформированная субструктура твердого сплава с "залеченной" микропористостью позволяет резко увеличить сопротивляемость хрупкому разрушению при значительном повышении абразивной стойкости, тем самым обеспечивая эффективное самозатачивание керна в процессе эксплуатации. Кроме того, снижается трудоемкость обслуживания станка, исполнительного органа горных и дорожных машин за счет повышения срока службы резцов нового поколения. Принципиальная возможность закаливания твердых сплавов следует из дополнительной растворимости карбидообразующих элементов и углерода в кобальтовой (никелевой, железной) связке. Однако из-за сложности оптимизации режимов термообработки, в первую очередь в части роста карбидных зерен при нагреве и невозможности получения не поврежденных закаленных структур, неповторимости результатов на различных типах твердых сплавов, отсутствия надежно диагностики и т. п. , закалку как технологический прием практически не используют. When manufacturing products for machines and mechanisms used in the destruction of mountain ranges, the destruction efficiency is increased by reducing the energy intensity of the process, since the formed carbide substructure with “healed” microporosity can sharply increase the resistance to brittle fracture with a significant increase in abrasion resistance, thereby ensuring effective self-sharpening core during operation. In addition, the laboriousness of servicing the machine tool, the executive body of mining and road machines is reduced by increasing the service life of new generation cutters. The fundamental possibility of hardening of hard alloys follows from the additional solubility of carbide-forming elements and carbon in a cobalt (nickel, iron) binder. However, due to the difficulty of optimizing the heat treatment modes, primarily in terms of the growth of carbide grains during heating and the impossibility of obtaining undamaged quenched structures, the uniqueness of the results on various types of hard alloys, the absence of reliable diagnostics, etc., quenching as a technological method is practically not use.
При осуществлении же способа по изобретению за счет заявленных режимов закалки и последующего стабилизирующего отжига и появилась возможность создания изделий практически нового поколения, качества которых были проверены проведенными лабораторными исследованиями и серией натурных испытаний образцов инструментов различного перечисленного выше назначения. In the implementation of the method according to the invention due to the claimed hardening and subsequent stabilizing annealing, it became possible to create products of a practically new generation, the quality of which was checked by laboratory tests and a series of field tests of samples of tools for various purposes listed above.
Наличие в спеченных твердых сплавах технологической поврежденности, в частности пор, форма и размеры которых изменяются в широких пределах, ограничивает их долговечность, а повреждение микротрещинами при закалке несмотря на увеличение твердости, прочностных свойств, нивелируют эффективность этой технологической операции термообработки. С другой стороны трещиностойкость (KIC) твердых сплавов определяется, в основном, объемной долей и морфологией связующей фазы после спекания и последующей термической обработки.The presence of technological damage in sintered hard alloys, in particular, pores whose shape and dimensions vary widely, limits their durability, and damage by microcracks during hardening despite the increase in hardness and strength properties level the effectiveness of this heat treatment technological operation. On the other hand, the crack resistance (K IC ) of hard alloys is determined mainly by the volume fraction and morphology of the binder phase after sintering and subsequent heat treatment.
При "тепловом ударе" в процессе однократной и циклической закалки сплава ВК первой начинает фрагментоваться WC-фаза, затем межфазная граница WC-Co и последней Co-фаза. Интенсивность этого процесса максимальна в течение первых трех-пяти циклов обработки, а затем снижается. In the case of “thermal shock” during the single and cyclic quenching of the VK alloy, the WC phase begins to fragment first, then the WC – Co interface and the last Co phase. The intensity of this process is maximum during the first three to five treatment cycles, and then decreases.
Максимальные твердость и прочность достигаются при наибольшей заданной объемной доле кобальтовой связки величине межфазной поверхности WC-Co-фазы, легированной вольфрамом, углеродом и "залеченной" тонким скелетом третьей фазы. The maximum hardness and strength are achieved with the largest specified volume fraction of cobalt binder, the value of the interfacial surface of the WC-Co phase doped with tungsten, carbon and “healed” with a thin skeleton of the third phase.
