RU2675875C1 - Шихта для изготовления спечённого твёрдого сплава на основе карбида вольфрама - Google Patents

Шихта для изготовления спечённого твёрдого сплава на основе карбида вольфрама Download PDF

Info

Publication number
RU2675875C1
RU2675875C1 RU2018122546A RU2018122546A RU2675875C1 RU 2675875 C1 RU2675875 C1 RU 2675875C1 RU 2018122546 A RU2018122546 A RU 2018122546A RU 2018122546 A RU2018122546 A RU 2018122546A RU 2675875 C1 RU2675875 C1 RU 2675875C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
tungsten carbide
powder
nanosized
carbide
mixture
Prior art date
Application number
RU2018122546A
Other languages
English (en)
Inventor
Олег Вячеславович Семёнов
Дмитрий Викторович Фёдоров
Владимир Игоревич Румянцев
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Вириал"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Вириал" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Вириал"
Priority to RU2018122546A priority Critical patent/RU2675875C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2675875C1 publication Critical patent/RU2675875C1/ru

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/05—Mixtures of metal powder with non-metallic powder
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
    • C22C29/02—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides
    • C22C29/06—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds
    • C22C29/067—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds comprising a particular metallic binder
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
    • C22C29/02—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides
    • C22C29/06—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds
    • C22C29/08—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds based on tungsten carbide

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

Группа изобретений относится к спеченным твердым сплавам на основе карбида вольфрама, которые могут быть использованы для изготовления режущего инструмента для работы по труднообрабатываемым сталям и сплавам. Шихта для изготовления спеченного твердого сплава на основе карбида вольфрама содержит порошок цементирующей связки на основе кобальта, предварительно обработанный порошок с размером частиц 1-2 мкм, полученный путем консолидации импульсной передачей энергии наноразмерного порошка карбида вольфрама или композиции на его основе, содержащей наноразмерный порошок карбидов, нитридов, карбонитридов, боридов переходных металлов 4-6 подгруппы или их соединений, обладающих твердостью, превышающей твердость карбида вольфрама и совместимых с ним, с последующим его измельчением, порошок цементирующей связки, содержащей карбид хрома CrC, карбид ванадия VC, карбид вольфрама WC и остальное кобальт, и необработанный наноразмерный порошок карбида вольфрама при следующем соотношении компонентов. Предложен также способ получения упомянутой шихты. Обеспечивается изготовление из упомянутой шихты износостойкого спеченного твердого сплава, обладающего одновременно высокой твердостью и трещиностойкостью. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл., 10 пр.

