RU7917U1 - Устройство для механической обработки твердых материалов - Google Patents

Abstract

Устройство для механической обработки твердых материалов, представляющее собой твердое тело, рабочая часть которого выполнена из твердого сплава с ферромагнитной связкой, отличающееся тем, что ферромагнитная связка - металлический кобальт и твердые растворы на его основе - введена в приповерхностный слой рабочей части тела, причем концентрация металлического кобальта составляет не менее 0,3 мас.%, а толщина слоя - не менее 2,0 мкм.

Description

imf в 22 F 7/08, В 22 F 3/24 С S3 С 4/18, С 23 С 14/28

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ТВЕРДЫХ

Коршунов А. Б., Бублик В. Т., Езерская Л. Ф., Карсаулидзе В. И., Вссушина Е. В., Орлов IL В., Шкунов Д. R , Сагалова Т. В., Свешников С. В., Голубцов И. В., Кустиков О. Т., Львов

A.Ф., Дуповский А. Ф., Лебедев А. М., Балакин А. В., Шестериков С. А. , Шркин Л. Е , Газуко Е В., Нарва R И., Казаков В. А., Титова

B.Е , Крысов Г. А., Духновский М. Е , Каневский Е. И., Балашов А. Е , Рябов Е Е , Матусевич Г. М., Факторович С. Л., Клементьев Ю. Ф., Шемаев Б. В., П гляковский А. Е., Бриллиантов Э. И., Титов А. М.

Полезная модель относится к области машиностроения, преимушэственно к холодной и горячей механической обработке металлов, в частности, к устройствам, рабочей частью, которых является твердосплавный инструмент.

Известно устройство для механической обработки твердых материалов, представляюшэе собой твердое тело, рабочая часть которого выполнена из твердого сплава на основе карбида титана с железной связкой Скарбидостали) 13.

Известно устройство для механической обработки твердых материалов, представляюшэе собой твердое тело, рабочая часть которого выполнена из твердого сплава на основе монокарбида вольфрама с никелевой связкой 23. МАТЕРИАЛОВ

собой твердое тело, рабочая часть которого выполнена из твердого сплава на основе монокарбида вольфрама с кобальтовой связкой С33. Недостатками известных устройств являются:

-износостойкость устройств с рабочей частью состава 1с„С. гfc ниже,чем у рабочей части устройств состава. W L Со

-прочность, твердость и износостойкость устройств с рабочей частью состава, WC/Yc ниже, чем у рабочей части устройств

-1 r-/-t /.

состава. JA/. L

-распределение кобальта в рабочей части устройств нередко явлется крайне неоднородным и в пршоверхностном слое его содерзкание ниже, чем в остальном объеме.

Целью создания настоящей полезной модели является возможность износостойкого покрытия, встроенного в приповерхностный слой рабочей части устройства и позволяюшэго до шести раз увеличить срок ее службы.

Поставленная цель достигается тем, что ферромагнитная связка - металлический кобальт и твердые растворы на его основе - введена в приповерхностный слой рабочей части тела, причем концентрация металлического кобальта составляет не менее 0,3 массового процента, а толяцша слоя - не менее 2,0 мкм. /ч

Положительный эффект от создания и использования настоящей полезной модели проявляется:

-В том, что металлический кобальт и твердые растворы на его основе, введенные в приповерхностный слой рабочей твердосплавной части устройства, образуют вместе с карбидами тугоплавких металлов износостойкое покрытие, обладающее большй по сравнению с остальной рабочей частью пластичностью;

р

твердосплавного материала;

- в том, что указанное располозшние металличес1 го кобальта и твердых растворов на его основе в приповерхностной области рабочей твердосплавной части устройства позволяет применить к нему

известные методы радиационной обработки, в несколько раз увеличивающие срок службы устройства.

Перечень графических изображений.

Фиг. 1. Щ офиль распределения по глубине концентрации кобальта в режущей пластине из твердого сплава T15KG (образец N1) Фиг. 2. Црофиль распределения по глубине концентрации кобальта в режущей пластине из твердого сплава T15KS (образец N2) Фиг. 3. Профиль распределения по глубине концентрации кобальта в режущей пластине из твердого сплава BKSM (образец N3). Время распыления L р 7 мин. Е1с.

Фиг. 4. Щ)офиль распределения по глубине концентрации кобальта в режущэй пластине из твердого сплава (образец N3). Время распыления: Ь 23МИН. 34с.