Увеличение объемной доли такой межфазной поверхности на 10 - 25% повышает циклическую прочность отдельных образцов до 5 раз. An increase in the volume fraction of such an interphase surface by 10–25% increases the cyclic strength of individual samples up to 5 times.
Стабилизирующий отжиг устраняет накопленную при закалке поврежденность, сохраняя полученные значения твердости и "возвращая" уже легированной кобальтовой прослойке (связке) исходную пластичность за счет "захлопывания" микропор фазами с высоким удельным объемом. Stabilizing annealing eliminates damage accumulated during quenching, preserving the obtained hardness values and “returning” the already plastic alloyed cobalt interlayer (binder) to initial plasticity due to the “collapse” of micropores by phases with a high specific volume.
Легирующие кобальтовую прослойку компоненты с параметрами кристаллической решетки, в 2-3 раза превышающими ее параметры, снижают и внутриблочную энергию, и энергию границ блоков, фаз, зерен, тем самым способствуя уменьшению эксплуатационной поврежденности. Components doping with a cobalt layer with crystal lattice parameters 2-3 times higher than its parameters reduce both intrablock energy and the energy of the boundaries of blocks, phases, grains, thereby contributing to a decrease in operational damage.
В табл. 2 приведены технологические и структурные параметры. In the table. 2 shows the technological and structural parameters.
Указанный эффект повышения комплекса твердости, прочности, вязкости и эксплуатационной стойкости проявляется только при определенных указанных в табл. 2 технологических и структурных параметрах, а коэффициент эффективности обработки в зависимости от режима колеблется в пределах 1,2...5, достигая максимальных значений при комплексном термическом воздействии, включая многократную закалку и стабилизирующий отжиг. Количество вольфрама, дополнительно растворенного в кобальте, увеличивается с увеличением числа циклов закалки (равно как с повышением температуры нагрева под закалку, ограниченной ростом зерен фаз), но при этом процесс растворения карбидообразующих элементов и углерода сопряжен с процессом фрагментации зерен кобальтовой связки, причем в 2-3 раза растут и термические напряжения в фазах, и микронапряжения кристаллических решеток фаз. Эти микронапряжения приводят к сдвиговым деформациям, фрагментации и растворению карбидных зерен, направленной диффузии вольфрама, а также и углерода в связующей фазе, к фрагментации зерен Co-фазы. The indicated effect of increasing the complex hardness, strength, toughness and operational resistance is manifested only when certain specified in the table. 2 technological and structural parameters, and the coefficient of processing efficiency, depending on the mode, ranges from 1.2 ... 5, reaching maximum values under complex thermal effects, including multiple hardening and stabilizing annealing. The amount of tungsten additionally dissolved in cobalt increases with an increase in the number of quenching cycles (as well as with an increase in the quenching temperature limited by the growth of phase grains), but the dissolution of carbide-forming elements and carbon is associated with the fragmentation of cobalt binder grains, moreover, in 2 Thermal stresses in phases and microstresses of crystal lattices of phases increase by 3 times. These microstresses lead to shear deformations, fragmentation and dissolution of carbide grains, directed diffusion of tungsten, as well as carbon in the binder phase, to fragmentation of the grains of the Co phase.
Оценка условной величины блоков WC и Co с помощью рентгенографии без разделения эффекта фрагментации и микронапряжений кристаллической решетки ввиду малых количеств связующей фазы (малая величина интенсивности рентгеновской линии фазы) показала их уменьшение на 30...35%. Например, для WC-фазы (112) сплава ВК8 условная величина блоков составила 30±6 нм по сравнению с исходными значениями 46±6 нм. Металлографическое исследование величины зерен WC у термически обработанных образцов показало уверенно определяемое их уменьшение (см. табл. 2). Estimation of the conditional value of WC and Co blocks using X-ray diffraction without separation of the fragmentation effect and microstresses of the crystal lattice due to small amounts of the binder phase (low intensity of the phase X-ray line) showed their decrease by 30 ... 35%. For example, for the WC phase (112) of the VK8 alloy, the conventional value of the blocks was 30 ± 6 nm compared with the initial values of 46 ± 6 nm. A metallographic study of the size of WC grains in heat-treated samples showed a confidently determined decrease (see Table 2).