Description

Шихта для изготовления спеченного твердого сплава на основе карбида вольфрама
Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности, к составам шихт для изготовления спеченных твердых сплавов на основе карбида вольфрама, обладающих высокой износостойкостью и используемых в изготовлении режущего инструмента. Механическая обработка современных труднообрабатываемых сталей и сплавов, отличающихся высокой коррозионной стойкостью, жаростойкостью, жаропрочностью, а также высокой механической прочностью, вызывает высокий износ режущего инструмента [1, стр. 34]. Задача повышения износостойкости режущего инструмента может быть решена за счет использования спеченных твердых сплавов - композиций, состоящих из частиц твердых тугоплавких соединений, которые придают материалу высокую твердость и связаны цементирующей связкой-матрицей, обеспечивающей высокую трещиностойкость, что в комплексе создает их исключительную износостойкость.
В настоящее время для лезвийной обработки труднообрабатываемых сталей и сплавов используют субмикронные двухфазные твердые сплавы состава WC/(0,5-l,4 мас. % Cr3C2/VC)/(6-12 мас. % Со), обладающие беспористой гомогенной микроструктурой с равномерным распределением компонентов и отсутствием крупных частиц карбида вольфрама.
Появление новых труднообрабатываемых сталей и сплавов, а также требования роста производительности операций металлообработки требуют совершенствования известных твердых сплавов в направлении дальнейшего повышения, прежде всего, их износостойкости.
Стойкость к износу спеченных твердых сплавов прямо пропорциональна их твердости и трещиностойкости [2, 3]. Отсюда следует, что повысить износостойкость режущего инструмента можно, увеличив его твердость и/или трещиностойкость. Однако увеличение трещиностойкости твердых сплавов с одновременным увеличением твердости затруднительно из-за противоположного влияния размера частиц карбида вольфрама на данные характеристики. С уменьшением размера частиц твердость материала растет, но при этом толщина прослоек цементирующей связки уменьшается, что, в свою очередь, приводит к снижению трещиностойкости сплава [4]. Таким образом, наиболее действенным способом увеличения износостойкости сплавов является повышение их твердости при сохранении уровня трещиностойкости.
Традиционным способом увеличения твердости сплавов является введение в их состав компоненты с большей твердостью относительно основы сплава.
Известен твердый сплав на основе карбида вольфрама и кобальта и способ его получения [5], для изготовления которого исходную шихту готовят с использованием более твердой, чем карбид вольфрама, добавки - карбонитрида титана-ниобия. Недостатком данного материала является больший угол смачивания кобальтом твердой добавки по сравнению с карбидом вольфрама, что приводит к уменьшению адгезии цементирующей связки к твердой фазе и, тем самым, снижает износостойкость заявляемого материала.
Другим способом увеличения износостойкости твердых сплавов является снижение размера частиц твердой фазы, результатом которого и явилось создание современных износостойких сплавов с субмикронным размером зерна, вплоть до наноуровня (200 нм и менее) [4]. При этом известные к настоящему времени наноразмерные твердые сплавы имеют недостаточную трещиностойкость вследствие малой толщины прослоек цементирующей связки, а также использования добавок, тормозящих рост зерна карбида вольфрама в процессе спекания, - хрупких карбидов хрома и ванадия. Сдерживающим фактором дальнейшего снижения размера частиц твердой фазы до наноуровня является рост их активности, приводящей к возникновению различных дефектов микроструктуры.
Известен наноструктурированный твердый сплав на основе карбида вольфрама и способ его получения [6], для изготовления которого исходную шихту готовят с добавкой модифицированного карбида вольфрама - порошка с размером частиц 10-200 нм и особым распределением этих частиц по размерам с целью повышения твердости и износостойкости сплава. Недостатком данного материала является неконтролируемый рост добавляемых наночастиц карбида вольфрама в процессе спекания, что приводит к неоднородности микроструктуры материала и, как следствие, к снижению его механических характеристик.
Появление в последнее время интенсивных способов спекания, таких как искровое плазменное спекание (SPS-спекание) и др., позволили значительно снизить содержание хрупких добавок и минимизировать рост частиц карбида вольфрама за счет снижения температуры и длительности спекания. При этом, однако, растет вероятность появления дефектов микроструктуры, например, таких как неравномерность распределения цементирующей фазы и присутствие отдельных крупных частиц карбида вольфрама.
Известен материал - ультрадисперсный твердый сплав WC-10Co с высокой прочностью и износостойкостью - и способ его получения, который включает использование SPS-спекания [7]. Недостатком данного способа является проведение спекания при температуре ниже температуры появления жидкой фазы, что увеличивает вероятность появления неравномерности микроструктуры сплава, в том числе неравномерности распределения цементирующей фазы.
Одним из способов достижения равномерности распределения компонентов твердого сплава в шихте является снижение размера их частиц и использования легко диспергируемых частиц непластичных соединений кобальта в отличие от пластичного металлического кобальта.
Известен способ получения материала [8], в котором предлагается с целью увеличения равномерности распределения металла-связки, особенно для мелкодисперсных смесей, для изготовления исходной твердосплавной шихты использовать вместо металлического кобальта оксид кобальта. Недостатком данного способа является то, что оксид кобальта восстанавливается до металла в процессе спекания твердого сплава, а это может привести к обезуглероживанию сплава и, как следствие, к снижению его механических характеристик.
