RU2687355C1 - Способ получения твердых сплавов с округлыми зернами карбида вольфрама для породоразрушающего инструмента - Google Patents
Способ получения твердых сплавов с округлыми зернами карбида вольфрама для породоразрушающего инструмента Download PDFInfo
- Publication number
- RU2687355C1 RU2687355C1 RU2018135769A RU2018135769A RU2687355C1 RU 2687355 C1 RU2687355 C1 RU 2687355C1 RU 2018135769 A RU2018135769 A RU 2018135769A RU 2018135769 A RU2018135769 A RU 2018135769A RU 2687355 C1 RU2687355 C1 RU 2687355C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- grains
- sintering
- tungsten carbide
- alloy
- minutes
- Prior art date
Links
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 72
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 72
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 19
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 title claims description 4
- 239000011435 rock Substances 0.000 title claims description 3
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 53
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 35
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims abstract description 30
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 25
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims abstract description 23
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims abstract description 15
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000013538 functional additive Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 13
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims description 10
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 8
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 claims description 8
- 238000004821 distillation Methods 0.000 claims description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 4
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 2
- 238000005469 granulation Methods 0.000 claims description 2
- 230000003179 granulation Effects 0.000 claims description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 16
- 239000007787 solid Substances 0.000 abstract description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 8
- 238000005452 bending Methods 0.000 abstract description 5
- 229910009043 WC-Co Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 9
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 7
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 6
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 6
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 5
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 5
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 4
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 4
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 4
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 4
- XOOUIPVCVHRTMJ-UHFFFAOYSA-L zinc stearate Chemical compound [Zn+2].CCCCCCCCCCCCCCCCCC([O-])=O.CCCCCCCCCCCCCCCCCC([O-])=O XOOUIPVCVHRTMJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 3
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 238000005261 decarburization Methods 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 2
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 2
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000531 Co alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000640 Fe alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 239000010426 asphalt Substances 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 1
- 238000007596 consolidation process Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 235000019580 granularity Nutrition 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000008240 homogeneous mixture Substances 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
- 230000000930 thermomechanical effect Effects 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/12—Both compacting and sintering
-
- 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)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности, к крупнозернистым твердым сплавам системы WC-Co/Ni/Fe. Может применяться для производства породоразрушающего твердосплавного инструмента. Крупнозернистые узкофракционные порошки WC с зернистостью 5-20 мкм смешивают без размола с порошками кобальта или железа или никеля в количестве 5,91-9,85% и функциональной добавкой W в количестве 0,5-2% до гомогенного состояния. Полученную смесь гранулируют, формуют в пресс-формах при давлении 100-150 МПа и подвергают вакуум-компрессионному спеканию при температурах 1380-1430°С, выдержка при максимальной температуре вакуум-компрессионного спекания составляет 50-70 мин. Стадия вакуумного спекания имеет длительность 15-25 мин, стадия спекания под давлением инертного газа в камере печи 45-50 атм. имеет длительность 35-45 мин. Получают твердый сплав с размером зерна карбида вольфрама Dcp 4-10 мкм, при этом 95% зерен имеет средний диаметр 0,5Dcp-1,75Dcp. Изобретение направлено на повышение предела прочности при изгибе, трещиностойкости и твердости крупнозернистых твердых сплавов WC-Co/Ni/Fe. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 6 табл., 3 пр.
Description
Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности, к получению крупнозернистых твердых сплавов WC-Co/Ni/Fe, применяемых для производства породоразрушающего твердосплавного инструмента.
Известен способ (WO 2004007784 А2, опублик. 10.07.2002) получения твердых сплавов для обработки камня, бетона и асфальта, включающий получение твердого сплава из смесей порошков WC и Со (Ni) с регулируемыми магнитными свойствами и содержащими в связующей фазе наночастицы соединения CoxWyCz сх=1-7, y=1-10 и z=0-4.
Недостатком указанного изобретения является необходимость проведения длительной термической обработки сплавов, а также отсутствие требований к стереометрическим характеристикам зерен карбидной фазы получаемых твердых сплавов.
