RU2356693C1

RU2356693C1 - Tempering method of hard alloy

Info

Publication number: RU2356693C1
Application number: RU2007139225/02A
Authority: RU
Inventors: Татьяна Николаевна Осколкова (RU); Татьяна Николаевна Осколкова
Priority date: 2007-10-22
Filing date: 2007-10-22
Publication date: 2009-05-27

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention relates to powder metallurgy, particularly to tempering method of hard alloys on the basis of tungsten carbide for boring tool. Tempering of product from the hard alloy on the basis of tungsten carbide is implemented by means of heating of alloy up to the temperature higher 1100°C by means of high-frequency current and cooling in 8-10% aqueous solution of polymer "ПК-М" with usage of sprayer.

EFFECT: method provides increasing of alloy hardening and service durability of tool made of it.

1 ex

Description

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способу закалки твердых сплавов на основе карбида вольфрама, которыми оснащают буровой инструмент.The invention relates to the field of powder metallurgy, in particular to a method for quenching hard alloys based on tungsten carbide, which equip a drilling tool.

Одним из методов упрочнения твердых сплавов является объемная закалка, позволяющая фиксировать структурные изменения, которые происходят во время нагрева. При объемной закалке в закалочных баках до недавнего времени в качестве охлаждающей жидкости использовали минеральные масла [1]. В настоящее время для закалки твердых сплавов рекомендуется применять синтетические закалочные среды [2, 3], так как закалка твердого сплава в индустриальных маслах значительно ухудшает экологическую обстановку в цехе, а также существенно удорожает себестоимость термообработанного сплава. Применение в качестве закалочной жидкости 10% водного раствора полимера ПК-М при объемной закалке твердого сплава приводит к снижению себестоимости термообработанного сплава в 7-10 раз и улучшает экологию в цехе [3], однако в результате научных исследований установлено, что при закалке твердого сплава в закалочном баке с 10% водным раствором полимера ПК-М в нем чаще образуются трещины, чем при охлаждении с помощью спрейерного устройства, а также при закалке в закалочном баке требуется дополнительная принудительная циркуляция охлаждающей среды для устранения эффекта «паровой рубашки».One of the methods for hardening hard alloys is volume hardening, which allows fixing structural changes that occur during heating. When volume hardening in quenching tanks, until recently, mineral oils were used as a cooling liquid [1]. At present, it is recommended to use synthetic quenching media for hardening of hard alloys [2, 3], since hardening of hard alloy in industrial oils significantly worsens the environmental situation in the workshop, and also significantly increases the cost of heat-treated alloy. The use of a 10% aqueous solution of PK-M polymer as a quenching liquid during bulk quenching of a hard alloy leads to a reduction in the cost of heat-treated alloy by 7-10 times and improves the environment in the workshop [3], however, as a result of scientific research, it was found that during quenching of a hard alloy in a quenching tank with a 10% aqueous solution of PK-M polymer, cracks are more likely to form in it than when cooling with a spray device, and when quenching in a quenching tank, additional forced circulation of the cooling medium is required s to eliminate the effect of "steam jacket".

Наиболее близким техническим решением является объемная закалка твердого сплава ВК10КС, нагретого выше 1100°С, и его охлаждение в 10% водном растворе полимера ПК-М (натрий-железосодержащая соль полиакриловой кислоты с модифицированной молекулярной структурой) в закалочном баке [3]. При этом закалка в полимере твердого сплава способствует повышению его эксплуатационной стойкости.The closest technical solution is the volume hardening of the VK10KS hard alloy heated above 1100 ° C and its cooling in a 10% aqueous solution of PK-M polymer (sodium-iron-containing salt of polyacrylic acid with a modified molecular structure) in a quenching tank [3]. At the same time, quenching in the polymer of the hard alloy helps to increase its operational stability.

Однако известный способ закалки имеет следующие недостатки. При объемной закалке в водном растворе полимера ПК-М в твердом сплаве иногда могут появляться трещины; в закалочном баке требуется большее количество закалочного водного раствора полимера, и этот раствор эксплуатируется меньший срок, чем при спрейерном охлаждении твердого сплава, из-за проведения более частых корректировок (добавлением концентрата, воды) водного раствора полимера, исходя из результатов регулярного контроля охлаждающей способности ванны, а также в закалочном баке при объемной закалке требуется принудительная циркуляция (барботаж) охлаждающей среды.However, the known method of hardening has the following disadvantages. During volume hardening in an aqueous solution of PK-M polymer in a hard alloy, cracks can sometimes appear; in the quenching tank, a larger quantity of quenching aqueous polymer solution is required, and this solution is used for a shorter time than with spray cooling of the hard alloy, due to more frequent adjustments (by adding concentrate, water) of the aqueous polymer solution, based on the results of regular monitoring of the cooling capacity of the bath , as well as in the quenching tank during volume hardening, forced circulation (bubbling) of the cooling medium is required.