Наиболее близким техническим решением является материал в соответствии с патентом JP 4924808 (В2) [9], представляющий собой твердый сплав состава WC (Cr3C2, VC) - Со, отличающийся высокими твердостью и прочностью, которые достигаются за счет использования ультрадисперсных частиц карбида вольфрама, а также тонкого диспергирования частиц карбидов хрома и ванадия, размер которых, по крайней мере, не должен превышать размер частиц карбида вольфрама.
Недостатком заявляемого материала является способ достижения высокой твердости и прочности за счет снижения размера зерна всей карбидной составляющей до ультрадисперсного уровня, что приводит к снижению трещиностойкости сплава. Другим недостатком является достаточно высокое содержание карбидов хрома и ванадия в составе материала, распределенных по всему объему, и которые по заявлению авторов изобретения, снижают прочность твердого сплава. Также следует отметить высокую вероятность неравномерного роста зерен карбида вольфрама в случае недостаточно равномерного распределения карбидов хрома и ванадия в структуре твердого сплава, несмотря на их тонкое диспергирование.
Указанные недостатки можно преодолеть, если организовать микроструктуру, собрав наноразмерные частицы в отдельные конгломераты, размер которых будет соизмерим с размером частиц основы сплава. Это позволит сохранить на желаемом уровне среднюю толщину прослоек цементирующей фазы и, как следствие, трещиностойкость. При этом твердость сплава увеличится за счет большей твердости наночастиц.
Для торможения роста зерна карбида вольфрама в процессе спекания в состав исходных шихт субмикронных твердых сплавов добавляют ультрадисперсные частицы карбидов хрома и ванадия. В процессе спекания частицы карбидов хрома и ванадия взаимодействуют с цементирующей связкой и препятствуют росту частиц карбида вольфрама посредством перекристаллизации через жидкую фазу. При этом существует вероятность того, что из-за недостаточно равномерного распределения компонентов сплава часть зерен добавляемых карбидов не будет контактировать с частицами цементирующей связки и, тем самым, не примет участия в процессе торможения роста зерна карбида вольфрама. Для исключения данного явления частицы карбидов-ингибиторов целесообразно предварительно равномерно перемешать с частицами цементирующей фазы, что позволит снизить содержание карбидов-ингибиторов в общем объеме сплава и приведет к повышению износостойкости материала.
Задачей настоящего изобретения является разработка состава и способа получения шихты, обеспечивающей изготовление износостойкого спеченного твердого сплава на основе карбида вольфрама, обладающего одновременно высокой твердостью и трещиностойкостью, имеющего микроструктуру с равномерным распределением компонентов сплава, прежде всего цементирующей связки, отсутствием крупных частиц карбида вольфрама, что в совокупности обеспечит высокую стойкость к износу изготовляемого из него инструмента для обработки труднообрабатываемых сталей и сплавов.
Указанная задача решается путем получения порошковой смеси, которая содержит карбид вольфрама в качестве основы и цементирующую связку на основе кобальта, включающую в себя карбиды хрома и ванадия. При этом часть (от 21 до 46 мас. %) карбида вольфрама или композиции на его основе с более твердыми соединениями, например, карбонитридами титана-ниобия(тантала), содержание которых в композиции не должно превышать 50 об. %, подвергнута предварительной обработке с целью повышения твердости, часть карбида вольфрама содержится в составе предварительно подготовленной цементирующей связки, содержание которой составляет от 7,5 до 14,0 мас. %, при этом карбиды содержатся в составе цементирующей связки в следующем соотношении: Cr3C2 от 5,0 до 7,0 мас. %, VC до 3,0 мас. %, WC от 4,0 до 6,0 мас. %, кобальт - остальное. Карбидные компоненты цементирующей связки имеют размер частиц не более 200 нм. Оставшаяся часть карбида вольфрама представляет собой необработанный порошок карбида вольфрама.
Для изготовления заявляемой шихты с указанными характеристиками предложен способ ее получения, включающий операции подготовки компонентов шихты и их смешение. При этом подготовку компонентов шихты проводят таким образом, что часть порошка карбида вольфрама или композиции на его основе с более твердым соединением предварительно готовят консолидацией исходных наноразмерных частиц путем высокоэнергетического воздействия, например, за счет SPS-спекания, с последующим измельчением до 1-2 мкм. Цементирующую связку также предварительно готовят из гранулированной смеси оксидных соединений кобальта с карбидами вольфрама, хрома и ванадия, имеющих размер частиц не более 200 нм, которую обрабатывают в атмосфере водорода при температуре в диапазоне от 400 до 800°C с последующим измельчением до полного прохождения через сетку №05. При этом достигается равномерное распределение компонентов в цементирующей связке.