Сущность заявленной полезной модели поясняется нижеследующим описанием.

Шстоящая полезная модель основана на анализе результатов многочисленных экспериментов по радиационному упрочнению твердосплавного инструмента, проведенных нами в последние годы. Суть их кратко сводится к следущэму: радиационная обработка ( облучение быстрыми электронами, протонами,сК- частицами или у - квантами) увеличивает в несколько раз износостойкость и срок службы твердосплавных изделий лишь в том случае, когда метод рентгеноструктурного анализа ( рентгеновской дифракто /етрии) регистрирует фазу металлического кобальта в приповерхностном слое изделия, из

- о

этого факта непосредственно следует заключение о глубине пршоверхностного слоя, а, в сочетании с другими методами анализа, из него можно получить сведения о величине пороговой концентрации кобальта.

а) Толщина приповерхностного слоя

При исследованиях фазового состава твердосплавных изделий на основе монокарбида вольфрама с кобальтовой связкой методом рентгеновской дифрактометрии обычно используют излучение Fe К . Со. о

1,932 А).

Глубину проникновения рентгеновского излучения в твердосплавное изделие можно определить, если известны значения массового коэффициента ослабления для компонентов твердого сплава. Массовый коэффициент ослабления твердосплавного изделия можно в общем случае определить по формуле С 43: , ..

где MX линейные коэффициенты ослабления рентгеновского излучения в материале изделия и в его компонентах, соответственно, , О . -„ плотности материала весовая доля компонента.

Из формулы (1) следует, что для твердых сплавов различного

состава отношение И/Р принимает различные значения. Во 2-м

У)

столбце таблицы 1 приведены значения- , рассчитанные по формуле (1) для некоторых марок твердых сплавов, фи этом значения и,. /о были взяты из таблицы монографии 43 и проверены по таблицам Ионссона С53 и номограмме, приведенной в Е53 с учетом скачС1 Ц ков поглоп ния., и. о , причем получено хорошее совпадение

1

- 4 (1)

. изделия и его компонентов,-PL.

- 5 З шоеяхш лиавйвоао иоаф ициеата ослабления реатзевоаста лучей для paajoaaux марок таерд вс сплавов

Таблица 1 „ состава необходимо также знание величины Q - плотности казкдого твердого сплава. Взятые из ГОСТ 3882-74 и усредненные нами эначения. р приведены в 3-м столбце табл.1. В 4-м столбце табл.1 представлены значения линейных коэффициентов ослабления для некоторых твердых сплавов. Щ)и исследованиях фазового состава методом рентгеновской дифрактометрии глубину слоя, участвующего в образовании дифракционной картины, обычно подсчитывают по формуле С 43: Х-.(2) Л J где лУ - угол между плоскостью падения и направлением падения рентгеновских лучей на нее,О1 - коэффициент, значения которого приведены в монографии 43 для различных значений Я синтенсивности рентгеновского излучения, рассеянного в слое толщиной X. Так, для са 0,50 Л 0,69; для ,60 Qjj9E; для q . 0,70 Ji 1,20; для q.. 0,80 tr -J , 1,61; для q.. 0,90 Ji 2,.3; для q. 0,95 nr tr t 3,0; для g 0,97 cJl 3,5; для C 0,99 Л 4,6 В нашем случае при наблюдении кобальта в твердых сплавах угол -vZ 28 к 0,4695. В таблице 2 приведены значения х, рассчитанные по формуле (2) для неютторых значенийCL для различных твердых сплавов. Основные эксперименты, результаты которых излозиены частично ниже, проведены с режущими пластиками, изготовленными из твердых сплавов BECSM, ВК8, Т15К6, МО 111, Ш 321. 0,90 величина х изменяется в них от 2,20 мкм до 3,26 мкм, 0,95 - от 2,86 - 6 1Т , Глубяна

Таблица 2 npoBMsaoBBSna X (шал) рватвеаоасиих лучвй Of о (J 2а)

шш до 4,24 мкм. В связи с тем, что во-первых, величина для

конкретного опыта иввестна веськв приближенно и, во-вторых, при дальнейшем уменьшении содержания кобальта в твердом сплаве величина X будет уменьшаться, в качестве пороговых значений выберем для VCL Cj . 0,30 И-JД v 2600 CM (х 2,08 мкм). С точностью до 0,08 мкм, т.е. 3,8%, последнюю величину выбираем равной 2,0 мкм.

