Спосіб одержання твердих сплавів

Спосіб одержання твердих сплавів, який включає пресування шихти, спікання при нагріванні зі швидкістю 35-40град./хв. до 800-850°С з наступною витримкою протягом 30-40хв., а потім здійснюють нагрівання із швидкістю 50-55град./хв. до температури рідкофазного спікання з наступною витримкою, який відрізняється тим, що після нагрівання до температури рідкофазного спікання проводять витримку протягом 3-20хв., а після цього температуру знижують до температури твердофазного спікання 1200-1250°С і здійснюють витримку протягом 60-120хв. (19) (21) u200806401 (22) 14.05.2008 (24) 25.11.2008 (46) 25.11.2008, Бюл.№ 22, 2008 р. (72) ПРОКОПІВ МИКОЛА МИ ХАЙЛОВИЧ, UA, ХАРЧЕНКО ОЛЕГ ВАЛЕНТИНОВИЧ, UA, ПРОКОПІВ НАЗАР МИКОЛАЙОВИЧ, U A (73) ІНСТИТУТ НАДТВЕРДИ Х МАТЕРІАЛІВ ІМ. В.М. БАКУЛЯ НАН УКРАЇНИ, UA, ПРОКОПІВ МИКОЛА МИ ХАЙЛОВИЧ, UA, ХАРЧЕНКО ОЛЕГ ВАЛЕНТИНОВИЧ, UA, ПРОКОПІВ НАЗАР МИКОЛАЙОВИЧ, UA 3 37244 мують загальний ріст зерен, підвищуючи твердість сплаву. В той же час, наявність в структурі твердого сплаву ви щенаведених карбідів перешкоджають локальному росту карбідних зерен. Цей фактор, а також розчинність їх в пластичній зв'язці приводить до зменшення механічної міцності твердого сплаву. Найближчим технічним рішенням прийнятим за прототип є спосіб одержання твердих сплавів [патент РФ № 2048266, МПК B22F3/12 (С22С1/05), опубл. 1995.11.20], який включає пресування шихти, спікання при нагріванні зі швидкістю 3540град./хв. до 800-850°С з наступною витримкою упродовж 30-40хв., а потім - із швидкістю 5055град./хв. до температури рідкофазного спікання з наступною витримкою, при цьому спікання здійснюють в псевдозрідженому шарі попередньо спеченого оксиду алюмінію у відновлюваній атмосфері при нагріванні з швидкістю 35-40град. /хв. до 1350-1400°С і наступною витримкою упродовж 5060хв. Недоліком описаного способу є висока неоднорідність структури сплаву, яка пов'язана з ростом зерен карбіду вольфраму в процесі рідкофазного спікання і формуванням гострокутної призматичної форми в широкому інтервалі розмірів, що знижує його експлуатаційні характеристики. В основу корисної моделі покладено завдання такого вдосконалення способу одержання твердих сплавів, при якому забезпечується підвищення однорідності структури сплаву і, як наслідок, підвищення густини, твердості і механічної міцності. Поставлене завдання досягається тим, що в способі одержання твердих сплавів, який включає спікання попередньо спресованої заготовки шляхом нагрівання зі швидкістю 35-40град./хв. до 800850°С з наступною витримкою упродовж 30-40хв., а потім - із швидкістю 50-55град./хв. до температури рідкофазного спікання з наступною витримкою, згідно корисної моделі рідкофазне спікання здійснюють при витримці 3-20хв., а після цього температур у знижують до 1200-1250°С і здійснюють витримку упродовж 60-120хв. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак, що заявляється і технічними результатами, які досягаються при її реалізації, полягає у наступному: завдяки витримці упродовж 3-20хв. при температурі 1350-1470°С забезпечується повне ущільнення спресованої заготовки, утворення і ріст контактів між зернами карбіду вольфраму, але при цьому не відбувається значного їх росту, яке б привело до відповідного зменшення властивостей твердого сплаву. При витримці менше 3хв при цій температурі не забезпечується повне ущільнення спресованої заготовки і, як наслідок, зменшення твердості і механічної міцності твердого сплаву. При збільшенні витримки більше як 20хв відбувається ріст карбідних зерен і відповідне зменшення вищенаведених характеристик твердого сплаву. Максимальне значення витримки