Технический эффект достигается составом предложенной шихты, содержащей частицы карбида вольфрама с повышенной твердостью в результате предварительной обработки, которые обеспечивают рост твердости сплава и по своим размерам сопоставимы с частицами карбида вольфрама - основы сплава, что сохраняет толщину межчастичной прослойки цементирующей фазы и обеспечивает высокую трещиностойкость сплава. При этом с целью увеличения твердости данные частицы в своем составе могут содержать также, кроме карбида вольфрама, другие более твердые тугоплавкие соединения, как например, карбонитриды титана-ниобия(тантала) [10, 11]. При этом их содержание должно быть не более 50 об. % с целью сохранения высокой адгезии цементирующей связки к карбидным зернам. Кроме того, для торможения роста частиц карбида вольфрама в процессе спекания сплава шихта содержит цементирующую связку на основе кобальта с равномерно распределенными в ней компонентами частиц карбидов вольфрама, хрома и ванадия. Введение данных карбидов в состав шихты через цементирующую связку позволяет снизить их общее содержание в сплаве и повысить трещиностойкость сплава. Предлагаемое равномерное распределение компонентов шихты позволяет получить необходимую микроструктуру сплава с равномерным распределением компонентов при отсутствии крупных частиц карбида вольфрама.
Технический эффект достигается также способом получения шихты, при котором частицы карбида вольфрама с повышенной твердостью предварительно получают из исходных наноразмерных частиц в результате их консолидации высокоэнергетическими методами, например, SPS-спеканием, что позволяет минимизировать рост частиц и обеспечить, тем самым, максимально возможную их твердость. Цементирующую связку также предварительно готовят с целью равномерного распределения компонентов. Для этого используются исходные соединения с соизмеримыми наноразмерными частицами. Также вместо металлического кобальта применяется оксид кобальта, который благодаря его непластичности легче подвергается измельчению и перемешиванию.
Таким образом, предложенные состав шихты и способ ее получения обеспечивают одновременно высокую твердость и трещиностойкость сплава и, как следствие, его более высокую износостойкость.
Предлагаемое изобретение является новым, имеет изобретательский уровень, применимо в промышленных масштабах. Изобретение может быть реализовано при использовании оборудования, применяемого в настоящее время в твердосплавной промышленности.
Ниже приводятся примеры реализации изобретения.
Пример 1
Порошок наноразмерного карбида вольфрама с удельной поверхностью 5,4 м2/г (dч~70 нм) консолидируют в SPS-установке при Т=1660°С и давлении 35 МПа в вакууме со скоростью нагрева ~200°С/мин до плотности 15,5 г/см3, при этом твердость компактных образцов составляет 25,4 ГПа. Полученные компакты измельчают сначала в щековой дробилке, потом в вибромельнице с твердосплавными шарами в среде этилового спирта в течение 24 часов. После удаления спирта и просева через сетку №0315 получают порошок с размером частиц d50=2,0 мкм (далее твердый компонент).
Смешивают порошок оксида кобальта (Co3O4) с удельной поверхностью 1,3 м2/г (dч~90 нм) в количестве 90,3 мас. %, порошки карбида вольфрама с удельной поверхностью 5,4 м2/г (dч~70 нм) в количестве 4,6 мас. %, карбида хрома с удельной поверхностью 9,0 м2/г (dч~100 нм) в количестве 5,1 мас. % в шаровой мельнице твердосплавными шарами в среде этилового спирта в течение 24 часов. После удаления спирта и протирки через сетку №0315 полученный порошок замешивают с пластификатором (раствор синтетического каучука в гексане) и проводят грануляцию протиркой через сетку №05. Полученный гранулят засыпают в графитовые контейнеры, помещают в вакуумную электропечь и проводят термообработку в токе водорода при Т=800°С. Полученные спеки измельчают кратковременным (в течение 2-3 часов) сухим размолом в шаровой мельнице твердосплавными шарами и просеивают через сетку №05.
Порошок карбида вольфрама с размером частиц d50=1,96 мкм в количестве 46,3 мас. %, а также предварительно подготовленные порошки твердого компонента в количестве 46,2 мас. % и цементирующей связки с добавками карбида вольфрама и карбида хрома в количестве 7,5 мас. % смешивают в шаровой мельнице твердосплавными шарами в среде этилового спирта в течение 24 часов. За 6 часов до окончания смешивания в мельницу добавляют связующее - полиэтиленгликоль. Полученную смесь сушат и гранулируют в установке распылительной сушки, из полученного пресс-порошка прессуют заготовки режущих пластин и спекают в вакуумно-компрессионной печи.
Твердость HV30 измеряли по ГОСТ 25172-82, трещиностойкость К1C определяли с использованием метода индентирования по Виккерсу, расчет вели по формуле Эванса [12, 13].
Расчет износостойкости вели по формуле Кi=К1C 3/4×HV1/2 [2]. Микроструктуру исследовали по ГОСТ 9391-80, а также с помощью растровой электронной микроскопии на микроскопе JSM 7001F (см. Фиг. 1).
Результаты исследований приведены в таблице 1.
Пример 2
Шихта и способ ее получения по примеру 1, в котором используют необработанный карбид вольфрама с размером частиц d50=0,78 мкм, а также вводят цементирующую связку в количестве 11,5 мас. %. Результаты исследований приведены в таблице 1.
Пример 3
Шихта и способ ее получения по примеру 1, в котором при изготовлении твердого компонента к наноразмерному карбиду вольфрама добавляют карбонитрид титана-тантала состава Ti0,75Nb(Ta)0,25C0,5N0,5 с размером частиц dч~100 нм в количестве 14,2 мас. % (50 об. %). Твердость получаемых образцов после консолидации составляет 27,0 ГПа. В качестве необработанного карбида вольфрама используют порошок с размером частиц d50=0,78 мкм. Также вводят цементирующую связку в количестве 11,5 мас. %. Результаты исследований приведены в таблице 1.
Пример 4
Шихта и способ ее получения по примеру 1, в котором используют необработанный карбид вольфрама с размером частиц d50=0,78 мкм, вводят твердый компонент в количестве 22,1 мас. %, а также вводят цементирующую связку в количестве 11,5 мас. %. Результаты исследований приведены в таблице 1.
Пример 5
Шихта и способ ее получения по примеру 1, в котором используют необработанный карбид вольфрама с размером частиц d50=0,67 мкм, а также вводят цементирующую связку в количестве 13,8 мас. %, в исходном составе которой содержатся наноразмерные карбид вольфрама - 3,1 мас. %, карбид хрома - 3,9%, карбид ванадия - 2,7%, остальное - оксид кобальта. Результаты исследований приведены в таблице 1.