б) Концентрация кобальта

Определить ту концентрацию металлического кобальта, начиная с которой метод рентгеновской дифрактометрии перестает его различать, можно на основании специально поставленных опытов. Цриводимое ниже описание некоторых экспериментов дает только грубую оценку анализируеюго порога.

Ife двух режупщ пластинах из твердого сплава Т15К6 определяли содержание кобальта в приповерхностном слое методом рентгеновской дифрактометрии. На одной из пластин (N1) кобальт был обнаружен, на другой (N2) нет. Затем на шжфовальном станке приповерхностный слой был удален на обоих образцах. В глубине пластин металлический кобальт наблюдался методом рентгеновской дифрактометрии на обеих пластинах и его концентрация составила приблизительно одинаковую величину. До начала указанных экспериментов содержш1ие (интегральное) металлического кобальта в обеих пластинах было определено независимым методом - магнитными измерениями - и составило в образце N1 5,21 мае. %, в образце N2 5,17 мае. %. Таким образом, в этой серии опытов метод рентгеновской дифрактометрии уверенно регистрировал концентрацию металлического кобальта в приповерхностном слое, составляющую не менее 5,17 мае. %, и не замечал кобальт с концентрацией, которая будет оценена нами ниже.

- е-.

В другой серии опытов применялась иная модель рентгеновского дифрактометра, работавшая в режиме, обеспечивающем несколько большую чувствительность. В этой серии опытов исследовалось содержание металлического кобальта в твердых сплавах различного состава методами магнитных измерений и рентгеновской дифрактометрии. При этом рентгеновский метод уверенно зарегистрировал наличие металлического кобальта на поверхности сплава BEtSM, а магнитные измерения подтвердили, что интегральное содержание металлического кобальта в образце составляет 2,99 мае. %.

Однако содержание кобальта в приповерхностном слое твердосплавного изделия, регистрируемое рентгеновским дифрактометром, вовсе не равно в точности его содержанию в объеме, равному в случае сплава BKSM приблизительно 3 мае. %. В действительности содержание кобальта в приповерхностном слое твердосплавного изделия ниже, чем в объеме. Шньшее содержш1ие кобальта в этом слое связано с испарением кобальта с поверхности изделия в процессе его спекания.

Для оценки убыли кобальта с поверхности изделия можно было бы провести расчет по формуле, приведенной в монографии С63, дающей количество частиц, испаряющихся в единицу врешни с единицы поверхности материала, и связанной с давлением пара химических элементов С7, зависящего от температуры нагрева. Однако точные временные и температурные режимы и условия (вакузгм, водород) спекания нам неизвестны, поэтому мы пойдем другим путем.

Для более строгой оценки концентрации кобальта в приповерхностных слоях образцов 1 и 2 обратимся к результатам измерений методом БШЮ (фиг. 1 и 2). Штод БИМС зарегистрировал резкое (на 3 порядка) падение концентрации кобальта в приповерхностном слое образца N1 (см. фиг. 1). Точное значение тех глубин, на которых

- 9 () . CQ 1в1 P3 1 CQ -о . . -a:SPCi «M,JH SSO c CQ «fQ «Srt ed Q H) n s О о o««: и Ю ж a к « s xps«(«cfwGjsweew«d kS u 0) g A fr« о о Ф S fr« « s« ri о о a ч 0,0 o P«0 0)0, fn (D fcj у Д CVD - о ю (Я « о л ф oc:H№ tS ji wcSb OyK p . p «6 « о cifco QfEO & :з| «tfeess 35;с-.дйЕ-«;х tejiei SS o. ty «CQ pa 3 S Ф Si (t) л)Ш PQ a«ai Q Ю о EH Ф Ю eS (Q 00 Ф Ф m & a 03 «go о о tt: in |4 &c: Ф a ев ев t,

е

р| 57

т ft

0

« о к

§

ё

gконцентрация кобальта в приповерхностных слоях образцов становится равной концентрации кобальта в объеме изделий, нам неизвестно. Поэтому ограничимся ниже приближенными оценками.