рекомендується при спікання твердих сплавів із середнім розміром карбідного зерна 1,5мкм. Зменшення 4 витримки до З хв. ефективно в разі зменшення розміру карбідного зерна до нанорозмірної величини (30....100нм). У випадку зниження температури до 12001250°С на контактах між зернами карбіду вольфраму, а також між ними і кобальтом, продовжується взаємодія, але вже по механізму твердофазної коалесценції з утворенням міцних міжзеренних та міжфазних контактів. Тобто остаточне спікання сплаву буде проходити за умов, коли домінуючим механізмом буде механізм формування контактів між зернами карбіду вольфраму, а не розчинення карбідних зерен в рідкій фазі та їх як загальний, так і локальний ріст з утворенням гострокутної призматичної форми, що сприяє підвищенню щільності структури сплаву. При нагріванні до температури менше 1200°С не досягаються необхідні фізико-механічні і експлуатаційні властивості твердого сплаву, а ви ще 1250°С можлива поява рідкої фази, тобто виникнуть ті ж самі умови спікання в рідкій фазі, які виникають у способі, взятого в якості прототипу. Витримка при цій температурі упродовж 60....120хв. забезпечує досягнення необхідної якості твердого сплаву. У випадку, коли витримка менше 60хв. спостерігається зменшення показників твердості, механічної міцності твердого сплаву. Витримка більше 120хв. не приводить до подальшого покращення цих характеристик сплаву. Рекомендується збільшення витримки здійснювати також у випадку збільшення розміру карбідного зерна у вихідній суміші. Запропонований спосіб можна реалізовувати, як в вищенаведених умовах, так і при спіканні у вакуумі, і під тиском газу до 10МПа. Пропонований спосіб здійснюється наступним чином. Приклад 1. В алундову трубу діаметром 32мм і висотою 143мм розміщували спресовану заготовку із сплаву ВК20 у вигляді циліндру з внутрішнім отвором. Зовнішній діаметр заготовки - 21мм. Діаметр отвору - 4.5мм, висота - 41мм. Заготовку засипали попередньо спеченим оксидом алюмінію і подавали водень. Після цього включали нагрівання зі швидкістю 35град/хв. По досягненню температури 800±5°С зразок витримували упродовж 30хв, а потім знову нагрівали зі швидкістю 50град/хв до 1350°С і витримували упродовж 10хв. Після витримки знижували температур у до 1250°С і витримували 60хв. Після останньої витримки нагрівання відключали. Спосіб було реалізовано також при граничних (приклади 1-3) і при виході за границі (приклади 49) пропонованих режимних параметрів. Дані зведено в таблицю, додається. Як видно з таблиці, при реалізації запропонованих за пропонованим способом режимних параметрів, одержано твердий сплаву ВК20, показники твердості і міцності при згині якого, в 1,2- 1,5 і на 1,2 HRA, а щільності на 0,1-0,2г/см 3 перевищують відповідні показники твердого сплаву ВК20, одержаного за способом, який взято в якості прототипу. Додаток 5 37244 6 Таблиця режимів спікання твердого сплаву ВК20 і його властивості Температура Об'єкт випробувань № п/п рідкофазного спікання, °С Спосіб за винаходом Спосіб за прототипом 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1350 1350 1350 1350 1350 1350 1350 1350 1350 Режими спікання Властивості сплаву Час ви- Температура Час виМіцність Густина g, Твердість тримки, твердо-фазного тримки, при згині 3 HRA г/см хв. спікання, °С хв. Rbm, МПа 10 1230 90 13,77 84,7 2568 3 1250 120 13,76 84,75 2425 20 1200 60 13,76 83,9 2388 1 1230 90 13,6 83,45 1980 25 1230 90 13,73 83,75 2080 10 1170 60 13,64 84,7 1875 10 1270 120 13,75 84,5 2100 10 1250 50 13,71 84,48 2008 10 1230 130 13,77 84,7 2468 10 Комп’ютерна в ерстка Л. Купенко 13,75 Підписне 83,5 2100 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601