RU2694444C2 - Инструментальный материал на основе карбидов - Google Patents
Инструментальный материал на основе карбидов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2694444C2 RU2694444C2 RU2017101932A RU2017101932A RU2694444C2 RU 2694444 C2 RU2694444 C2 RU 2694444C2 RU 2017101932 A RU2017101932 A RU 2017101932A RU 2017101932 A RU2017101932 A RU 2017101932A RU 2694444 C2 RU2694444 C2 RU 2694444C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carbide
- carbides
- alloy
- cobalt
- strength
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 14
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 title description 12
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims abstract description 17
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- -1 tungsten carbides Chemical class 0.000 claims abstract description 7
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims abstract description 6
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 4
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 abstract description 26
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 26
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 10
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 5
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 4
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 2
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 2
- 210000003041 ligament Anatomy 0.000 description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000011195 cermet Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000005555 metalworking Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000012768 molten material Substances 0.000 description 1
- 239000011858 nanopowder Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N trimethyl(1,1,2,2,2-pentafluoroethyl)silane Chemical compound C[Si](C)(C)C(F)(F)C(F)(F)F MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
- 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
- C22C1/051—Making hard metals based on borides, carbides, nitrides, oxides or silicides; Preparation of the powder mixture used as the starting material therefor
-
- 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
-
- 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
-
- 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
- C22C29/10—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 titanium carbide
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
Abstract
Изобретение относится к твердым и износостойким металлокерамическим инструментальным материалам на основе карбидов вольфрама, титана, тантала с цементирующей карбиды кобальтовой связкой. Зерна карбидов имеют сферическую форму размером от 0,1 до 1 мкм. Каждое зерно карбида окружено прослойкой цементирующей связки толщиной от 0,01 до 0,1 мкм. Обеспечивается повышение прочности мелкозернистой структуры сплава до прочности крупнозернистой структуры при сохранении повышенной твердости и износостойкости мелкозернистой структуры. 1 пр.
Description
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к твердым и износостойким металлокерамическим материалам, изготавливаемым на основе карбидов вольфрама, титана, тантала с цементирующей связкой, и может быть использовано при изготовлении инструментальных материалов для механообработки, например, лезвийного инструмента для обработки различных конструкционных материалов.
Режущая часть лезвийных инструментов, применяемых при механообработке металлов и их сплавов, изготавливается методами порошковой металлургии из порошков карбидов: вольфрама, титана, тантала и связки - кобальта, смешиванием ингредиентов и спеканием их при температуре 1500-2000°C. При спекании эти инструментальные материалы получают высокую твердость и повышенную прочность (см. Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов. М.: Машиностроение, 1975).
Известны сплавы:
- на основе карбида вольфрама и кобальта: ВК2, ВК4, ВК6, ВК8; с содержанием WC от 92 до 98% и Co от 2 до 8%;
- на основе карбида вольфрама, карбида титана и кобальта: Т30К4, Т15К6, Т14К8, Т5К10; с содержанием WC от 66 до 78%, TiC от 14 до 30%, Co от 4 до 8%;
- на основе карбидов вольфрама, карбидов титана, карбидов тантала и кобальта с содержанием: WC - 81%, TiC - 4%, ТаС - 3%, Co - 12%.
Из уровня техники известны сплавы, имеющие структуру, состоящую из зерен карбидов в виде неправильных многогранников с размерами от 0,75 до 10 мкм и неравномерным распределением между карбидами структуры цементирующей связки - кобальта (см. Трент Е.М. Резанием металлов. М: Машиностроение. 1980.)
В настоящее время, принято разделять эти сплавы на две группы: крупнозернистые с величиной зерна карбидов 5-10 мкм и среднезернистые с величиной зерна 1-5 мкм (см. Артемонов Е.В., Полигалова Т.Е., Тверяков A. M. и др. Механика разрушения и прочность сменных режущих пластин из твердых сплавов. Тюмень. ТюмГНТУ. 2013).
Известно, что высокая твердость и прочность данных сплавов определяется не только их составом, но и размером зерен карбидов. Сплавы с большим размером зерен карбидов имеют большую прочность. Уменьшение размеров зерен карбидов приводит к снижению прочности, но повышает твердость и износостойкость сплава (см. Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов. М.: Машиностроение. 1975). Также известно, что разрушение материала происходит по границе зерен в областях, где отсутствует цементирующая связка.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является сплав с уменьшенной величиной зерна карбидов (1-2 мкм), обладающий повышенной твердостью и износостойкостью - важнейшими для инструментального материала свойствами, при пониженной прочности по сравнению с крупнозернистыми сплавами (Металлообрабатывающий твердосплавный инструмент: Справочник/ B.C. Самойлов, Э.Ф. Эйхиманс, B.А. Фальковский и др.; Редкол.: И.А. Ординарцев (пред.) и др. - М.: Машиностроение, 1988. - 368 с.: ил. - (Б-ка инструментальщика)).