Известен способ получения твердых сплавов (US 6214287 В1 от 10.04.2001) для обработки сталей, в том числе нержавеющих, заключающийся в получении твердого сплава из плакированных порошков WC с покрытиями из Cr+Со или Со, дальнейшего мокрого смешивания без размола порошка WC с порошком кобальта и пластификатора, сушки, формования и спекания твердосплавных формовок. Отмечается, что после сушки параметр CW твердосплавной смеси должен лежать в интервале от 0,8 до 1,0 (параметр CW вводится следующим образом: CW=Ms/(wt.% Со-0,0161), где Ms - магнитное насыщение, кА/м; wt.% Со - массовое содержание кобальта в шихте, % масс). Полученные по данному способу сплавы содержат 6-12% кобальта, 0,1-0,7% хрома, средний размер зерен WC лежит в интервале 0,1-1,0 мкм.
Недостатком указанного изобретения является необходимость использования дорогостоящих и трудоемких операций плакирования Cr+Со или Со порошков WC, а также отсутствие данных о форме частиц карбида вольфрама в получаемых твердых сплавах.
Наиболее близким является способ (US 6126709 А от 03.10.2000) получения породоразрушающих твердых сплавов с повышенными термомеханическими свойствами, заключающийся в получении особо крупнозернистого твердого сплава, содержащего 88-89% WC с кобальтовой или кобаль-никелевой связующей фазой, и содержащим до 2% редкоземельных элементов (Се, Y). Полученные по данному способу твердые сплавы имеют размер зерна WC 12-20 мкм, причем максимальный размер зерна не более чем в два раза отличается от среднего (Dcp - средний размер зерна), и одновременно не более 2% зерен имеют размер меньший, чем 0,5Dcp; форма зерен характеризуется авторами как округлая.
Недостатком данного способа является необходимость использования труднодоступных дорогостоящих редкоземельных элементов, отсутствие требования по стереометрическим характеристикам округлости зерен WC в сплаве, а также присутствие в структуре сплава мелких зерен WC, уменьшающих ударную вязкость из-за снижения толщины кобальтовых прослоек.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение предела прочности при изгибе, трещиностойкости и твердости крупнозернистых твердых сплавов за счет формирования структуры с округлыми зернами WC, что достигается посредством использования узкофракционных порошков WC, за счет использования твердосплавных смесей с пониженным содержанием углерода, а также вакуум-компрессионным спеканием твердосплавных смесей в строго контролируемых условиях.
Технический результат заявленного изобретения достигается следующим образом.
Способ получения твердого сплава для породоразрушающего инструмента, включающий смешивание узкофракционного порошка карбида вольфрама зернистостью 5-20 мкм, порошков кобальта или железа или никеля, функциональной добавки в виде порошка вольфрама и введение органического пластификатора в соотношении (масс. %):
карбид вольфрама - 92,59-86,15;
кобальт или железо или никель - 5,91-9,85;
функциональная добавка - 0,5-2,0;
органический пластификатор - 1,0-2,0%
последующую сушку до полной отгонки размольной жидкости, грануляцию, формование и проведение двухстадийного спекания в камере печи, при котором на первой стадии осуществляют жидкофазное вакуумное спекание при температуре 1380-1450°С и давлении 101-103 Па длительностью 15-25 мин., а на второй стадии осуществляют компрессионное спекание при температуре 1380-1450°С и давлении инертного газа 4,5-5,0 МПа длительностью 35-45 мин., с получением структуры твердого сплава со средним размером зерна карбида вольфрама Dcp 4-10 мкм, при этом 95% зерен в лежат интервале 0,5⋅Dcp…1,75⋅Dcp, а не менее 80% зерен являются округлыми с коэффициентом формы F в интервале от 0,65 до 0,85.
В структуре твердого сплава не менее 10% зерен карбида вольфрама имеют коэффициент формы F более 0,85.
Способ включает в себя получение узкофракционного полностью деагломерированного порошка WC с размерами частиц 5-20 мкм, последующего получения гомогенных смесей WC и Со (или Ni или Fe) с функциональным добавками W, причем режимы смешения подбираются таким образом, чтобы не произошло размола порошка WC, и последующего контролируемого вакуум-компрессионного спекания, обеспечивающего получение структуры твердого сплава с округлыми зернами WC.
Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 показана морфология порошка WC в свободной насыпке с крупностью частиц 5-20 мкм; на фиг. 2 показана микроструктура твердого сплава WC-6%Co, содержащего округлые зерна WC с фактором формы F равным 0,73; на фиг. 3 показана микроструктура стандартного твердого WC-6%Co, содержащего ограненные зерна WC с фактором формы F менее 0,65.
Фактор (коэффициент) формы F является стереометрической характеристикой структуры и характеризует в долях единицы отличие формы зерен от круга и определяется по формуле:
F=4πS/P2,
где S - средняя площадь зерен, Р - средний периметр зерен.
Известно, что в процессе жидкофазного спекания твердых сплавов зерна карбида вольфрама приобретают равновесную форму усеченных треугольных призм. Поэтому на металлографическом шлифе зерна WC представлены n-угольниками (n≥3; чаще всего n=3 или n=4). Острые грани зерен WC в процессе деформации являются концентраторами напряжений, способствуя инициированию и распространению трещин, поэтому наличие в структуре сплава остроугольных зерен WC негативно влияет на трещиностойкость и прочность твердых сплавов. Таким образом, наличие в структуре сплава не менее 80% округлых зерен WC с фактором формы F лежащим в интервале от 0,65 до 0,85 позволяет значительно повысить предел прочности при изгибе, трещиностойкость и твердость/износостойкость крупнозернистых твердых сплавов. Другим экспериментально обоснованным способом увеличения механических свойств твердых сплавов является создание сплавов с узким распределением по размеру зерна. При фиксированном среднем размере зерна Dcp оптимальными механическими свойствами обладают крупнозернистые твердые сплавы, в которых не менее 95% всех зерен лежат в интервале 0,5⋅Dcp…1,75⋅Dcp. Сплавы с более широким распределением размеров зерен WC (например 0,2⋅Dcp…1,95⋅Dcp.) при том же среднем размере зерна Dcp имеют меньшую трещиностойкость, т.к. обладают меньшей средней толщиной кобальтовых прослоек. Создание твердых сплавов с более узким распределением размеров зерен WC (например 0,75⋅Dcp…1,25⋅Dcp) затруднено по причине неизбежно происходящей перекристаллизации в процессе жидкофазного спекания, а также это потребует использования сверхузкофракционного порошка WC, что экономически нецелесообразно.
Экспериментально установлено, что наличие в структуре твердого сплава не менее 10% зерен WC с фактором формы (F) более 0,85 приводит к существенному увеличению трещиностойкости и прочности при изгибе. Формирование особо округлых зерен с фактором формы F более 0,85 становится возможным только при использовании узкофракционного порошка WC, не содержащего частиц размером менее 5 мкм, а также при спекании твердосплавных смесей с пониженным содержанием углерода, т.к. оба этих технологических приема позволяют подавить процесс перекристаллизации при спекании. Для твердых сплавов со средним размером зерна 4-10 мкм наличие в структуре не менее 10% зерен WC с фактором формы F более 0,85 значимо увеличивает среднюю толщину кобальтовых прослоек в сплаве, что приводит к росту трещиностойкости и прочности. Также установлено, что в крупнозернистых твердых сплавах зерна WC с фактором формы F более 0,85 практически не испытывают транскристаллитного разрушения, тогда как для зерен с фактором формы менее 0,85 транскристаллитное разрушение наблюдается.