Оценим прежде всего толщину приповерхностного слоя, удаленного при исследовании в образцах 1 и 2 профиля кобальта методом ВШЮ. При исследовании профилей вольфрама cW, углерода - ),

г-рг

титана C.I с - .) и кобальта (1х1) в твердом сплаве Т15К6 методом ВРОС для распыления использовалась бомбардировка ионами кислорода с энергией 7,9 кэВ. Ионный ток равнялся 144 нА (образец N1) и 147 нА (образец N2), Облучалась ионами квадратная площадка со стороной 250 мкм. Анализировалось квадратное поле со стороной

8 мкм. Поэтому плотность ионного тока составляла1 ь Д,

-7-ч-3ad .

1,44-10 А/6,25.10 см 1, /6,25 А/см и i

-32.

1,47-10 /6,25 А/см . Эти велишшы соответствуют определенным количествам ионов кислорода О- , падающих в 1 с на единицу

поверхности:

-, .10 6,25-10 /6,25 1,44-10 1 /

2, S г 1,47-10 О / СМ -С. Но при облучении ионами кислоь. ЧХл2i

рода углерода (основного компонента всех карбидов) имеет место так назьшаемое химическое распыление С 8, для которого коэффициент распыления при Е 7,9 кэВ несколько превышает единицу

-f (,05 ат.С/О ). Положим, что коэффициент распыления монокарбида

вольфрама ионами кислорода также равен 1,05. Согласно данным, представленным на профилях W, Ti, С и Со в приповерхностных слоях образцов 1 и 2, полное время распыления составило t 22 мин 23с 1343с и Ц 16 мин 59с 1019с. Следовательно, за время

к Г(53 -п Г/ / 2

t распыжтся Л, , ,. 1,44 10 1,05 1,343-10 молекул WСДм :t«6 я

с каждым распьшекным атомом з тлерода удаляется и атом вольфрама). Соответственно, за время 1„.,распьш1тся AL .,.гу. „

6fil1Й 1,47 10 1,05 1,019 VC/CM 1,57 10 . Но кони ентрация молекул WD равна

О ЛГ

1.,1

35,9

За время t удаленоJ) молекул WC/см . Поэтому распыленIМС

ного . равна:

I - л-игг - 5

- 2мки.

d 3,3 0,53 мки

Лдгс

Оценим теперь реальную величину концентрации кобальта, регистрируемую рентгеновским дифрактометром.

Вид профиля концентрации атомов кобальта, в образце N1, полученный методом ВИКЮ, соответсвует случаю 93 конечной скорости испарения атомов Со с поверхности. Предположим, что процесс спекания идет так, что плотность атомов Со на поверхности остается постоянной, т. е. ди«М)узия атомов Со к поверхности восполняет убыль атомов Со за счет испарения. Тогда, согласно 93,

лъ XX Г V :); - : ) (5)

I J

где Yi.Cx.j) - концентрацияатомов кобальта в приповерхностном слое, X - расстояние, отсчитываемое от поверхности в глубину слоя, - время испарения, N - концентрация атомов кобальта в об-юме.

- 13

D - коэффициент диффузии атомов кобальта, V J(Oj)-coi si/- концентрация атомов .кобальта на поверхности изделия из твердого сплава,

е.)5 ад.

л (x)

TV Заметим, что физичесьшй смысл концентрация - количество частиц -2 ностью см . В действительности .Хои

- 14 (б)

() jI где //2 V , L У ТЬА а( функция ошибок. Анализируя профиль распределения атомов Со, полученный методом ВИШ, в образце N1 мы нашли, во-первых, что д) . 2,3-10 N и, во-вторых, что L 0,267 мкм, т.е. на этой глубине х 2 1. Поэтому максимальное значение z, совпадаюпре с глубиной слоя, анализируемого в образце N1 рентгеновскими лучами, равна 14,1 (см. табл. 2, где Х з,76 мкм для д 0,95). Итак, если бы концентрация кобальта вблизи поверхности образца N1 из твердого сплава Т15К6 и в его объеме совпадали между собой и равнялись бы N const, то характеристическая длина, -3 интеграла в () - поверхностная на единицу поверхности с размер3.

-clfc L Зр(г)ci2 L -АГ.)И-3(г)

Пользуясь приложением 2 монографии С103, в котором излошны свойства функции ошибок и родственных ей функций, получаем, что ГЧ I I ,J(2) при выбранных

3:.., с точностью до бесконечно малых высших порядков и равен

0,5642.