Задачей предложенного способа закалки твердого сплава ВК10КС является повышение эксплуатационной стойкости бурового инструмента за счет дополнительного растворения вольфрама и углерода в кобальтовой связующей, которое фиксируется закалкой при нагреве готового изделия с помощью токов высокой частоты (ТВЧ) и его охлаждении в водополимерной закалочной среде ПК-М с концентрацией 8-12% с помощью спрейерного (душевого) устройства и повышает твердость сплава, а также закалка твердого сплава с помощью спрейерного (душевого) устройства в водополимерной закалочной среде ПК-М способствует улучшению структуры твердого сплава: уменьшается величина зерен карбида вольфрама (WC) и округляются их границы. Кроме того, закалка твердого сплава с использованием спрейерного охлаждения в водополимерном растворе ПК-М существенно удешевляет себестоимость термообработки, улучшается экология в цехе.The objective of the proposed method of hardening VK10KS hard alloy is to increase the operational stability of the drilling tool due to the additional dissolution of tungsten and carbon in a cobalt binder, which is fixed by quenching during heating of the finished product using high-frequency currents (HDTV) and its cooling in a water-polymer quenching medium PK-M with concentration of 8-12% using a sprayer (shower) device and increases the hardness of the alloy, as well as hardening of the hard alloy using a sprayer (shower) device in water imernoy quench medium PC-M improves the carbide structure: decreasing grain size of tungsten carbide (WC) and their rounded borders. In addition, hardening of the hard alloy using spray cooling in a PC-M water-polymer solution significantly reduces the cost of heat treatment, and improves the environment in the workshop.

Сущность изобретения состоит в том, что в способе закалки твердого сплава на основе карбида вольфрама, включающем нагрев твердого сплава в готовом изделии выше 1100°C с помощью ТВЧ, его охлаждении в водополимерном растворе ПК-М с концентрацией 8-12%, в качестве способа охлаждения используют спрейерное (душевое) устройство.The essence of the invention lies in the fact that in the method of quenching a carbide based on tungsten carbide, including heating the hard alloy in the finished product above 1100 ° C using HDTV, cooling it in a water-polymer solution PK-M with a concentration of 8-12%, as a method cooling use a sprayer (shower) device.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что нагрев под закалку выше 1100°С готового изделия осуществляется с помощью ТВЧ, а охлаждение - при использовании спрейерного устройства с закалочной средой 8-12% водного раствора полимера ПК-М. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения «новизна». Полимер ПК-М является нетоксичной, негорючей, неагрессивной в коррозионном отношении жидкостью, поэтому ее эксплуатация не требует специальных средств защиты обслуживающего персонала и оборудования. Концентрация полимера ПК-М в растворе (8-12%) определялась, исходя из результатов охлаждающей способности полимера в сравнении с кривыми охлаждения масла И-20А и воды. При этом за основу выбирался водный раствор с концентрацией, кривая охлаждения которого совпадает с кривой охлаждения масла или максимально приближалась к ней.A comparative analysis of the proposed solution with the prototype shows that the claimed method differs from the known one in that the quenching above 1100 ° C of the finished product is carried out using high-frequency television, and cooling is performed using a spray device with a quenching medium of 8-12% aqueous solution of PC- polymer M. Thus, the claimed method meets the criteria of the invention of "novelty." Polymer PK-M is a non-toxic, non-combustible, non-corrosive non-corrosive liquid, therefore its operation does not require special protective equipment for maintenance personnel and equipment. The concentration of PK-M polymer in solution (8-12%) was determined based on the results of the cooling ability of the polymer in comparison with the cooling curves of I-20A oil and water. In this case, an aqueous solution with a concentration was chosen as the basis, the cooling curve of which coincides with the oil cooling curve or was as close as possible to it.

Предлагаемый способ закалки твердого сплава ВК10КС в 8-12% водном растворе полимера ПК-М производства ЗАО «Политерм - Тюмень» (концентрат водополимерной закалочной среды ПК-М изготавливают в соответствии с техническими требованиями ТТ 71218688-01-03) реализован следующим образом. Предварительно перед закалкой производят приготовление закалочной среды непосредственно в специальной емкости, оборудованной системой «подогрева-охлаждения», контроля температуры и уровня закалочного раствора. Система «подогрева-охлаждения» может быть выполнена в виде змеевика, расположенного по боковым внутренним стенкам емкости, соединенного с сетями горячей и холодной воды. Измерение температуры среды осуществляется с помощью термометра сопротивления с соответствующей измерительной аппаратурой.The proposed method of hardening VK10KS hard alloy in an 8-12% aqueous solution of PK-M polymer produced by Polymer-Tyumen CJSC (PK-M water-polymer quenching medium concentrate is made in accordance with the technical requirements of TT 71218688-01-03) as follows. Before hardening, the quenching medium is prepared directly in a special container equipped with a “heating-cooling” system, temperature and level control of the quenching solution. The "heating-cooling" system can be made in the form of a coil located along the side inner walls of the tank, connected to networks of hot and cold water. The temperature of the medium is measured using a resistance thermometer with appropriate measuring equipment.