При отжиге с температурой 700oC 1-3 ч из кобальтовой легированной связки выделяется, например, до 0,6% вольфрама, что приводит к разупрочнению связующей фазы и снижению прочности сплава ВК.When annealing at a temperature of 700 o C for 1-3 hours, up to 0.6% of tungsten is released from the cobalt doped binder, for example, which leads to softening of the binder phase and a decrease in the strength of the VK alloy.
При закалке и термической стабилизации твердого сплава ВК поверхность образцов оказывается обогащенной кобальтовой фазой. С увеличением продолжительности выдержки при нагреве под закалку карбиды вольфрама на поверхности образца диссоциируют на вольфрам и углерод. Например, для сплава ВК8, закаливаемого с температуры ~ 1100oC при суммарном времени выдержки ~ 1 час на поверхности регистрируют следы WC-фазы. Тот же эффект получается при температуре нагрева под закалку ~ 1250oC при суммарном времени выдержки ~ 0,24.During quenching and thermal stabilization of the VK hard alloy, the surface of the samples turns out to be enriched in the cobalt phase. With an increase in the exposure time during heating under quenching, tungsten carbides on the surface of the sample dissociate into tungsten and carbon. For example, for the VK8 alloy hardened from a temperature of ~ 1100 o C with a total exposure time of ~ 1 hour, traces of the WC phase are recorded on the surface. The same effect is obtained at a quenching heating temperature of ~ 1250 o C with a total holding time of ~ 0.24.
Казалось бы такой существенный недостаток должен нивелировать эффективность термического субструктурного упрочнения, в том числе в части экономической целесообразности в связи с ростом трудоемкости операций шлифовки и полирования. Но это впечатление только кажущееся. It would seem that such a significant drawback should level the effectiveness of thermal substructural hardening, including in terms of economic feasibility in connection with the increasing complexity of grinding and polishing operations. But this impression is only apparent.
Указанное обстоятельство позволило придти к принципиально новому способу нанесения аморфных износостойких покрытий SiC с использованием известных дуговых плазмотронов. Ресурс работы термически обработанных твердосплавных резцов, подвергнутых финишному плазменному упрочнению SiC, дополнительно возрастает от 1,5 до 2 раз в зависимости от условий эксплуатации. This circumstance allowed us to come to a fundamentally new method of applying amorphous wear-resistant coatings of SiC using known arc plasmatrons. The service life of heat-treated carbide cutters subjected to finish plasma hardening of SiC additionally increases from 1.5 to 2 times depending on operating conditions.
Данное технологическое решение реализуется в помощью маневренного дугового плазмотрона УПО-302 серийного производства при атмосферном давлении без использования вакуумной камеры, при температуре 400...500oC. Исключительную роль при этом играют диссоциированные на поверхности при предыдущих циклах объемной термической обработки вольфрам и углерод, а также развитая поверхность субзерен Co-фазы.This technological solution is implemented using a maneuverable arc plasma torch UPO-302 of serial production at atmospheric pressure without using a vacuum chamber at a temperature of 400 ... 500 o C. An exceptional role is played by tungsten and carbon dissociated on the surface during previous cycles of volumetric heat treatment, as well as the developed surface of Co-phase subgrains.
