RU839156C - Способ изготовлени твердых сплавов и сверхтвердых композиционных материалов - Google Patents

Abstract

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ И СВЕРХТВЕРДЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ, включаю- • щий гор чее прессование, отличающийс  ""тем, что, с целью повышени  качества изделий, гор чее прессование ведут в две стадии, причем на первой стадии температура нагрева составл ет 1,06-1,15 температуры по влени  жидкой фазы при давлении 40- 100 кгс/см^, а на второй стадии температуру снижают до 1,06-1,03 температуры по влени  жидкой фазы, а давление повышают до 100-200 кгс/см^.

Description

Изобретение относитс  к изготовлению твердых сплавов и сверхтвердых абразивосодержащих композиционных материалов на их основе методами порошковой металлургии и может быть использовано при производстве вставок дл  оснащени  бурового инструмента.

Известен способ изготовлени  изделий из твердых сплавов методом гор чего прессовани .

При прессовании порошкообразную твердосплавную смесь загружают в графитовую пресс-форму и спекают в ней изделие при 1360-1600°С под давлением 70150 кг/см.

Недостатком этого способа  вл етс  невозможность получени  качественных изделий . Это св зано с тем, что из-за невысокого давлени  прессовани  издели  получаютс  с конечной остаточной пористостью, что приводит к снижению физико-механических характеристик и интенсивному разрушению инструмента в процессе его эксплуатации.

Наиболее близким решением по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  способ изготовлени  изделий, содержащих сверхтвердые материалы, включающий гор чее прессование шихты, состо щей из алмазного порошка и матричного материала, причем нагрев прессуемой шихты осуществл ют до 1,06-1,15 температуры по влени  жидкой фазы с выдержкой в нагретом состо нии в течение 0,5-2 мин.

Недостатком известного способа  вл етс  низкое качество получаемых изделий.

Цель изобретени  - повышение качества изделий.

С этой целью в описываемом способе изготовлени  твердых сплавов и сверхтвердых композиционнь)х материалов гор чее прессование ведут в две стадии, причем на первой стадии температура нагрева составл ет 1,06-1,15 температуры по влени  жидкой фазы при давлении 40-100 кгс/см, а на второй стадии температуру снижают до 1,03-1,06 температуры по влени  жидкой фазы, а давление повышают до 100200 кгс/см.

Выбранный интервал температур и давлений обеспечивает дл  сплавов на основе карбида вольфрама с различным содержанием кобальта и композиционных материалов на их основе оптимальные свойства после гор чего прессовани . Так, на первой

стадии гор чего прессовани  температура нагрева спекаемого издели  находитс  в пределах 1380-1500°С, что составл ет 1,061 ,15 температуры по влени  жидкрй фазы. Температура по влени  жидкой фазы дл  всех марок твердого сплава составл ет 1300°С.

Конкретный выбор температуры спекани  св зан с количеством кобальта в твердом сплаве. Сплавы с относительно большим содержанием кобальта более интенсивно уплотн ютс , а потому и температура спекани  их ниже, чем у сплавов с малым содержанием кобальта. Так, например , сплав марки ВК6 спекаетс  при 1490°С (1,15 Тпж), ВК8 - при 1420°С (1.09 Тпж), а сплав ВК15-при 1380°С (1.06Тпж).

При приложении на этой стадии относительно высоких давлений происходит выдавливание кобальтовой фазы в зазор между пуансоном и матрицей и поры графитовой пресс-формы. Экспериментально установлено , что допустима  утечка кобальтовой фазы (1% от исходного его содержани ) происходит дл  сплава марки ВК6 при давлении 100 кге/см, ВК880 кгс/см , ВК15-40 кгс/см. Таким образом , допускаемый предел приложени  давлений на первой стадии гор чего прессовани  составл ет 40-100 кгс/см.

На второй стадии необходимо завершить процесс гор чего прессовани , получить беспористые издели . Дл  этого повышают давление до величины, исключающей разрушение пресс-формы и выдавливание кобальтовой фазы в зазор между пуансоном и матрицей, а также в поры пресс-формы. С этой целью температуру издели  снижают до величины (1,06-1.03) Тпж. Нижний предел температуры св зан с наличием жидкой фазы и возможностью уплотн ть издели . Уменьшение нагрева до величины 1,02 Тпж вызывает уже необходимость увеличени  усилий в 3-4 раза, что может привести к разрушению пресс-формы , а при температуре (1,01-1,00)Тпж усадка при гор чем прессовании известными способами практически прекращаетс . Верхний предел температуры нагрева на второй стадии, как уже отмечалось, ограничен жидкотекучестью кобальта, когда утечка кобальтовой фазы превышает 1% от его содержани  в исходной шихте. Экспериментально установлено, что на второй стадии температура нагрева составл ет дл  сплава ВК6 1380°С (1.06Тпж). ВК8-1360°С; (1,04 Тпж) ВК15-1340 С (1,03 Тпж). а давление не превышает 100-200 кгс/см .

Пример. Расчетные навески твердосплавной смеси засыпают в тщательно подготовленные отверсти  графитовой прессформы , затем вставл ют металлические пуансоны и производ т подпрессовку. Давление подпрессовки составл ет30 кгс/см .

Затем извлекают металлические пуансоны и вставл ют графитовые.

Пресс-форму С заформованными навесками твердосплавной смеси устанавливают на прессе внутри индуктора таким

образом, чтобы зазор между пресс-формой и индуктором составл л 2-3 см. Нагрев пресс-формы при гор чем прессовании может осуществл тьс  токами высокой частоты (70000 Гц) или токами низкой частоты

(8000Гц).

Процесс гор чего прессовани  осуществл ют в две стадии.

На первой стадии (дл  сплава марки ВК6) температура нагрева составл ет

1490°С (1,15 теглпературы по влени  жидкой фазы), на второй стадии температуру снижают до 1380°С(1,06 температуры по влени  жидкой фазы). На первой стадии давление составл ет 100 к№/см, а на второй 7.стадии давление повышают до 200 кгс/см . Охлаждение пресс-формы со спеченными образцами до температуры 750-800°С, производ т на прессе, а затем до комнатной температурь) в емкости с песком. После зтого образцы извлекают из графитовых прессформ , галтуют дл  очистки от графита и производ т их механическую обработку. На шлифованных образцах измер ют твердость . Плотность определ ют методом гидростатического взвешивани . Кроме этого, образцы подвергают механическим испытани м с целью определени  предела прочности и при изгибе и ударной в зкости.

Основные физико-механические свойства материалов, полученных по.предложенному способу и известному представлены в табл.ице.

Как видно из данных, приведенных в таблице механические характеристики (предел прочности при изгибе и ударна  в зкость ) образцов, изготовленных по технологическим режимам предлагаемого способа значительно выше, чем дл  образцов , изготовленных по технологическим режимам известного способа.

Так, например, предел прочности при изгибе твердых сплавов марок ВК6 и ВК15 больше, чем предел прочности при изгибе тех же марок твердых сплавов, изготовленных по технологическим режимам известного способа.

Ударна  в зкость сплава ВК6 на 40% больше, а сплава ВК15 в 1,5 раза выше, чем у сплавов тех же марок, изготовленных по известному способу.

Благодар  более высоким значени м механических характеристик образцов из твердых сплавов, изготовленных по

Техиологичксше режимы гор чего лрессомни  обазцое из твердых сплавов « их ф«зии -мехэкичес«ий свойства.

предложенному способу, предполагаетс  более эффективна  работоспособность инструмента , оснащенного этими вставками.