Пример 6
Шихта и способ ее получения по примеру 1, в котором используют необработанный карбид вольфрама с размером частиц d50=0,67 мкм, вводят твердый компонент в количестве 21,5 мас. %. Также вводят цементирующую связку в количестве 13,8 мас. %, в исходном составе которой содержатся наноразмерные карбид вольфрама - 3,1 мас. %, карбид хрома - 3,9%, карбид ванадия - 2,7%, остальное - оксид кобальта. Результаты исследований приведены в таблице 1.
Пример 7
Шихта и способ ее получения по примеру 1, в котором в состав шихты не вводят твердый компонент, используя только необработанный карбид вольфрама. Кроме того, карбид хрома вводят в состав шихты не через цементирующую связку, а смешением с необработанным карбидом вольфрама при ее изготовлении в количестве 0,5 мас. %. В качестве цементирующей связки используют порошок металлического кобальта без предварительной обработки, его содержание составляет 6,5 мас. %. Результаты исследований приведены в таблице 1.
Пример 8
Шихта и способ ее получения по примеру 1, в котором в состав шихты не вводят твердую добавку, используя только необработанный карбид вольфрама с размером частиц d50=0,78 мкм. Кроме того, в состав шихты вводят карбид хрома не через цементирующую связку, а смешением с необработанным карбидом вольфрама при ее изготовлении в количестве 0,7 мас. %. В качестве цементирующей связки используют порошок металлического кобальта без предварительной обработки, его содержание в шихте составляет 10 мас. %. Результаты исследований приведены в таблице 1.
Пример 9
Шихта и способ ее получения по примеру 1, в котором в состав шихты не вводят твердый компонент, используя только необработанный карбид вольфрама с размером частиц d50=0,67 мкм. Кроме того, карбид хрома в количестве 0,7 мас. % вводят в состав шихты вместе с карбидом ванадия в количестве 0,5 мас. % не через цементирующую связку, а смешением с необработанным карбидом вольфрама при ее изготовлении. В качестве цементирующей связки используют порошок металлического кобальта без предварительной обработки в количестве 12 мас. %. Результаты исследований приведены в таблице 1.
Пример 10
Шихта и способ ее получения по примеру 1, в котором в качестве карбида вольфрама используют только наноразмерный порошок с размером частиц dч~70 нм без предварительной обработки. Кроме того, карбид хрома в количестве 0,8 мас. % вводят в состав шихты вместе с карбидом ванадия в количестве 0,5 мас. % не через цементирующую связку, а непосредственным смешением с наноразмерным карбидом вольфрама при ее изготовлении. В качестве цементирующей связки используют порошок оксида кобальта без предварительной обработки в количестве 15,6 мас. %, что обеспечивает содержание кобальта в спеченном сплаве 12 мас. %. Результаты исследований приведены в таблице 1.
Figure 00000001
Figure 00000002
Figure 00000003
* Расчет износостойкости вели по формуле Кi=К1С3/4×HV1/2 [2]
Список источников
1. Баранчиков В.И. и др. Прогрессивные режущие инструменты и режимы резания металлов: Справочник / В.И. Баранчиков, А.В. Жаринов, Н.Д. Юдина и др.; Под общ. ред. В.И. Баранчикова. - М.: Машиностороение, 1990. - 400 с.
2. Wayne S.F., Baldoni J.G., Buljan S.-T. // Abrasion and erosion of WC-Co with controlled microstructures // Tribology Transactions. - 1990. - V. 33, Is. 4. - P. 611-617.
3. Смирнов Н.И., Прожега M.B., Смирнов H.H. // Исследование износостойкости твердого сплава, модифицированного нанодобавками // Трение и износ. - 2007. - Том 28, №5. - С. 465-470.
4. Лошак М.Г. Прочность и долговечность твердых сплавов. - Киев: Наукова думка, 1984-328 с.
5. SU 1455750 (А1) - Спеченный твердый сплав на основе карбида вольфрама / Масхулия Л.Г., Петров Н.В., Захаров В.М., Иванов И.П., Семенов О.В.; заявитель: Конструкторско-технологическое бюро «Спецпромарматура» [СССР]; опубл. 01.10.1988.
6. RU 2533225 (С2) - Способ изготовления наноструктурированного сплава на основе модифицированного карбида вольфрама / Кизнер А.Г., Кизнер В.Г.; патентообладатель: Кизнер А.Г., Кизнер В.Г. [Россия]; опубл. 20.11.2014.
7. CN 100497689 (С) - High-intensity high-tenacity super fine crystal WC-10Co hard alloy preparation method / Song X., Zhao S., Zhang J., Wang M.; заявитель: Beijing University of Technology [Китай]; опубл. 10.06.2009.
8. DE 202007000041 (U1) - Pulvermischung
Figure 00000004
kobaltgebundene gesinterte Hartmetallgegenstande / патентообладатель: Dr. Konrad Friedrichs e.K. [Германия]; опубл. 27.12.2007.
9. JP 4924808 (B2) - Ultrafine particle cemented carbide / Saito M, Matsuno K., Kawakami M, Terada O., Hayashi K.; патентообладатель: Fuji Dies KK [Япония]; опубл. 25.04.2012.
10. Семёнов О.В., Масхулия Л.Г., Орданьян С.С.Некоторые физико-механические свойства сложных твердых растворов карбонитридов титана-тантала // Известия ВУЗов. Серия: Химия и химическая технология. - 1988. - Том 31, вып. 11. - С. 21-23.
11. Семёнов О.В. и др. Смачивание твердого раствора карбонитрида титана-тантала металлами подгруппы железа / О.В. Семёнов, Н.В. Петров, Л.Г. Масхулия, С.С. Орданьян // Порошковая металлургия. - 1995. - №11-12. - С. 31-36.
12. Evans A.G., Wilshaw T.R. Quasi-static solid particle damage in brittle solids. I. Observations analysis and implications // Acta Metallurgies - 1976. - V. 24, Is. 10. - P. 939-956. DOI: 10.1016/0001-6160(76)90042-0.
13. Evans A.G., Charles E.A. Fracture toughness determinations by indentation // Journal of the American Ceramic Society. - 1976. - V. 59, Is. 7-8. - P. 371-372. DOI: 10.1111/j.1151-2916.1976.tb10991.x.
14. Третьяков В.И. Основы металловедения и технологии производства спеченных твердых сплавов. - М.: Металлургия, 1976. - 528 с.