Исходный порошок WC должен содержать не менее 99,9% основной фазы, быть полностью деагломерированным, т.е. каждая отдельная частица должна представлять собой монокристалл, а его гранулометрический состав должен лежать в интервале 5-20 мкм. Такие порошки получают посредством деагломерации в шаровых вращающихся мельница или аттриторах особо крупнозернистых порошков карбида вольфрама, полученных по высокотемпературной технологии (температура процесса карбидизации более 2000°С) с последующей воздушной классификацией. Это позволяет удалить частицы WC с размерами менее 5 мкм и более 20 мкм. Использование порошков WC с более широким гранулометрическим распределением нецелесообразно, поскольку наличие в исходном порошке частиц с размерами менее 5 мкм приводит к снижению трещиностойкости сплава, а также интенсифицирует процесс перекристаллизации на стадии жидкофазного спекания, что способствует формированию в структуре твердого сплава зерен WC ограненной формы. Наличие в исходном порошке WC частиц с размерами более 20 мкм приводит к снижению прочностных характеристик сплава, поскольку известно, что крупные зерна WC обладают меньшей прочностью.
В качества пластификатора для смесей WC с порошками кобальта или железа или никеля используют различные органические вещества (например, парафин, полиэтиленгликоль и др.) в количестве 1,0-2,0% от массы смеси. Введение пластификатора осуществляется следующим образом: в предварительно нагретом до 50±5°С гексане растворяется необходимое количество пластификатора, а затем полученный раствор выливается в твердосплавную смесь и перемешивается. Затем осуществляется отгонка гексана в вакуумном сушильном шкафу.
После сушки пластифицированная твердосплавная смесь нагревается до температуры 40°С и продавливается через сетку крупностью 30 меш, что позволяет получить гранулированную твердосплавную смесь, пригодную для дальнейшей операции формования
Гранулированную твердосплавную смесь формуют в стальных пресс-формах при нагрузке 100-150 МПа по двухсторонней схеме приложения нагрузки с выдержкой при максимальном давлении в течение 3 с. С целью уменьшения трения перед прессованием стенки пресс-формы предварительно смазываются стеаратом цинка Zn(C18H35O2)2. Извлечение формовки из пресс-формы осуществляется при давлении 50 МПа.
Консолидация твердых сплавов проводится путем вакуум-компрессионного спекания при максимальной температуре процесса в интервале 1380-1430°С. Отгонка связующего проводится непосредственно в цикле вакуум-компрессионного спекания при температуре 300°С в течение 3 ч., остаточное давление в камере печи при этом составляет около 1000 Па. При максимальной температуре спекания 1380-1430°С в течение 15-25 минут в камере печи поддерживается остаточное давление в 500 Па (стадия жидкофазного вакуумного спекания), после чего осуществляется напуск аргона до давления 5 МПа и проводится выдержка в течение 35-45 мин (стадия компрессионного спекания). По завершению стадии компрессионного спекания образцы охлаждаются вместе с печью до комнатной температуры со скоростью охлаждения 5-10°С/мин.
Для получения твердых сплавов берут порошки карбида вольфрама, кобальта или никеля или железа и вольфрама. Основные характеристики порошков приведены в таблице 1.
Экспериментально обосновано оптимальное содержание углерода в твердом сплаве, которое составляет 97-99% от стехиометрического содержания в карбиде вольфрама (для твердых сплавов стехиометрическое содержание углерода вычисляется по формуле 6,127%*CWC, где 6,127% - содержание углерода в стехиометрическом соединении WC, CWC - доля карбида вольфрама в сплаве). Пониженное содержание углерода в сплаве обеспечивается за счет введения в твердосплавную шихту порошка функциональный добавки W в количестве 0,5-2,0%. Пониженное содержание углерода в сплаве также подавляет процесс перекристаллизации через жидкую фазу зерен WC, что позволяет получить сплавы с узким распределением по размеру зерна, а также способствует формированию в структуре округлых зерен WC с коэффициентом формы более 0,65 (см. фиг. 2 и фиг. 3). При меньших содержаниях углерода (менее 97% от стихометрического) в структуре сплава появляется фазы типа (W,Me)6C (где Me - Со или Ni или Fe), наличие которых резко снижает прочность и трещиностойкость сплава. Повышенное содержание углерода приводит к формированию в структуре сплава избыточных выделений графита, снижающих механические свойства.
