RU2784905C1

RU2784905C1 - Method for obtaining a plate from hard alloy vk8 for cutting tools

Info

Publication number: RU2784905C1
Application number: RU2022107862A
Authority: RU
Inventors: Станислав Иванович Богодухов; Елена Станиславовна Козик; Екатерина Валерьевна Свиденко
Filing date: 2022-03-25
Publication date: 2022-11-30

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to the field of mechanical engineering, in particular to the production of plates made of hard alloy VK8 for cutting tools used for cold and hot machining of metals and alloys, for example, by cutting. The method for producing a plate from hard alloy VK8 for a cutting tool includes providing a plate sintered from hard alloy VK8, its cooling and heat treatment. A plate sintered from VK8 hard alloy at a temperature of 1350-1450°C is provided, which, after cooling, is subjected to heat treatment by aging in a graphite crucible in a GK-1 graphite filling at a temperature of 550-650°C and holding for 60-180 minutes.

EFFECT: increased wear resistance of the VK8 hard alloy plate for the cutting tool.

1 cl, 5 dwg, 5 tbl

Description

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно к способам термического упрочнения изделий порошковой металлургии, в частности к изделиям из однокарбидных твердых сплавов, применяемым для холодной и горячей механической обработки металлов и сплавов, например, резанием.The invention relates to the field of mechanical engineering, mainly to methods for thermal hardening of powder metallurgy products, in particular to products made of single-carbide hard alloys used for cold and hot machining of metals and alloys, for example, by cutting.

Известен способ термической обработки изделий из карбидсодержаших твердых сплавов с помощью закалки [Лошак М.Г. Прочность и долговечность твердых сплавов. - Киев: Наукова думка, 1984. - 218 с.], при котором температура закалки всегда выбирается ниже температуры эвтектики компонентов твердого сплава: монокарбида вольфрама и цементирующей кобальтовой связки. Недостатками известного способа являются малая степень упрочнения режущих пластин из твердых сплавов и низкая стойкость их к воздействию ударных нагрузок.A known method of heat treatment of products from carbide-containing hard alloys by hardening [Loshak M.G. Strength and durability of hard alloys. - Kiev: Naukova Dumka, 1984. - 218 S.], at which the quenching temperature is always chosen below the eutectic temperature of the hard alloy components: tungsten monocarbide and cementing cobalt binder. The disadvantages of the known method are the low degree of hardening of the cutting plates made of hard alloys and their low resistance to impact loads.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ термической обработки твердосплавного изделия, включающий спекание твердосплавного изделия и охлаждение, отличающийся тем, что спекание проводят при температуре 1650°С, затем осуществляют вакуумный отпуск с нагревом до температуры 1050°С-1250°С и выдержкой 1 час, а охлаждение проводят вместе с печью в течение 4 часов [RU 2534670 C1, B22F 3/24,10.12. 2014]. Closest to the claimed method is a method of heat treatment of a carbide product, including sintering of a carbide product and cooling, characterized in that sintering is carried out at a temperature of 1650°C, then vacuum tempering is carried out with heating to a temperature of 1050°C-1250°C and holding for 1 hour , and cooling is carried out together with the furnace for 4 hours [EN 2534670 C1, B22F 3/24,10.12. 2014].

Недостатками известного способа являются:The disadvantages of the known method are:

- использование дорогостоящего оборудования и длительность процесса термообработки;- the use of expensive equipment and the duration of the heat treatment process;

- низкая стойкость режущих пластин из твердых сплавов к воздействию ударных нагрузок.- low resistance of cutting inserts made of hard alloys to impact loads.

Заявляемое изобретение направлено на увеличение степени упрочнения и стойкости к воздействию ударных нагрузок. The claimed invention is aimed at increasing the degree of hardening and resistance to impact loads.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение стойкостных свойств однокарбидных твердых сплавов введением старения однокарбидных твердых сплавов после спекания, что увеличивает стойкость однокарбидных твердых сплавов.The technical result of the invention is to increase the resistance properties of single carbide hard alloys by introducing aging of single carbide hard alloys after sintering, which increases the resistance of single carbide hard alloys.