Активизация плазменной аргоновой струей дугового плазмотрона обрабатываемой поверхности с уже диссоциированным углеродом и относительно малая концентрация реагентов Si, C в высокотемпературной газовой фазе повышают эффективность реакции синтеза SiC непосредственно на поверхности изделия и на межзеренных (субзеренных) границах периферийных слоев в момент конденсации реагентов, находящихся в газообразном состоянии. Как следствие, новое аморфное покрытие SiC в отличие от известных пленок SiC толщиной 1-3 мкм имеет толщину порядка 10 слоев зерен фаз WC-Co (до 10 - 45 мкм), композиционную структуру с повышенной плотностью. В соединении SiC связано уже до 30...40% кремния, что значительно снижает объемную долю SiO2. Поддержание температуры поверхности на уровне температуры стабилизации субструктуры не приводит к негативным последствиям, связанным с дополнительной поверхностной закалкой.Activation by a plasma argon jet of an arc plasma torch of the treated surface with already dissociated carbon and a relatively low concentration of Si, C reagents in the high-temperature gas phase increase the efficiency of the SiC synthesis reaction directly on the product surface and on the intergranular (subgrain) boundaries of the peripheral layers at the time of condensation of the reagents in the gaseous condition. As a result, the new amorphous SiC coating, in contrast to the known SiC films with a thickness of 1-3 μm, has a thickness of about 10 layers of WC-Co phase grains (up to 10 - 45 μm), a composite structure with an increased density. Up to 30 ... 40% silicon is bound in the SiC compound, which significantly reduces the volume fraction of SiO 2 . Maintaining the surface temperature at the stabilization temperature level of the substructure does not lead to negative consequences associated with additional surface hardening.
Вышеуказанное характеризует принципиальное положительное отличие нового способа от известных технологических решений для лазерной, ионноплазменной и газопламенной обработки. Используя описанные режимы осуществления операции термоциклической обработки, термической стабилизации и финишное модифицирование поверхностных слоев композиционным квазиаморфным покрытием SiC повышенной адгезионной прочности и демпфирующей способности, удалось сформировать структуру в отечественных твердых сплавах с уникальным уровнем свойств:
- глубинные слои с твердостью 89...91 HRA, σизг = 1600...1800 МПа, плотностью 14500...14900 кг/м3;
- поверхностный слой глубиной 10 - 15 мкм с микротвердостью НУ = 15 - 18 ГПа диэлектрик SiC-структура, обладающая ближним порядком, образует пленочный барьер, препятствующий схватыванию трущихся поверхностей и режущих кромок;
- SiC выполняет функции коррозионно- и жаростойкого покрытия.The above characterizes the fundamental positive difference of the new method from known technological solutions for laser, ion-plasma and gas-flame processing. Using the described modes of the operation of thermocyclic processing, thermal stabilization and final modification of the surface layers with a composite quasi-amorphous SiC coating of increased adhesive strength and damping ability, it was possible to form a structure in domestic hard alloys with a unique level of properties:
- deep layers with a hardness of 89 ... 91 HRA, σ ar = 1600 ... 1800 MPa, density 14500 ... 14900 kg / m 3 ;
- a surface layer with a depth of 10–15 μm with a microhardness of NU = 15–18 GPa and a dielectric SiC structure having a short-range order forms a film barrier that prevents the setting of friction surfaces and cutting edges;
- SiC acts as a corrosion and heat resistant coating.
Claims (26)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98114455A RU2145916C1 (en) | 1998-08-07 | 1998-08-07 | Method for making hard alloy cermet articles |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98114455A RU2145916C1 (en) | 1998-08-07 | 1998-08-07 | Method for making hard alloy cermet articles |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2145916C1 true RU2145916C1 (en) | 2000-02-27 |
Family
ID=20208997
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU98114455A RU2145916C1 (en) | 1998-08-07 | 1998-08-07 | Method for making hard alloy cermet articles |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2145916C1 (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2528539C1 (en) * | 2013-05-07 | 2014-09-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Оренбургский государственный университет" | Production of cutting tools from carbide-beating alloys of tungsten and titanium-tungsten groups |
| RU2534670C1 (en) * | 2013-06-11 | 2014-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Оренбургский государственный университет" | Hard alloy strengthening method |