Также экспериментально обоснованы оптимальные длительности вакуум-компрессионного спекания твердых сплавов, обеспечивающих формирование сплавов с округлыми зернами и высокими механическими характеристиками. Длительность стадии вакуумного спекания при максимальной температуре должна находиться в интервале 15-25 мин, длительность стадии компрессионного спекания при давлении инертного газа в камере печи 40-50 атм. должна составлять 35-45 мин. Использование этих экспериментально обоснованных длительностей вакуум-компрессионного спекания позволяет получать беспористые сплавы с округлыми зернами карбида вольфрама. Меньшие времена спекания приводят к неполному удалению пористости (более 0,5% об.), что негативно влияет на механические и эксплуатационные свойства сплава. При длительности спекания более 45 минут фактора формы зерен карбида вольфрама снижается за счет формирования равновесной огранки, что тоже снижает механические свойства.
Примеры по обоснованию режимов получения твердых сплавов с округлыми зернами карбида вольфрама сведены в таблицах 2-6
Пример 1 (таблица 2, пример 2)
Для изготовления твердого сплава берется порошок карбида вольфрама зернистостью 5-20 мкм, причем содержание основной фракции составляет не менее 95% (фиг. 1).
Смешивание порошка WC с порошками 6,045%) кобальта и 1% вольфрама проводится в ШВМ при соотношении шары: материал = 1:2 в течение 8 ч в среде гексана с добавками 1,5% масс парафина. После сушки пластифицированная твердосплавная смесь нагревается до температуры 40°С и продавливается через сетку крупностью 30 меш.
Формование проводится в стальной пресс-форме при 100 МПа по двухсторонней схеме приложения нагрузки с выдержкой при максимальном давлении 3 с. С целью уменьшения трения перед прессованием стенки пресс-формы предварительно смазываются стеаратом цинка Zn(C18H35O2)2. Извлечение формовки из пресс-формы осуществляется при давлении 50 МПа.
Вакуум-компрессионное спекание проводится при максимальной температуре 1420°С. Отгонка связующего осуществляется непосредственно в цикле вакуум-компрессионного спекания при температуре 300°С в течение 3 ч., остаточное давление в камере печи при этом составляет около 1000 Па. При максимальной температуре спекания (1420°С) в течение 20 минут в камере печи поддерживается остаточное давление в 500 Па (стадия жидкофазного вакуумного спекания), после чего осуществляется напуск аргона до давления 5 МПа и проводится выдержка в течение 40 мин (стадия компрессионного спекания). По завершению стадии компрессионного спекания образцы охлаждаются с печью до комнатной температуры со скоростью охлаждения 7°С/мин.
Полученный твердый сплав имеет следующие свойства:
Средний размер зерна Dcp=6,1 мкм; доля зерен в интервале 0,5⋅Dcp…1,75⋅Dcp составляет 96%; доля зерен с коэффициентом формы F в интервале 0,65…0,85 составляет 89%; предел прочности при испытаний на изгиб σизг=2450 МПа; твердость по Виккерсу HV=12,5 ГПа; трещиностойкость по Палмквисту K1c=14,8 МПа 
(структура сплава представлена на фиг. 2);
Пример 2 (таблица 4, пример 1)
Для изготовления твердого сплава берется порошок карбида вольфрама зернистостью 5-20 мкм, причем содержание основной фракции составляет не менее 95%.
Смешивание порошка WC с 9,65% никеля и 2,0% W (данное количество функциональной добавки с учетом частичного обезуглероживания сплава из-за присутствия кислорода в никелевом порошке обеспечивает содержание углерода в сплаве в 97% от стехиометрического) проводится в ШВМ при соотношении масс шары: материал = 1:2 в течение 8 часов в среде гексана с добавкой 1,5% масс, полиэтиленгликоля. После сушки пластифицированная твердосплавная смесь нагревается до температуры 40°С и продавливается через сетку крупностью 30 меш.
Формование проводится в стальной пресс-форме при 120 МПа по двухсторонней схеме приложения нагрузки с выдержкой при максимальном давлении 3 с. С целью уменьшения трения перед прессованием стенки пресс-формы предварительно смазываются стеаратом цинка Zn(C18H35O2)2. Извлечение формовки из пресс-формы осуществляется при давлении 50 МПа.