Техническая задача решается тем, что способ получения пластины из твердого сплава ВК8 для режущего инструмента, включающий обеспечение спеченной из твердого сплава ВК8 пластины, ее охлаждение и термическую обработку, отличающийся тем, что обеспечивают спеченную из твердого сплава ВК8 при температуре 1350-1450°С пластину, которую после охлаждения подвергают термической обработке путем старения в графитовом тигле в засыпке графита ГК-1 при температуре 550-650°С и выдержке 60-180 мин.The technical problem is solved by the fact that a method for producing a plate from a hard alloy VK8 for a cutting tool, including providing a plate sintered from a hard alloy VK8, its cooling and heat treatment, characterized in that a plate sintered from a hard alloy VK8 at a temperature of 1350-1450 ° C is provided , which after cooling is subjected to heat treatment by aging in a graphite crucible in a charge of GK-1 graphite at a temperature of 550-650 ° C and an exposure of 60-180 minutes.

Для пояснения способа на фиг.1 показан внешний вид твердосплавной пятигранной пластины ВК8, увеличение 1:1, на фиг.2 показан график изменения твердости твердосплавных штабиков ВК8 в зависимости от температуры старения, на фиг.3 показана микроструктура твердого сплава ВК8 после старения при температуре 550°С, 1455НV, износ 0,02 мм, а - увеличение 640, б - увеличение 1280, на фиг.4 - микроструктура твердого сплава ВК8 после старения при температуре 600°С, 1492НV, износ 0,02 мм, а - увеличение 640, б - увеличение 1280, на фиг. 5 - микроструктура твердого сплава ВК8 после старения при температуре 650°С, 1485 НV, износ 0,02 мм, а - увеличение 640, б - увеличение 1280. To explain the method, figure 1 shows the appearance of the hard-alloy pentahedral plate VK8, magnification 1:1, figure 2 shows a graph of the hardness of the hard-alloy rods VK8 depending on the aging temperature, figure 3 shows the microstructure of the hard alloy VK8 after aging at a temperature 550°C, 1455HV, wear 0.02 mm, a - increase 640, b - increase 1280, figure 4 - microstructure of hard alloy VK8 after aging at a temperature of 600°C, 1492HV, wear 0.02 mm, a - increase 640, b - magnification 1280, in Fig. 5 - microstructure of the VK8 hard alloy after aging at a temperature of 650°C, 1485 HV, wear 0.02 mm, a - magnification 640, b - magnification 1280.

Способ осуществляют следующим образом:The method is carried out as follows:

До и после старения штабиков и пластин твердого сплава ВК8 были определены размеры: ширина, высота и длина, твердость и предел прочности при изгибе (таблица 1, 2 и фиг.2).Before and after aging rods and plates hard alloy VK8 dimensions were determined: width, height and length, hardness and flexural strength (table 1, 2 and figure 2).

Таблица 1Table 1 Марка материалаMaterial Grade Вид обработкиType of processing Размеры, ммDimensions, mm F, НF, N МM h*h*в/6h*h*v/6 Предел прочности при изгибе, МПаBending strength, MPa Среднее значение, МПаAverage value, MPa ширинаwidth высотаheight длинаlength ВК8VK8 исходныйoriginal 5,005.00 5,105.10 34,0034.00 45904590 3901539015 21,67521.675 18001800 18341834 5,205.20 5,335.33 34,0034.00 54145414 4601946019 24,621046724.6210467 18691869 ВК8VK8 Старение при 550°СAging at 550°C 5,255.25 5,325.32 34,0034.00 58365836 4960649606 24,4387524.43875 20292029 20332033 5,005.00 5,105.10 34,0034.00 51755175 43987,543987.5 21,2521.25 20702070 5,235.23 5,335.33 34,0034.00 57455745 48832,548832.5 24,298424.2984 20002000 Старение при 600°СAging at 600°C 5,205.20 5,285.28 34,0034.00 60596059 51501,551501.5 24,161224.1612 21312131 21442144 5,005.00 5,275.27 34,0034.00 55365536 47056,547056.5 21,958321.9583 21432143 5,255.25 5,305.30 34,0034.00 61856185 52572,552572.5 24,346824.3468 21592159 Старение при 650°СAging at 650°C 5,235.23 5,305.30 34,0034.00 58355835 49597,549597.5 24,161724.1617 20522052 20342034 5,105.10 5,105.10 34,0034.00 51715171 43956,543956.5 22,1022.10 19891989 5,225.22 5,275.27 34,0034.00 58065806 4935149351 23,933123.9331 20622062