Claims (6)

1. Шихта для изготовления спеченного твердого сплава, содержащая карбид вольфрама в качестве основы и порошок цементирующей связки на основе кобальта, отличающаяся тем, что она содержит предварительно обработанный порошок с размером частиц 1-2 мкм, полученный путем консолидации импульсной передачей энергии наноразмерного порошка карбида вольфрама или композиции на его основе, содержащей наноразмерный порошок карбидов, нитридов, карбонитридов, боридов переходных металлов 4-6 подгруппы или их соединений, обладающих твердостью, превышающей твердость карбида вольфрама и совместимых с ним, с последующим его измельчением, порошок цементирующей связки, содержащей 5-7 мас. % карбида хрома Cr3C2, до 3 мас. % карбида ванадия VC, 4-6 мас. % карбида вольфрама WC и остальное кобальт, и необработанный наноразмерный порошок карбида вольфрама при следующем соотношении компонентов, мас. %:
обработанный порошок 21-46 порошок цементирующей связки 7,5-14 необработанный наноразмерный порошок карбида вольфрама остальное
2. Шихта по п. 1, отличающаяся тем, что карбидные компоненты цементирующей связки имеют размер частиц ≤200 нм.
3. Шихта по п. 1, отличающаяся тем, что композиция на основе карбида вольфрама содержит не менее 50 об. % карбида вольфрама.
4. Способ получения шихты для изготовления спеченного твердого сплава по п. 1, включающий операции подготовки компонентов шихты и смешивания предварительно обработанного порошка, цементирующей связки и необработанного наноразмерного порошка карбида вольфрама, при этом проводят предварительную обработку для повышения твердости наноразмерного порошка карбида вольфрама или композиции на его основе, содержащей наноразмерный порошок карбидов, нитридов, карбонитридов, боридов переходных металлов 4-6 подгруппы или их соединений, обладающих твердостью, превышающей твердость карбида вольфрама и совместимых с ним, путем консолидации частиц порошка импульсной передачей энергии и последующего измельчения с получением обработанного порошка с размером частиц 1-2 мкм, а цементирующую связку получают путем термообработки смеси наноразмерных порошков оксидных соединений кобальта и карбидов вольфрама, хрома и ванадия в восстановительной среде с обеспечением равномерного распределения компонентов в цементирующей связке.
5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что цементирующую связку получают с использованием наноразмерных порошков оксидных соединений кобальта и карбидов вольфрама, хрома и ванадия, при этом термообработку смеси ведут при температуре 400-800°С в восстановительной среде с последующим измельчением до полного прохождения через сетку №05.
RU2018122546A 2018-06-09 2018-06-09 Шихта для изготовления спечённого твёрдого сплава на основе карбида вольфрама RU2675875C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018122546A RU2675875C1 (ru) 2018-06-09 2018-06-09 Шихта для изготовления спечённого твёрдого сплава на основе карбида вольфрама