Следовательно, ,ос тъ (,)cU - L(lf 0,564 2Ж C,) (10)

« 1 j ,56 Ч ai(ir .1Д: id)- L Я(2.о,.мз)

Итак, для 2:..- 14,1 интеграл (10) равен 13,537 NL, а отношение

3,

i4 н

Шэтому мы полагаем, что при исследовании образца N1, изготовленного из твердого сплава Т15К6, рентгеновским диф фактомет2,

OL

(9)

G.61 (-v) )otz (s) значениязс.- не зависит от

равное 5,21 мае. %, а меньшую величину, равную 0,961 5,21 5,00 мае. %.

Оценим теперь концентрацию кобальта, регистрируе1уСто рентгеновским дифрактоматром в образце N2 из твердого сплава Т15К6 (см. фиг. 2).

Положим, что в интервале 0,33 мкм - 3,76 мкм, превышающем

интервал 0-0,33 мкм, исследованный методом ВЙМС, велишша концентрации кобальта постоянна и равна п. (гь 2-10 импульсов/сек.

в единицах фиг. 2). Данное утверждение отнюдь не беспочвенно, о 4ei«f свидетельствуют данные фиг. 4 (см. ниже). Для сравнения с фиг. 1 воспользуемся теми же обозначениями: вновь введем величину z, которая равна 1 для длины, равной L 0,267 мкм. Тогда точке х 0,33 мкм соответсвует z 1,24, интервалу 0,33 - 3,76 мкм лг 14,1 - 1,24 12,86. Поэтому поверхностная концентрация атомов

кобальта в интервале. Az равна 12,86una,j,,L

Рассмотрим теперь интервал, исследованный методом х О - 0,33 мкм или z О - 1,24. Аппроксимируем профиль кобальта в этом интервале кусочно-линейной функцией х. В интервале х 0 - 0,138 мкм (или z О - 0,516) поверхностная концентрация кобальта равна:ц , -/ У 2-10 -0, I Г /

j-0,516-ь ,g ,5щ.5

Q,5/vuJ-i,

в интервале х 0,138 мкм - 0,33 мкм (или z 0,516 - 1,24) поверхностная концентрация кобальта равна:

, 1,5; о, 108 , L - 1,06 -vu,L.

16 н

Итак, поверхностная 1юнцентрация кобальта, измеренная рентгеновским дифхрактометром в образце N 2, равна:

L( 12,86п. + 1,032%+ 1 ,.lA, Вьппе показано, что эта же величина

Шличина N, рассчитанная ншли по профилю фиг. 1, равнс

ьG,).

N 1,275-10 . Таким обраэом, отношение- -равно: 3.-13, -fnq-fS.SSl М,./о сг аг

- , ,г ,- -- .

Д;:Тч.В52ио1- ччмч, - :

Итак, в этой серии опытов рентгеновский диф рактометр не замечал в образце N 2 из твердого сплава Т15К5 концентрацию кобальта, равную

etj,:: -- - ± -е-8-5-1тос7-; - Обратимся теперь к анализу профилей W, С и Со в образце из твердого сплава BKSM (фиг. 3 и 4). В данном случае энергия ионов кислорода составляла 8,1 кэВ. Ионный ток равнялся 654 нА (фиг. 3) и 548 НА (фиг. 4). Площади облучаемой ионами и анализируемой поверхностей не изменялись по сравнению с образцами 1 и 2 и равнялись, соответственно, 6,25-10 см и 6,4-10 см . Плотность ионного тока составляла: - 6,54-10 / 6,25 и , 5,48I: I 6,54-10 / 6,25 А/СМ И L

-3я

10 / 6,25 . Количества ионов О , падающих в 1 с на единицу

поверхности, равнялись:

4 6ДН:10 /СМ.Сa....Ч.aIJ.

S3 Л) /

я Положим, как и ранее, что коэффициент распыления составляет

- I О, .4,

-42. - S.

а. в образце N1 равна 13,537 NL.

Устройство для механической обработки твердых материалов

ЗМ

./

///

//2

IL

S

Коршунов А.Б. Бублик В. Т. Егерская Л.$. Карсаулидзе В.И. Лихушина К.В. Орлов 11. Б. Никунов Д. В Сагалова Т. Б. Свешников С,В. Голубцов И.В. Кустиков О.Т. Львов А.Ф. Дуповский А.Ф. Лебедев A.M. Валакин А.В. Шестериков С.А. Миркин Л.И. Газуко И.В. Нарва В.К. Казаков В.А. Титова В.Н. Крысов Г.А. гхновский М.П. Каневский Ё.И. Бажинов А.И. Рябов В.Н. Матусевич Г.М. факторович С.Л. Клементьев Ю.ф. Шемаев Б.В.