| RU2566252C2 (en) * | 2013-10-02 | 2015-10-20 | Открытое акционерное общество "Тульское научно-исследовательское геологическое предприятие (ОАО "Тульское НИГП") | Method of making rock-destructing tool |
| RU2593564C1 (en) * | 2015-02-24 | 2016-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Молот" ООО "НПП "Молот" | Method of hot pressing to obtain combined products of hard alloy and steel of "stud" type |
| RU2631548C1 (en) * | 2016-12-30 | 2017-09-25 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Завод Технической Керамики" | Method for producing tungsten carbide-based hard alloy products |
| RU2636538C1 (en) * | 2016-12-27 | 2017-11-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") | METHOD FOR SINTERING ARTICLES MADE OF POWDERS OF GROUP WC-Co SOLID ALLOYS |
-
1998
- 1998-08-07 RU RU98114455A patent/RU2145916C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Третьяков В.И. Основы металловедения и технологии производства спеченных твердых сплавов. - М.: Машиностроение, 1976, с.527. * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2528539C1 (en) * | 2013-05-07 | 2014-09-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Оренбургский государственный университет" | Production of cutting tools from carbide-beating alloys of tungsten and titanium-tungsten groups |
| RU2534670C1 (en) * | 2013-06-11 | 2014-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Оренбургский государственный университет" | Hard alloy strengthening method |
| RU2566252C2 (en) * | 2013-10-02 | 2015-10-20 | Открытое акционерное общество "Тульское научно-исследовательское геологическое предприятие (ОАО "Тульское НИГП") | Method of making rock-destructing tool |
| RU2593564C1 (en) * | 2015-02-24 | 2016-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Молот" ООО "НПП "Молот" | Method of hot pressing to obtain combined products of hard alloy and steel of "stud" type |
| RU2636538C1 (en) * | 2016-12-27 | 2017-11-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") | METHOD FOR SINTERING ARTICLES MADE OF POWDERS OF GROUP WC-Co SOLID ALLOYS |
| RU2631548C1 (en) * | 2016-12-30 | 2017-09-25 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Завод Технической Керамики" | Method for producing tungsten carbide-based hard alloy products |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7556668B2 (en) | Consolidated hard materials, methods of manufacture, and applications | |
| NL2018981B1 (en) | Method and system for improving the surface fracture toughness of brittle materials, and a cutting tool produced by such method | |
| US8512882B2 (en) | Carbide cutting insert | |
| EP0480895B1 (en) | Improved diamond tools for rock drilling, metal cutting and wear part applications | |
| EP1786954B1 (en) | Pvd coated ruthenium featured cutting tools | |
| JP5622731B2 (en) | Method for producing a part comprising a block of cemented carbide type high density material having a characteristic gradient and the resulting part | |
| König et al. | Wear mechanisms of ultrahard, non-metallic cutting materials | |
| JPH04231470A (en) | Coating cemented carbide body | |
| KR102220849B1 (en) | Low carbon steel and cemented carbide wear part | |
| RU2145916C1 (en) | Method for making hard alloy cermet articles | |
| Okechukwu et al. | Prominence of Hadfield steel in mining and minerals industries: A review | |
| US20100189891A1 (en) | Method of strengthening tool material by super-deep penetration of reinforcing particles for manufacturing a composite tool material | |
| JP4653922B2 (en) | Method of attaching a coating to a substrate composed of diamond or a diamond-containing material | |
| CA1036976A (en) | Anodically dissolving group v-a element into molten borate bath | |
| US3679494A (en) | Nitrided hafnium-tantalum alloys and method of making the same | |
| CA2112545C (en) | Article with wear resistant coating and method | |
| Lo et al. | Corrosion resistance of laser-fabricated metal–matrix composite layer on stainless steel 316L | |
| Ovcharenko et al. | Effect of Nanosize Structures on Physical Characteristics of Hard Metal Subsurface | |
| Tian et al. | Crack-free wear resistance coatings produced on pure titanium and Ti-6Al-4V by laser nitriding | |
| RU2231573C2 (en) | Method for chemicothermal treatment of solid alloy and steel objects | |
| Dearnaley | The modification of materials by ion implantation | |
| RU2784536C1 (en) | Method for borating the carbon steel surface | |
| JP2011051890A (en) | Adhesive composite coating film for diamond and for diamond-containing material, and method for producing the same | |
| Ovcharenko et al. | Nanostructuring and physical properties of metal-ceramic composites with a different content the ceramic components | |
| ETSFEüfED | USSR Report |