Вакуум-компрессионное спекание проводится при максимальной температуре 1410°С. Отгонка связующего осуществляется непосредственно в цикле вакуум-компрессионного спекания при температуре 300°С в течение 3 ч., остаточное давление в камере печи при этом составляет около 1000 Па. При максимальной температуре спекания (1410°С) в течение 20 минут в камере печи поддерживается остаточное давление в 500 Па (стадия жидкофазного вакуумного спекания), после чего осуществляется напуск аргона до давления 5 МПа и проводится выдержка в течение 40 мин (стадия компрессионного спекания). По завершению стадии компрессионного спекания образцы охлаждаются с печью до комнатной температуры со скоростью охлаждения 7°С/мин.
Полученный сплав имеет следующие свойства:
Содержание углерода от стехиометрического - 97%; доля зерен в интервале 0,5⋅Dcp…1,75⋅Dcp - 96%; доля зерен с коэффициентом формы F в интервале 0,65…0,85 составляет 89%; предел прочности при испытаний на изгиб σизг=2150 МПа; твердость по Виккерсу HV=9,8 ГПа; трещиностойкость по Палмквисту K1c=24,2 МПа 
.
Пример 3 (таблица 6, пример 3)
Для изготовления твердого сплава берется порошок карбида вольфрама зернистостью 5-20 мкм, причем содержание основной фракции составляет не менее 95%.
Смешивание порошка WC с 9,78% железа и 0,7% W (данное количество функциональной добавки с учетом частичного обезуглероживания сплава из-за присутствия кислорода в железном порошке обеспечивает содержание углерода в сплаве в 98% от стехиометрического) проводится в ШВМ при соотношении масс шары: материал = 1:2 в течение 8 часов в среде гексана с добавками 1,5% масс парафина. После сушки пластифицированная твердосплавная смесь нагревается до температуры 40°С и продавливается через сетку крупностью 30 меш.
Формование проводится в стальной пресс-форме при 130 МПа по двухсторонней схеме приложения нагрузки с выдержкой при максимальном давлении 3 с. С целью уменьшения трения перед прессованием стенки пресс-формы предварительно смазываются стеаратом цинка Zn(C18H35O2)2. Извлечение формовки из пресс-формы осуществляется при давлении 50 МПа.
Вакуум-компрессионное спекание проводят при максимальной температуре 1430°С. Отгонка связующего осуществляется непосредственно в цикле вакуум-компрессионного спекания при температуре 300°С в течение 3 ч., остаточное давление в камере печи при этом составляет около 1000 Па. При максимальной температуре спекания (1430°С) в течение 25 минут в камере печи поддерживается остаточное давление в 500 Па (стадия жидкофазного вакуумного спекания), после чего осуществляется напуск аргона до давления 5 МПа и проводится выдержка в течение 45 мин (стадия компрессионного спекания). По завершению стадии компрессионного спекания образцы охлаждаются вместе с печью до комнатной температуры со скоростью охлаждения 7°С/мин.
Полученный сплав имеет следующие свойства:
Содержание углерода от стехиометрического - 98%; доля зерен в интервале 0,5⋅Dcp…1,75⋅Dcp=96%; доля зерен с коэффициентом формы F в интервале 0,65…0,85 составляет 84%; предел прочности при испытаний на изгиб σизг=1690 МПа; твердость по Виккерсу HV=9,1 ГПа; трещиностойкость по Палмквисту К1с=22,1 МПа 
.
В таблице 2 приведены свойства твердых сплавов WC-Co, полученных вакуум-компрессионным спеканием, с различным средним значением размера зерна WC, различной долей зерен с коэффициентом формы F в интервале 0,65…0,85 и различной долей зерен в интервале 0,5⋅Dcp…1,75⋅Dcp.
В таблице 3 приведены свойства твердых сплавов WC-6%Co, полученных вакуум-компрессионным спеканием, содержащих в структуре различную долю зерен WC с коэффициентом формы F более 0,85.
В таблице 4 приведены свойства твердых сплавов WC-10%Ni, полученных вакуум-компрессионным спеканием, с различным содержанием функциональной добавки W
В таблице 5 приведены свойства твердых сплавов WC-Fe, полученных вакуум-компрессионным спеканием, для производства которых использовался порошок WC различной зернистости.