Изобретение направлено на создание сплава, сочетающего в себе достоинства мелкозернистой и крупнозернистой структуры.
Техническим результатом, достигаемым при реализации изобретения, является повышение прочности мелкозернистой структуры сплава до прочности крупнозернистой структуры при сохранении повышенной твердости и износостойкости мелкозернистой структуры.
Заявляемое изобретение представляет собой инструментальный материал на основе карбидов вольфрама, титана, тантала с цементирующей карбиды связкой - кобальтом. Причем указанный технический результат достигается за счет того, что зерна карбидов имеют сферическую форму размером от 0,1 до 1 мкм и каждое зерно карбида окружено прослойкой цементирующей связки толщиной от 0,01 до 0,1 мкм.
При спекании ингредиентов методом порошковой металлургии получается структура сплава, состоящая из сферических зерен карбидов, каждое из которых окружено прослойкой связки - кобальтом.
Технический результат достигается за счет следующего:
- при температуре спекания сплава карбиды находятся в твердом состоянии, а кобальт - в расплавленном (температура плавления карбидов на 500-700°C выше температуры плавления кобальта);
- при осаждении сплава и переходе кобальта в твердое состояние каждое зерно карбида покрывается тонкой пленкой кобальта;
- при дальнейшем охлаждении сплава, из-за того что коэффициент температурного расширения кобальта значительно превышает аналогичный коэффициент любого карбида, в сферическом зерне карбида будут возникать остаточные термические напряжения сжатия, а в кобальте - растяжения (см. Артамонов Е.В., Полигалова Т.Е., Тверяков A.M. и др. Механика разрушения и прочность сменных режущих пластин из твердого сплава. Тюмень. ТюмГНТУ, 2013).
Такое состояние сплава соответствует упрочнению его по отношению возникающих напряжений в инструментальном материале от действия на него силы резания. Так, при действии на инструмент сжимающих напряжений от силы резания, прочность инструмента повышается на величину остаточных растягивающих напряжений в связке, которые должны быть преодолены сжимающими напряжениями.
Оптимальная толщина связки от 0,01 до 0,1 мкм определена по математическим моделям (см. Артамонов Е.В., Полигалова Т.Е., Тверяков A.M. и др. Механика разрушения и прочность сменных режущих пластин из твердого сплава. Тюмень. ТюмГНТУ. 2013).
При сохранении, в целом, мелкозернистой структуры сплава, изменение формы зерен с формы неправильных многогранников на сферическую позволяет получить сплав, обладающий свойствами мелкозернистой и крупнозернистой структуры.
Изобретение может быть реализовано по типовой технологии получения инструментального сплава методом порошковой металлургии. Исходные порошки карбидов и кобальта в требуемом процентном отношении для конкретного сплава и зернистостью из заявляемого диапазона перемешиваются при комнатной температуре, прессуются в формах и спекаются при температуре 1500-2000°C. (см. Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов. М.: Машиностроение. 1975.) Отличающая заявляемый материал сферическая форма зерна карбида получается из отходов карбидосодержащих сплавов их переработкой методом электроэрозионного диспергирования (см. Агиев Е.В., Семенихин Б.А., Латыпов Р.А. Получение нанопорошка на основе карбида вольфрама и применение его для восстановления и упрочнения деталей машин. Машиностроение 2010). Существует метод получения сферической формы карбидов, состоящий в расплавлении исходного материала в тигле, вытеснение расплавленного материала из тигля под действием центробежных сил и разбрызгивание его в виде капель, которые под действием силы поверхностного натяжения приобретают сферическую форму и кристаллизуются в полете. (Авторское св-во SU №503688, приор. 07.10.1974, опубл. 25.02.1976, МПК5 В23К 37/00, B22D 23/08).
Полученный сплав на основе карбида вольфрама со сферической формой зерен размером 0,1-1 мкм в количестве 94% от содержания сплава и порошка кобальта с размером зерен 0,01-0,1 мкм в количестве 6% по традиционной технологии порошковой металлургии, таким образом, что каждое зерно карбида окружено цементирующей связкой - кобальтом толщиной от 0,01 до 0,1 мкм, сравнивался со сплавом ВК6, выпускаемым промышленностью. При испытании на прочность и твердость пластинки инструментального заявляемого материала показали повышение прочности на 40-50% и твердости на 15-20% по сравнению со сплавом ВК6.