/ Щуляковский А.Е. . у Шиллиантов Э.И. Титов A.M.

3. Профиль распределения по глубине концентрации кобальта в режзпцей пластине из твердого сплава ВКЗМ (образец NO 3). Время распыления tp 7 мин. 21 с. . . f « . ® . 03 «сз «ймео «и f «он (33 «SSpniP iiSiiPiiS . J О О ГМ О Ф Ж 0 О || 01 и О О Ф А О S р m ш м § «Е) п wm K«feioo(Q(zio D PQ kO Р I BC э I Ф« i . 11 i N R P

и t 23 мин 34с 1414с. Следовательно, за время tipacnbLzmr г 5 i8°Z

оя R, 6,54-lQ ,05-441 3,03-10 „ молекул WC/CM ,

а за время t - Мц 5,48 1Q 1,05-1414 8,14 . Толщина распыленного слоя равна:

oL - - a-w-c 3.03-iQ . P п. 4,3-Ю ...-

I 4-wc &,4 tO (,&8ЯМО cMjg j feg rvijg:r,i

4-p/VL Ч ЙЗ-Ю

vc

Как видно из фиг. 3 и 4, профили кобальта на них отличаются между собой лишь толщиной распыленного слоя. Рассмотрим далее только более глубокий профиль кобальта, изображенный на фиг. 4. Аппр01«1Имируем реальный ход профиля ломаной линии, для чего разобьем его на 11 участков. Элементарный расчет, который мы не приводим в описании, показывает, что суммарная площадь ограниченная ломаной,

осью абсцисс и ординатами, проходящими через начало и конец профиля, составляет 2. 11,). При расчете мы вновь положили, что Z 1 соответсвует L 0,267 мкм, 2-10 импульсов/с . Экстраполируя профиль на болыпую глубину до точки z 10,7 (х 2,86 мкм) и проводя аналогичные расчеты, получаем

си

S 5,. Итак, для образца 3 поверхностная концентрация равна 1Я

Т 5.

16,9697Аг L. Сопоставим дифрактометром, 14 952iioL ДЛЯ

- 20 теперь концентрации, измеренные рентгеновским в образцах 2 и 3. Напомним, что в образце 2 S Д Z 14,1. Шложим, что для А z 10,7

Ib оси ординат на фиг. 1-4 отлоз гны величины, mieЮПЦ58 размерность-количество импульсов за секзшду. Чтобы правильно сопоставлять данные фиг. 2 и фиг. 4, надо отнести их к количеству

распыленного вешэства за 1 секунду. На фиг. 2 за 1с распылялось

о 0,33 мкм : 1019с 3,24 А/с, а на фиг. 4 1,69 мкм : 1414с 11,94

о4

А/С. Поэтому одна и та же велишша -гъ 2 10 импульсов/с соответствует на фиг. 2 3,24 А/с анализируемого слоя, а на фиг. 4 о/

11,94 А/с. Итш, истинная концентрация Со в образце N3 была в -1,9 у 324: 3,7 раза меньше, чем в образце N2. Поэтому величина ,27&

мас,% долзкяа быть г«еныпена в 3,7 раза. Она составит 0,344 м1с.%

0,3 мае. %.

итак, концентрация кобальта, зарегистрированная рентгеновским дифрактометром в образце N3, составляет 0,344 мае. ,3 мае. %. Эта величина и прршимается нами в качестве пороговой для достижения положительного эффекта при облучении твердосплавных изделий ионизирующей радиацией.

Таким образом, изложенные выше опыты и оценочные расчеты позволяют выбрать в качестве пороговых: концентрацию металлического кобальта не денее 0,3 мае. % и толщину приповерхностного слоя, в котором он расположен, не менее 2,0 мкм.