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018122546A RU2675875C1 (ru) 2018-06-09 2018-06-09 Шихта для изготовления спечённого твёрдого сплава на основе карбида вольфрама

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2675875C1 true RU2675875C1 (ru) 2018-12-25

Family

ID=64753673

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018122546A RU2675875C1 (ru) 2018-06-09 2018-06-09 Шихта для изготовления спечённого твёрдого сплава на основе карбида вольфрама

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2675875C1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113939474A (zh) * 2019-05-13 2022-01-14 住友电气工业株式会社 碳化钨粉末及其制造方法
CN117845086A (zh) * 2024-03-06 2024-04-09 崇义章源钨业股份有限公司 一种无粘结相超细硬质合金及其制备方法
CN117845086B (zh) * 2024-03-06 2024-05-28 崇义章源钨业股份有限公司 一种无粘结相超细硬质合金及其制备方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1748935A1 (ru) * 1989-10-27 1992-07-23 Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт тугоплавких металлов и твердых сплавов Способ получени мелкозернистого спеченного твердого сплава
RU1714863C (ru) * 1990-03-27 1995-02-27 ВНИПИ тугоплавких металлов и твердых сплавов Шихта для получения спеченного твердого сплава на основе порошка карбида вольфрама
WO2011162775A1 (en) * 2010-06-25 2011-12-29 Halliburton Energy Services, Inc. Erosion resistant hard composite materials
RU2447169C2 (ru) * 2010-06-18 2012-04-10 Открытое акционерное общество "ВНИИИНСТРУМЕНТ" Способ изготовления спеченного твердого сплава
JP4924808B2 (ja) * 2006-08-08 2012-04-25 冨士ダイス株式会社 超微粒超硬合金
WO2013106381A1 (en) * 2012-01-13 2013-07-18 Halliburton Energy Services, Inc. Composites comprising clustered reinforcing agents, methods of production, and methods of use
US9518308B2 (en) * 2013-12-23 2016-12-13 King Fahd University Of Petroleum And Minerals High-density and high-strength WC-based cemented carbide