Claims (1)
- Инструментальный материал на основе карбидов вольфрама, титана и тантала с цементирующей карбиды связкой - кобальтом, отличающийся тем, что зерна карбидов имеют сферическую форму размером от 0,1 до 1 мкм и каждое зерно карбида окружено прослойкой цементирующей связки толщиной от 0,01 до 0,1 мкм.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017101932A RU2694444C2 (ru) | 2017-01-20 | 2017-01-20 | Инструментальный материал на основе карбидов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017101932A RU2694444C2 (ru) | 2017-01-20 | 2017-01-20 | Инструментальный материал на основе карбидов |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2017101932A RU2017101932A (ru) | 2018-07-23 |
| RU2017101932A3 RU2017101932A3 (ru) | 2019-05-20 |
| RU2694444C2 true RU2694444C2 (ru) | 2019-07-15 |
Family
ID=62981397
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017101932A RU2694444C2 (ru) | 2017-01-20 | 2017-01-20 | Инструментальный материал на основе карбидов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2694444C2 (ru) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4236926A (en) * | 1977-09-28 | 1980-12-02 | Sandvik Aktiebolag | Hard metal body |
| GB2361935A (en) * | 2000-01-31 | 2001-11-07 | Smith International | Cermets with low coefficient of thermal expansion |
| RU2376442C2 (ru) * | 2004-04-28 | 2009-12-20 | Ти Ди Уай Индастриз, Инк. | Буровое долото и способ его изготовления |
-
2017
- 2017-01-20 RU RU2017101932A patent/RU2694444C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4236926A (en) * | 1977-09-28 | 1980-12-02 | Sandvik Aktiebolag | Hard metal body |
| GB2361935A (en) * | 2000-01-31 | 2001-11-07 | Smith International | Cermets with low coefficient of thermal expansion |
| RU2376442C2 (ru) * | 2004-04-28 | 2009-12-20 | Ти Ди Уай Индастриз, Инк. | Буровое долото и способ его изготовления |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| САМОЙЛОВ В.С. и др. Металлообрабатывающий твердосплавный инструмент. Справочник, М., Машиностроение, 1988, с.7. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2017101932A (ru) | 2018-07-23 |
| RU2017101932A3 (ru) | 2019-05-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Yang et al. | Additive manufacturing of WC-Co hardmetals: a review | |
| Hossain et al. | Fabrication, microstructural and mechanical behavior of Al-Al2O3-SiC hybrid metal matrix composites | |
| Kumar et al. | Some studies on mechanical and machining characteristics of Al2219/n-B4C/MoS2 nano-hybrid metal matrix composites | |
| AU2004321077B2 (en) | Method for consolidating tough coated hard powders | |
| US7736582B2 (en) | Method for consolidating tough coated hard powders | |
| Imai et al. | Characteristics and machinability of lead-free P/M Cu60–Zn40 brass alloys dispersed with graphite | |
| Sun et al. | VC, Cr3C2 doped ultrafine WC–Co cemented carbides prepared by spark plasma sintering | |
| Oyelola et al. | Machining of functionally graded Ti6Al4V/WC produced by directed energy deposition | |
| Khmyrov et al. | Obtaining crack-free WC-Co alloys by selective laser melting | |
| Ramkumar et al. | Effect of alumina content on microstructures, mechanical, wear and machining behavior of Cu-10Zn nanocomposite prepared by mechanical alloying and hot-pressing | |
| Russias et al. | Influence of titanium nitride addition on the microstructure and mechanical properties of TiC-based cermets | |
| Balasubramanian et al. | Mechanical characterization and machining of squeeze cast AZ91D/SiC magnesium based metal matrix composites | |
| JP7006852B2 (ja) | Ｗｃ系超硬合金部材およびｗｃ系超硬合金部材の製造方法 | |
| Shankar et al. | Influence of WC and cobalt additions on the microstructural and mechanical properties of TiCN-Cr3C2-nano-TiB2 cermets fabricated by spark plasma sintering | |
| Kumar et al. | Evaluation of Al7075 reinforced with SiC for its mechanical properties & surface roughness by drilling | |
| Sornakumar et al. | Machinability of bronze–alumina composite with tungsten carbide cutting tool insert | |
| Chaudhary et al. | Friction stir powder additive manufacturing of Al 6061/FeCoNi and Al 6061/Ni metal matrix composites: Reinforcement distribution, microstructure, residual stresses, and mechanical properties | |
| Song et al. | Consolidation of WC–Co alloys by magnetic pulsed compaction and evaluation of their mechanical properties | |
| Arulraj et al. | Optimization of process parameters in stir casting of hybrid metal matrix (LM25/SiC/B4C) composite using taguchi method | |
| Srivastava et al. | Wear characteristics of spray formed Al-alloys and their composites | |
| RU2694444C2 (ru) | Инструментальный материал на основе карбидов | |
| Ji et al. | Fabrication, microstructure and mechanical properties of self-diffusion gradient cermet composite tool materials | |
| Kumar et al. | A review on properties of Al-B4C composite of different routes | |
| Ekinci et al. | Effect of Al 2 O 3 content and milling time on microstructure and mechanical properties of aluminum metal matrix composites | |
| Hiremath et al. | Experimental investigations on effect of ceramic B4C particulate addition on cutting forces and surface roughness during turning of 6061Al alloy |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190721 |