В таблице 6 приведены свойства твердых сплавов WC-Fe, полученных при различных длительностях стадии жидкофазного вакуум-компрессионного спекания твердосплавных формовок.
Claims (7)
1. Способ получения твердого сплава для породоразрушающего инструмента, включающий смешивание узкофракционного порошка карбида вольфрама зернистостью 5-20 мкм, порошков кобальта или железа или никеля, функциональной добавки в виде порошка вольфрама и органического пластификатора в соотношении, мас. %:
карбид вольфрама 92,59-86,15;
кобальт или железо или никель 5,91-9,85;
функциональная добавка 0,5-2,0;
органический пластификатор 1,0-2,0%,
последующую сушку до полной отгонки размольной жидкости, грануляцию, формование и проведение двухстадийного спекания в камере печи, при котором на первой стадии осуществляют жидкофазное вакуумное спекание при температуре 1380-1450°С и давлении 101-103 Па длительностью 15-25 мин, а на второй стадии осуществляют компрессионное спекание при температуре 1380-1450°С и давлении инертного газа 4,5-5,0 МПа длительностью 35-45 мин, с получением твердого сплава со структурой, содержащей карбид вольфрама со средним размером зерна Dcp 4-10 мкм, при этом 95% зерен сплава имеют средний размер в интервале 0,5⋅Dcp-1,75⋅Dcp, причем не менее 80% зерен являются округлыми с коэффициентом формы F в интервале от 0,65 до 0,85.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в структуре твердого сплава не менее 10% зерен карбида вольфрама имеют коэффициент формы F более 0,85.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018135769A RU2687355C1 (ru) | 2018-10-10 | 2018-10-10 | Способ получения твердых сплавов с округлыми зернами карбида вольфрама для породоразрушающего инструмента |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018135769A RU2687355C1 (ru) | 2018-10-10 | 2018-10-10 | Способ получения твердых сплавов с округлыми зернами карбида вольфрама для породоразрушающего инструмента |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2687355C1 true RU2687355C1 (ru) | 2019-05-13 |
Family
ID=66578912
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018135769A RU2687355C1 (ru) | 2018-10-10 | 2018-10-10 | Способ получения твердых сплавов с округлыми зернами карбида вольфрама для породоразрушающего инструмента |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2687355C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114769601A (zh) * | 2022-04-27 | 2022-07-22 | 四川科力特硬质合金股份有限公司 | 一种硬质合金轴套精密毛坯制备方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2048569C1 (ru) * | 1992-11-27 | 1995-11-20 | Московский опытный завод тугоплавких металлов и твердых сплавов | Способ получения спеченного твердого сплава |
| US6126709A (en) * | 1996-07-19 | 2000-10-03 | Sandvik | Cemented carbide body with improved high temperature and thermomechanical properties |
| WO2010021802A2 (en) * | 2008-08-22 | 2010-02-25 | Tdy Industries, Inc. | Earth-boring bits and other parts including cemented carbide |
| US8043555B2 (en) * | 2006-07-17 | 2011-10-25 | Baker Hughes Incorporated | Cemented tungsten carbide rock bit cone |
| US20160333643A1 (en) * | 2004-04-28 | 2016-11-17 | Baker Hughes Incorporated | Earth-boring tools and methods of forming tools including hard particles in a binder |
| RU2631548C1 (ru) * | 2016-12-30 | 2017-09-25 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Завод Технической Керамики" | Способ получения изделий из твердого сплава на основе карбида вольфрама |
| RU2636538C1 (ru) * | 2016-12-27 | 2017-11-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") | Способ спекания изделий из порошков твердых сплавов группы WC-Co |
-
2018
- 2018-10-10 RU RU2018135769A patent/RU2687355C1/ru active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2048569C1 (ru) * | 1992-11-27 | 1995-11-20 | Московский опытный завод тугоплавких металлов и твердых сплавов | Способ получения спеченного твердого сплава |