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1748935A1 (ru) * 1989-10-27 1992-07-23 Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт тугоплавких металлов и твердых сплавов Способ получени мелкозернистого спеченного твердого сплава
RU1714863C (ru) * 1990-03-27 1995-02-27 ВНИПИ тугоплавких металлов и твердых сплавов Шихта для получения спеченного твердого сплава на основе порошка карбида вольфрама
JP4924808B2 (ja) * 2006-08-08 2012-04-25 冨士ダイス株式会社 超微粒超硬合金
RU2447169C2 (ru) * 2010-06-18 2012-04-10 Открытое акционерное общество "ВНИИИНСТРУМЕНТ" Способ изготовления спеченного твердого сплава
WO2011162775A1 (en) * 2010-06-25 2011-12-29 Halliburton Energy Services, Inc. Erosion resistant hard composite materials
WO2013106381A1 (en) * 2012-01-13 2013-07-18 Halliburton Energy Services, Inc. Composites comprising clustered reinforcing agents, methods of production, and methods of use
US9518308B2 (en) * 2013-12-23 2016-12-13 King Fahd University Of Petroleum And Minerals High-density and high-strength WC-based cemented carbide

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113939474A (zh) * 2019-05-13 2022-01-14 住友电气工业株式会社 碳化钨粉末及其制造方法
CN113939474B (zh) * 2019-05-13 2024-01-16 住友电气工业株式会社 碳化钨粉末及其制造方法
CN117845086A (zh) * 2024-03-06 2024-04-09 崇义章源钨业股份有限公司 一种无粘结相超细硬质合金及其制备方法
CN117845086B (zh) * 2024-03-06 2024-05-28 崇义章源钨业股份有限公司 一种无粘结相超细硬质合金及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chang et al. Characterization and properties of sintered WC–Co and WC–Ni–Fe hard metal alloys
Sun et al. VC, Cr3C2 doped ultrafine WC–Co cemented carbides prepared by spark plasma sintering
Demirskyi et al. High-temperature reactive spark plasma consolidation of TiB2–NbC ceramic composites
Chen et al. Improvement in microstructure and mechanical properties of Ti (C, N)-Fe cermets with the carbon additions
Zhu et al. Oscillatory pressure sintering: a new method for preparing WC-Co cemented carbides
Wang et al. Effects of sintering processes on mechanical properties and microstructure of Ti (C, N)–TiB2–Ni composite ceramic cutting tool material
Ortiz et al. Comminution of B4C powders with a high-energy mill operated in air in dry or wet conditions and its effect on their spark-plasma sinterability
Ou et al. Fabrication and mechanical properties of ultrafine grained WC–10Co–0.45 Cr3C2–0.25 VC alloys
CN103182506A (zh) 一种TiCp/M2高速钢复合材料及其SPS制备方法
US6617271B1 (en) Tungsten carbide cutting tool materials
JP5076044B2 (ja) 複合耐摩耗部材及びその製造方法
Mégret et al. High-energy ball milling of WC-10Co: Effect of the milling medium and speed on the mechanical properties
RU2675875C1 (ru) Шихта для изготовления спечённого твёрдого сплава на основе карбида вольфрама
Yang et al. Suppression of abnormal grain growth in WC–Co via pre-sintering treatment
Pang et al. Microstructure and properties of ultrafine WC-10Co composites with chemically doped VC
Chen et al. Effects of Mo and VC on the microstructure and properties of nano-cemented carbides
JP6845715B2 (ja) 硬質焼結体
Zhu et al. Effects of Al2O3@ Ni core-shell powders on the microstructure and mechanical properties of Ti (C, N) cermets via spark plasma sintering
KR20190022451A (ko) 초경질 소결체
Camurlu et al. Titanium hydride, metal-matrix composites, titanium carbide, titanium boride, multilayered, microstructure, powders
Gao et al. High Hardness and High Toughness WC–Fe–Ni‐Cemented Carbides Prepared by Hot Oscillating Pressing
RU2693415C1 (ru) Спечённый твёрдый сплав на основе карбида вольфрама и способ его получения
Ke et al. Synthesis of 30 vol% TiB2 Containing Fe–5Ti Matrix Composites with High Thermal Conductivity and Hardness
Soloviova et al. Spark Plasma Sintering of Cu-(LaB 6-TiB 2) Metal-Ceramic Composite and Its Physical-Mechanical Properties
Laoui et al. Spark plasma sintering of mixed and milled WC-Co micro-/nano-powders