Результаты исследований на данном этапе показали, что старение эффективно проводить для сплава ВК8. С повышением температуры предел прочности повышается, а твёрдость остаётся примерно на том же уровне. Лучший режим старения при температуре 600°С. Прочность увеличилась примерно на 15 %.The results of studies at this stage showed that aging is effective for the VK8 alloy. With increasing temperature, the tensile strength increases, and the hardness remains approximately at the same level. The best aging mode is at 600°C. Strength increased by about 15%.

После проведения старения твёрдого сплава ВК8 при различных температурах были приготовлены шлифы и изучены микроструктуры при различных увеличениях.After the aging of the VK8 hard alloy at different temperatures, thin sections were prepared and the microstructures were studied at various magnifications.

Таблица 2table 2 Марка твердого сплаваCarbide grade Форма образцаsample shape Твердость, НVHardness, HV Твердость средняя, НVMedium hardness, HV 1one 22 33 СреднееAverage 550°С - старение550°С - aging ВК8VK8 ШтабикHeadquarters 15891589 15331533 14781478 15331533 14551455 14021402 12881288 13781378 13561356 13541354 12881288 13321332 13251325 600°С - старение600°С - aging ВК8VK8 ШтабикHeadquarters 15331533 15331533 14521452 14931493 14921492 14781478 14781478 14781478 14781478 13781378 13781378 13321332 13551355 650°С - старение650°С - aging ВК8VK8 ШтабикHeadquarters 14021402 13321332 14521452 13951395 14851485 14521452 13781378 13321332 13871387 14021402 14021402 13781378 13941394

Характеристика исследуемых образцов после нагрева старения в гарфитовом тигле, в засыпке графита ГК-1 приведены в таблице 3.Characteristics of the studied samples after heating aging in a garfite crucible, in the backfill of GK-1 graphite are shown in Table 3.

Таблица 3Table 3 Т, °СT, °С ВК8VK8 550 550 Ширина и высота образцов увеличилась на 3 - 5 %, длина осталась прежней. Твёрдость не изменилась. Предел прочности при изгибе увеличился на 10%The width and height of the specimens increased by 3–5%, while the length remained the same. Hardness has not changed. Flexural strength increased by 10% 600600 Ширина и высота образцов увеличилась на 3 - 5 %, длина осталась прежней. Твёрдость увеличилась на 5 %. Предел прочности при изгибе увеличился на 15%The width and height of the specimens increased by 3–5%, while the length remained the same. Hardness increased by 5%. Flexural strength increased by 15% 650 650 Ширина, высота увеличилась на 3 - 5 %, длина прежняя. Твёрдость не изменилась, предел прочности при изгибе увеличился на 10%. Width, height increased by 3 - 5%, the length is the same. The hardness did not change, the flexural strength increased by 10%.

Увеличение температуры старения с 550°С до 650°С привело к увеличению растворимости карбида вольфрама в кобальте для сплава ВК8. Микроструктура твердого сплава ВК8 после старения при температуре 550°С, 1455НV, износ 0,02 мм, фиг.3. Микроструктура твердого сплава ВК8 после старения при температуре 600°С, 1492НV, износ 0,02 мм, фиг.4. Микроструктура твердого сплава ВК8 после старения при температуре 650°С, 1485НV, износ 0,02 мм фиг.5, а - увеличение 640, б - увеличение 1280).An increase in the aging temperature from 550°С to 650°С led to an increase in the solubility of tungsten carbide in cobalt for the VK8 alloy. The microstructure of the hard alloy VK8 after aging at a temperature of 550°C, 1455HV, wear 0.02 mm, Fig.3. The microstructure of the hard alloy VK8 after aging at a temperature of 600°C, 1492HV, wear 0.02 mm, Fig.4. The microstructure of the hard alloy VK8 after aging at a temperature of 650°C, 1485HV, wear 0.02 mm Fig.5, a - an increase of 640, b - an increase of 1280).