Щ)имеры достижения положительного эффекта - увеличения износостойкости и срока службы рабочих частей резцов - твердосплавных режущх пластин - приводятся ниже. Необходимо подчеркнуть, что рентгеновские исследования содержания металлического кобальта в

твердосплавных режущцх пластинах, о которых говорится в этих примерах, проводились на том же дифрактометре и в том же режиме, что и исследования содержания кобальта в твердом сплаве ШСЗМ. Поэтому сделанные выше вьшоды о пороговой величине концентрации кобальта, определяемой им, полностью применимы и к данным, приводи- 21 3 2 (У с мых в нижеследующих примерах. Пример 1. Режуще пластины из твердого сплава Ш 111, содержащие 9,5 мае. % кобальта и подвергнутые радиационной обработке, исследовали методом рентгеновской дифрактометрии и путем проведения л ораторных испытаний на износостойкость на Московском комбинате твердых сплавов (МКТС) и производственных испытаний на срок службы на Люберецком производственном объединении Завод им. Ухтомского. Во всех исследовавшихся режущих пластинах рентгеновские измерения регистрировали высокую концентрацию металлического кобальта. Лабораторные испытания проводили на станке 1 М 63 при следующих условиях: обрабатываемый материал - сталь 50, режим резания: скорость резания V 220 м/мин, подача s 0,20 мМх-об, глубина резания t 1,О мм. Максимальное значение коэффициента стойшзсти после облучения У- квантами составило 4,5, а после облучения - частицами - 5,0. Производственные испытания проводили в цехе N21 на гидрокопировальном станке модели 473-4. Обрабатываемая деталь КРН03604, материал заготовок - сталь 45Г2. Режим резания: скорость резания V 70 м/мин, число оборотов п 400 об/мин, подача 3 0,53 мм/об, глубина резания t 2,5 мм. Шксимальное значение коэффициента стойкости после облучения протонами составило 1,8; после облучения - частицами - 2,2; после облучения квантами 3,1 - 5,2. Пример 2. Режущие пластины из твердого сплава МС 321, содержащие 6 мае. % кобальта и подвергнутые облучению х - квантами, исследовали методом рентгеновской дифрактометрии и проведения производственных испытаний на срок службы на АООТ ММП - ИМ. В. в. Черньппева. Испытания проводили при обработке детали Щека N 16110892 из стаж 18 х 2Н4А в цехе N 5 на двух операциях.

В операции iN 020 (токарная) проводилась проточка подошвы с припуском 2 мм. Испытания проводили на токарном станке с ЧПУ модели SPR 16 NC. Испытывали 4х - гранные неперетачиваемые твердосплавные пластины с механическим креплением 2008 - 1865 },ерки 1Ю 321-1865. Режимы резания: скорость резания У 229 м/мин, число оборотов п 900 об/мин, подача S 0,05 мм/об, глубина резания: на 1 переходе t 3,5 мм, на 2 переходе t 2,0 мм, охлаждение Э1/ льсия. Испытания показали: стойкость пластин без облучения (серийных) составляет 10 - 15 деталей на каждую грань, стойкость пластин после облучения составила 55 - 60 деталей на каждую грань. Итак, минимальное значение коэффициента стойкости равно 3,7; среднее значение - 4,6; максимальное значение - 6,0.

В операции N 025 (токарная) проводили проточку хвостовика и проточку внутреннего торца прки. Испытания проводили на токарном станке с ЧПУ модели 16К20 Т1. Испытывали Зх-гранные неперетачиваемые твердосплавные пластины с механическим креплением 2008-0388 марки &Ю 321-261. Режимы резания: скорость резания: на 1 переходе V 92 и/мш1, на 2 переходе V 189 м/мин; число оборотов: на 1 переходе п 1400 об/мин, на 2 переходе п 900 об/мин; подача: на 1 переходе s 0,2 ш&/об, на 2 переходе s 0,05 глубина резания t 2,5 мм, охлаждение - эмульсия. Испытания показали: стойкость пластин без облучения (серийных:) составляет 10 деталей на каждую грань, стойкость пластин после облучения составила 40 деталей на каждую грань. Итак, значению коэффициента стойкости равнялось 4,0.

/All.,тех же условиях, производственные испдаания промышленной партии (по 100 ) пластин каждого типоразмера. Испытания подтвердили данные, приведенные вьппе, но выявили новую закономерность. В тех слзгчаях, когда рентгеновские измерения пластин до у - облучения уверено фиксрфовали в них наличие металлического кобальта, после У - облучения стойкость четырехгранных пластин составила до 55 деталей на каждую грань, стойкость трехгранных пластин составила 4S детали на каждую грань. В тех же случаях, когда рентгеновские измерения свидетельствовали об отсутствии металлического кобальта в приповерхностном слое пластин, У - облучение ухудшало стойкость пластин: она составляла всего 4-5 деталей на каждую грань. Таким образом, показано, что v - облучению следует подвергать лишь пластршы с высоким содержанием металлического кобальта в приповерхностном слое.

