Спечений твердий сплав на основі карбіду вольфрама

Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно, к спеченным твердым сплавам на основе карбида вольфрама, используемым для изготовления прокатного инструмента, в частности, прокатных дисковых валков для проволочных станов. Известен спеченный твердый сплав на основе карбида вольфрама для валков станов горячей прокатки (авт.св. СССР №1636468, кл. С 22 С 28/08, В 21 В 27/00, опубл. 23,03.91. Бюл. №11), который содержит мас.%: кобальт 10-30, карбид тантала 0,015-5,0, карбид хрома 0,015-1,0, карбид вольфрама - остальное. Применение данного сплава в валках проволочных станов приводит к резкой выработке калибра на прокатном валке за счет интенсивного трещинообразования, которое появляется в результате термической и механической усталости материала валка. Трещины образуются под воздействием циклического нагрева и охлаждения поверхности прокатного валка, а также его периодического механического нагружения под действием давления прокатки и крутящего момента. Трещинообразование повышает шероховатость поверхности калибра, что вызывает разрушение поверхности, выкрашивание частиц твердого сплава и, следовательно, снижает качество производимой продукции. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является металлокерамический антифрикционный сплав (авт.св. СССР №436881, кл. С 22 С 29/00, опубл. 25.07.74. Бюл. №27), на основе карбида вольфрама, который содержит мас.%: карбид вольфрама 50-70, никель 5-10, кобальт 0,5-5, хром 0,5- 5, медь - остальное. Недостатком данного материала является недостаточная стойкость к образованию тепловых трещин, что приводит к быстрой выработке калибров и не обеспечивает эксплуатационную надежность работы прокатного стана. Это объясняется тем, что данный материал имеет крупнозернистую стр уктур у (5-7 мкм), следовательно недостаточную износоустойчивость и эксплуатационную прочность (в том числе сопротивляемость ударам, вибрации и выкрашиваниям карбидных частиц сплава). В основу предполагаемого изобретения поставлена задача усовершенствования спеченного твердого сплава на основе карбида вольфрама путем введения регулирующей добавки оксида гафния, а также изменением процентных соотношений компонентов сплава, чем обеспечивается достижение зернистости карбидной фазы 2-3 мкм, что повышает стойкость к образованию тепловых трещин, в результате чего увеличивается износоустойчивость калибра валка и эксплуатационная надежность работы прокатного стана. Для достижения поставленной задачи в известный спеченный твердый сплав на основе карбида вольфрама, содержащий кобальт, никель и хром, дополнительно введен оксид гафния при следующем соотношении компонентов, мас.%: при этом размер зерен карбидной фазы соответствует 2-3 мкм. Добавка оксида гафния увеличивает жаропрочность сплава, уменьшает трещинообразование, повышая при этом работоспособность валка при горячей прокатке металла. Введение оксида гафния в количестве меньшем 0,5 мас.% практически не оказывает влияния на структурообразование сплава. Получаемая зернистость материала соответствует 5-7 мкм, что аналогично зернистости ранее применяемых сплавов. Использование оксида гафния в количестве большем 3 мас.% приводит к наличию в сплаве зерен непровзаимодействующего оксида гафния, что снижает прочность и твердость сплава. Содержание кобальта в пределах 8-10 мас.% обеспечивает повышенную прочность, твердость и высокую эксплуатацию стойкость сплава. При содержании кобальта в сплаве ниже 8 мас.% ухудшается смачиваемость карбидных зерен связующим металлом, увеличивается хаотический рост зерен карбидной фазы, снижается стойкость к образованию тепловых трещин. При увеличении содержания кобальта в сплавах более 10 мас.% повышаются прочностные характеристики, но резко снижается твердость материала, следовательно, снижается его износостойкость. Содержание никеля в сплавах 7-9 мас.% обеспечивает повышенную стойкость к образованию тепловых трещин и коррозийную стойкость, необходимых для увеличения срока службы калибра валка. Уменьшение содержания никеля менее 7 мас.% приводит к снижению прочностных характеристик сплавов, эксплуатационной прочности и стойкости к образованию тепловых трещин. Увеличение содержания никеля в сплавах приводит к резкому снижению твердости, следовательно, износостойкости, а также работоспособности валка. Процентное соотношение вводимого кобальта 8-10 мас.% и никеля 7-9 мас.% обеспечивает получение в сплаве максимальных значений прочностных свойств (2800-2900 МПа) и существенно снижает поверхностное трещинообразование при эксплуатации валков. Добавка хрома в количестве менее 0,3 мас.% не изменяет структуры сплава и его физико-механических и эксплуатационных свойств. Введение хрома в пределах от 0,3-1,5 мас.% обеспечивает увеличение прочности сплава и улучшение его эксплуатационных характеристик. Оптимальный химический состав предлагаемого сплава изготовленного по заданным техническим режимам позволяет получить сплав с размером зерен карбидной фазы 2-3 мкм, что обеспечивает материалу повышенную износостойкость, максимальную прочность, удовлетворительную твердость (86-88 HRA), и, следовательно, высокую эксплуатационную надежность прокатного инструмента. Более мелкозернистый сплав отличается пониженной прочностью и повышенной способностью к трещинообразованию. Повышение зернистости карбидных зерен до 5-10 мкм приводит к снижению твердости и износостойкости калибрующей поверхности валка. Пример. Предлагаемый твердый сплав изготавливали по следующей технологии: порошкообразные компоненты заданного химсостава (карбида вольфрама, кобальта, никеля, хрома и оксида гафния) в шаровой мельнице, футерованной твердосплавными пластинами, в среде гидролизного спирта измельчались до получения однородной смеси по химсоставу и зернистости. Смесь пластифицировали раствором синтетического каучука в бензине. Затем из пластифицированной смеси прессовали опытные образцы заготовок и проводили предварительное и окончательное спекание в вакуумной печи. На спеченных изделиях определяли физико-механические и эксплуатационные свойства опытных составов и сплавов. Результаты проведенных испытаний сведены в таблицу. Анализ результатов показывает, что предлагаемые составы твердого сплава при следующем содержании компонентов мас.%: обладают наиболее высокими прочностью ( 2800-2900 МПа ) и твердостью (86-88 HRA), что обеспечивает эксплуатационную прочность материала, а достигнутые значения трещиностойкости (16-17,5 МПа×м 1/2) гарантируют эксплуатационную надежность прокатных дисковых валков.