| US6126709A (en) * | 1996-07-19 | 2000-10-03 | Sandvik | Cemented carbide body with improved high temperature and thermomechanical properties |
| US20160333643A1 (en) * | 2004-04-28 | 2016-11-17 | Baker Hughes Incorporated | Earth-boring tools and methods of forming tools including hard particles in a binder |
| US8043555B2 (en) * | 2006-07-17 | 2011-10-25 | Baker Hughes Incorporated | Cemented tungsten carbide rock bit cone |
| WO2010021802A2 (en) * | 2008-08-22 | 2010-02-25 | Tdy Industries, Inc. | Earth-boring bits and other parts including cemented carbide |
| RU2636538C1 (ru) * | 2016-12-27 | 2017-11-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") | Способ спекания изделий из порошков твердых сплавов группы WC-Co |
| RU2631548C1 (ru) * | 2016-12-30 | 2017-09-25 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Завод Технической Керамики" | Способ получения изделий из твердого сплава на основе карбида вольфрама |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114769601A (zh) * | 2022-04-27 | 2022-07-22 | 四川科力特硬质合金股份有限公司 | 一种硬质合金轴套精密毛坯制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3577242B1 (en) | Method of making a double-structured bimodal tungsten cemented carbide composite material | |
| US7172641B2 (en) | Ultra-hard boride-based metal matrix reinforcement | |
| KR102350989B1 (ko) | 소결 구성요소를 생성하는 방법 및 소결 구성요소 | |
| EP3362210A1 (en) | Iron based powders for powder injection molding | |
| WO2012047868A2 (en) | Aluminum powder metal alloying method | |
| Parvin et al. | The characteristics of alumina particle reinforced pure Al matrix composite | |
| EP3250538A1 (en) | Friable ceramic-bonded diamond composite particles and methods to produce same | |
| WO1995020059A1 (en) | Semi-solid processed magnesium-beryllium alloys | |
| Caballero et al. | Synthesis and characterization of in situ-reinforced Al–AlN composites produced by mechanical alloying | |
| Luo et al. | Microstructures and mechanical properties of Mg-Gd-Zn-Zr alloys prepared by spark plasma sintering | |
| RU2687355C1 (ru) | Способ получения твердых сплавов с округлыми зернами карбида вольфрама для породоразрушающего инструмента | |
| He et al. | Influence of iron powder particle size on the microstructure and properties of Fe3Al intermetallics prepared by mechanical alloying and spark plasma sintering | |
| Cai et al. | Improvement of deformation capacity of gas-atomized hypereutectic Al-Si alloy powder by annealing treatment | |
| CN102021473B (zh) | 一种Fe3Al-Al2O3复合材料的制备方法 | |
| Moon et al. | A study on the microstructure of D023 Al3Zr and L12 (Al+ 12.5 at.% Cu) 3Zr intermetallic compounds synthesized by PBM and SPS | |
| CN110004313B (zh) | 一种基于放电等离子两步烧结制备硬质合金的方法 | |
| JP2002516926A (ja) | ステンレス鋼、金属間化合物及び／または金属マトリックス複合材の粉末のための水性モールド用組成物 | |
| Askari et al. | The effect of debinding and sintering parameters on the mechanical and microstructural properties of Fe-2Ni metal injection molded compacts | |
| CHAI et al. | Effect of spark plasma sintering temperature on microstructure and mechanical properties of melt-spun TiAl alloys | |
| US20080230964A1 (en) | Tungsten Shot | |
| JP2016094628A (ja) | 金属間化合物粒子の製造方法、これを利用した鋳造アルミニウム用結晶粒微細化剤およびその製造方法、これらを利用したアルミニウムあるいはアルミニウム合金鋳造材の製造方法 | |
| WO2009112192A2 (de) | Verbundwerkstoff auf basis von übergangsmetalldiboriden, verfahren zu dessen herstellung und dessen verwendung | |
| WO2020172744A1 (en) | Metallic iron powder | |
| Shu et al. | High density powder injection molded compacts prepared from a feedstock containing coarse powders | |
| GULSOY et al. | Ni-90 superalloy foam processed by space-holder technique: microstructural and mechanical characterization |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20200227 Effective date: 20200227 |