Влияние температуры старения на износ поверхности (таблица 4) твёрдого сплава ВК8 изучен в следующей серии экспериментов. Резание проводилось на токарном станке 16К20, точение осуществлялось по заготовке из ст45, ∅_нар=200 мм, отверстие по центру с ∅_внут=22 мм торцевым точением от центра к периферии: частота вращения n=400 об/мин, глубина t = 1 мм, подача s =0,1 мм/об. С повышением температуры старения с 550°С до 650°С снизился в 3 раза износ по задней грани твёрдого сплава ВК8 с 0,06 до 0,02 мм.The effect of aging temperature on surface wear (Table 4) of VK8 hard alloy was studied in the following series of experiments. Cutting was carried out on a 16K20 lathe, turning was carried out on a workpiece from st45, ∅ _out = 200 mm, a hole in the center with ∅ _inside = 22 mm face turning from the center to the periphery: rotational speed n=400 rpm, depth t = 1 mm , feed s \u003d 0.1 mm / rev. With an increase in the aging temperature from 550°C to 650°C, the wear on the back face of the VK8 hard alloy decreased by a factor of 3 from 0.06 to 0.02 mm.

Таблица 4Table 4 Марка
материалаbrand
material Вид обработкиType of processing Предел
прочности при изгибе, МПаLimit
bending strength, MPa Твердость,
НVHardness,
HV Износ за 5 проходов, ммWear in 5 passes, mm Износ за 80 проходов, ммWear after 80 passes, mm задняя поверхностьrear surface передняя поверхностьanterior surface задняя поверхностьrear surface передняя поверхностьanterior surface ВК8VK8 Исходныйoriginal 18341834 14501450 0,060.06 0,080.08 0,180.18 0,20.2 Старение при 550°СAging at 550°C 20332033 14551455 0,020.02 0,040.04 0,10.1 0,120.12 Старение при 600°СAging at 600°C 2144 2144 14921492 0,020.02 0,020.02 0,10.1 0,10.1 Старение при 650°СAging at 650°C 2034 2034 14851485 0,020.02 0,020.02 0,10.1 0,120.12

Проанализировали результаты проведённых экспериментальных работ по повышению физико-механических и эксплуатационных свойств твёрдых сплавов групп ВК в сравнение с прототипом приведены в таблице 5. Была проведена термообработка старением в графитовом стакане, в засыпке графита марки ГК1 при температуре 550°С, 600°С, 650°С. Твёрдость практически не изменилась и осталась в интервале 1450-1490 HV, предел прочности повысился от 10 до 15 %, износ уменьшился в 2 - 4 раза, коэффициент стойкости (определяли как отношение износостойкости до и после старения) увеличился в 2-4 раза.Analyzed the results of the experimental work to improve the physico-mechanical and operational properties of hard alloys of the VK groups in comparison with the prototype are shown in table 5. Heat treatment was carried out by aging in a graphite glass, in filling graphite grade GK1 at a temperature of 550 ° C, 600 ° C, 650 °C. The hardness practically did not change and remained in the range of 1450-1490 HV, the tensile strength increased from 10 to 15%, wear decreased by 2-4 times, the tool life coefficient (defined as the ratio of wear resistance before and after aging) increased by 2-4 times.

Таблица 5Table 5 Марка материалаMaterial Grade Вид обработкиType of processing Предел прочности при изгибе, МПаBending strength, MPa Твердость,
НVHardness,
HV Коэффициент стойкости, КResistance coefficient, K ВК8VK8 Исходныйoriginal 18341834 14501450 1one Старение при 550°СAging at 550°C 20332033 14551455 33 Старение при 600°СAging at 600°C 2144 2144 14921492 4four Старение при 650°СAging at 650°C 2034 2034 14851485 33 ВК8 VK8 ПрототипPrototype -- -- 22

Claims

A method for producing a plate of hard alloy VK8 for a cutting tool, including providing a plate sintered from hard alloy VK8, its cooling and heat treatment, characterized in that a plate sintered from hard alloy VK8 at a temperature of 1350-1450 ° C is provided, which after cooling is subjected to thermal processing by aging in a graphite crucible in filling GK-1 graphite at a temperature of 550-650°C and holding for 60-180 min.