Пример: процесс закалки твердого сплава ВК10КС заключает в себе следующее: необходимое для приготовления закалочной среды количества воды и концентрата ПК-М определяется, исходя из результатов анализа охлаждающей способности пробных растворов полимера в сравнении с кривыми охлаждения масла И-20А. Охлаждающую способность растворов на основе полимера ПК-М изучали при помощи термодатчика. При этом за основу выбран раствор, кривая охлаждения которого совпадает с кривой охлаждения масла или максимально приближается к ней.Example: the hardening process of the VK10KS hard alloy comprises the following: the amount of water and concentrate PK-M required for the preparation of the quenching medium is determined based on the results of the analysis of the cooling ability of the polymer sample solutions in comparison with the I-20A oil cooling curves. The cooling ability of solutions based on the PC-M polymer was studied using a temperature sensor. At the same time, a solution was chosen as the basis, the cooling curve of which coincides with the oil cooling curve or is as close to it as possible.

После приготовления 10% водополимерного раствора можно осуществить закалку твердого сплава. Сплав ВК10КС, нагретый под закалку до температуры 1150÷1160°С с помощью ТВЧ, в дальнейшем закаливают 10% раствором ПК-М, используя спрейерное (душевое) устройство при температуре окружающей среды. Рабочий диапазон температуры закаливающей среды - (+18÷+40°С). Время охлаждения деталей при закалке с помощью душевого устройства определяется технологическим процессом на термообработку данной детали. После закалки твердого сплава в 10% растворе ПК-М улучшается эксплуатационная стойкость бурового инструмента.After preparing a 10% water-polymer solution, it is possible to quench the hard alloy. VK10KS alloy, heated to quenching to a temperature of 1150 ÷ 1160 ° C using high-frequency alloys, is subsequently quenched with a 10% PK-M solution using a spray (shower) device at ambient temperature. The operating temperature range of the hardening medium is (+ 18 ÷ + 40 ° С). The cooling time of parts during hardening using a shower device is determined by the technological process for heat treatment of this part. After quenching of the hard alloy in a 10% PK-M solution, the operational stability of the drilling tool is improved.

Использование предлагаемого способа закалки твердых сплавов ВК8, ВК10КС, ВК15КС в 10% водном растворе полимера ПК-М, используя спрейерное охлаждение, обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества:Using the proposed method of quenching hard alloys VK8, VK10KS, VK15KS in a 10% aqueous solution of PK-M polymer using spray cooling provides the following advantages compared to existing methods:

1) Не появляется деформация и трещины в твердом сплаве при спрейерном охлаждении, как при объемной закалке в закалочном баке.1) There is no deformation and cracks in the hard alloy during spray cooling, as with volume hardening in a quenching tank.

2) При спрейерном охлаждении требуется меньшее количество закалочного водного раствора полимера, чем при объемной закалке в закалочном баке, что удешевляет себестоимость выпускаемой продукции в 1,5 раза.2) With spray cooling, a smaller amount of quenching aqueous polymer solution is required than with volume hardening in a quenching tank, which reduces the cost of production by 1.5 times.

3) Использование индукционной закалки со спрейерным охлаждением готового изделия является более производительным, в целом сокращается технологический цикл.3) The use of induction hardening with spray cooling of the finished product is more productive, in general, the technological cycle is reduced.

4) Водный раствор ПК-М более длительный срок эксплуатируется при спрейерном охлаждении, чем при закалке в закалочном баке.4) PK-M aqueous solution is used for a longer period with spray cooling than with quenching in a quenching tank.

5) При спрейерном охлаждении не требуется принудительной циркуляции (барботажа) охлаждающей среды, как в закалочном баке при объемной закалке.5) During spray cooling, forced circulation (bubbling) of the cooling medium is not required, as in a quenching tank with volume quenching.

Источники информацииInformation sources

1. Осколкова Т.Н. Закалка как способ повышения эксплуатационной стойкости твердого сплава. / Т.Н.Осколкова // Известия вузов. Черная металлургия. - 2005, №9. - С.36-37.1. Oskolkova T.N. Quenching as a way to increase the operational stability of a hard alloy. / T.N. Oskolkova // University proceedings. Ferrous metallurgy. - 2005, No. 9. - S. 36-37.

2. Осколкова Т.Н. Использование водополимерной охлаждающей среды при закалке твердого сплава ВК10КС. / Т.Н.Осколкова // Известия вузов. Черная металлургия. - 2006, №4. - С.40-42.2. Oskolkova T.N. The use of water-polymer cooling medium during hardening of VK10KS hard alloy. / T.N. Oskolkova // University proceedings. Ferrous metallurgy. - 2006, No. 4. - S. 40-42.

3. Патент Россия №2294261, С22С 29/00, 2006 (прототип).3. Patent of Russia No. 2294261, C22C 29/00, 2006 (prototype).

Claims

A method of quenching a tungsten carbide-based hard alloy product, comprising heating the product for quenching to a temperature above 1100 ° C and cooling in an 8-10% aqueous solution of PK-M polymer, characterized in that the heating is carried out by high-frequency currents, and the cooling is carried out using a spray device.