Устройство изготавливают следующим образом:

1.Плоские рабочие твердосплавные части устройства легрфуют кобальтом одним из указанных ниже известных методов:

-методом ионной имплантации с последующей разгонкой стационарным Р1ЛИ импульсным фотонным ОТЖИГОМ;

-методом напыления (наприь р, электронно-лучевого) кобальта в вакууме с последующей разгон1«зй;

-методом катодного распыления с последуюшэй разгонкой.

2.Рабочие твердосплавные части устройства сложной формы (не плоские) легируют кобальтом одним из указанных ниже известных методов:

-методом ионно-плазменного напыления с последующей разгонкой;

-методом гдльвашшеского осаждения с последуюпрй разгонкой.

- 24 руют кобальтом такаке одним из следующих методов, некюторые из которых известны:

-выбором режимов стационарного спекания;

-импульсным спеканием;

- нагревом в вакууме спеченного изделия. Роль металлического кобальта показана выше на примере режущих пластин, изготовленных из твердых сплавов на основе монокарбида вольфрама с кобальтовой связкой. Однако в связи с тем, что физические и механические свойства кобальта не изменяются в других твердых сплавах и в сочетании с другими ферромагнитными связками (железо, никель)/предлагаемом устройстве можно использовать и эти связки.

Источники, прргаятые во внимание при составлении описания:

1.ГуревичЮ. Г., Нарвав. К Карбидостали. - М.: Шталлургия, 1989.

-25 с.

2.Третьяков В. Е Основы металловедения и технологии производства спеченных твердых сплавов. - М.: Шталлургия, 1976. - С. 96-113.

3.Третьяков В. И. Основы металловедения и технологии производства спеченных твердых сплавов. - М.: Металлургия, 1976. - С. 125205 (прототип).

4.Шфкин Л. И. Справочник по рентгеноструктурному анализу поликристаллов. - Е : ГИФШЕ - 1961. - 84 с.

5.Блохин М. А. Физика рентгеновских лучей. - М.; Гостехиздат, 1953. - 456 с.

- 25 7.Несмеянов А. Е Давление пара х АН СССР, 1961. - 396с. 8.Рот Е ХЕ мическое ршзпыление бомбардировкой. Вып. П.- М.: М 9.Влияние испарения летучего ко тва CdSb/JL И. Анатычук, В. М. Ко няк//Неорганические материалы. 10.Карслоу Г. , Егер Д. Теплопров 1964. -488с. Р5гководитель НИИ механики Авторы: ItopinyHOB А. В., Вублик В. Т., Езерская Л. Ф., Карсаулидзе В. И. JШxyшинa Е. В. , Орлов IL В., Шдаунов Д. В. , Сагалова Т. В., Свешников С. В. , Годцгбцов И. В. , О. Т., Львов А. Ф., Еуповский А. Ф. г : -iЛебедев А. М., Валакин А. В., Уатусевич Г. М., / имических элементов. - М.: Изд-во // Распыление твердых тел ионной ир, 1986. - С. 134-204. мпонента на электрические свойсндратенко, О. Я. Лусте, И. Т. Хавру- 197S. -Т. VI11, N4. -С. 653-658. одность твердых тел. - М.: Наука, / патентной группы МГУгЦ В.А.Куракин Нарва уВ. И. , Казаков В. А. , Титова В. Е , Крысов Г. А. , Дпсновский М. Е , Z-, Кгшевский Е. Е , Вазошов А. Е , Рябов в. Е , Клементьев Ю. Ф. Пёстериков С. А. Ы&фкин Л. И., Газуко И. В., Щуляковский А. Е. Пёмаев В. В. , Вриллиантов 3. И. Титов А. М.

Claims (1)

1. Устройство для механической обработки твердых материалов, представляющее собой твердое тело, рабочая часть которого выполнена из твердого сплава с ферромагнитной связкой, отличающееся тем, что ферромагнитная связка - металлический кобальт и твердые растворы на его основе - введена в приповерхностный слой рабочей части тела, причем концентрация металлического кобальта составляет не менее 0,3 мас.%, а толщина слоя - не менее 2,0 мкм.