Спечений твердий сплав на основі карбіду титану, легований нанокарбідом вольфраму

Реферат: Спечений твердий сплав містить карбідну основу і металеву зв'язку, причому як карбідну основу він містить карбід титану, легований нанокарбідом вольфраму та карбідом ванадію, і нікель-хромову металеву зв'язку, при наступному вмісті компонентів, мас. %: нікель 13,5 хром 4,5 нанокарбід вольфраму 5-15 карбід ванадію 5 карбід титану решта. UA 113025 U (54) СПЕЧЕНИЙ ТВЕРДИЙ СПЛАВ НА ОСНОВІ КАРБІДУ ТИТАНУ, ЛЕГОВАНИЙ НАНОКАРБІДОМ ВОЛЬФРАМУ UA 113025 U UA 113025 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Корисна модель стосується спечених твердих сплавів, отриманих методом порошкової металургії і призначених для виготовлення металорізальних інструментів, що використовуються для виготовлення деталей механізмів і машин, та працюють в умовах підвищеного зношування і тертя в інтервалі температур від кімнатної до 800 °C, інструментів для безстружкової обробки металів, а також для напівчистової і чистової обробки вуглецевих, легованих конструкційних та інструментальних сталей. Відомий спечений твердий сплав (Патент України № 7943/А, кл. С 22 С 29/02, 26.12.95, Бюл. № 4, "Спечений твердий сплав"), що містить карбідну основу і металеву зв'язку при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: нікель 8-20 хром або титан 0,5-5 залізо 1-4 мідь або ніобій, або 1-2 молібден, або кремній нітрид алюмінію або нітрид 1-4 титану, або нітрид бору карбід титану або карбід ванадію, або карбід ніобію, решта. або їх суміш Недоліком даного сплаву є недостатньо висока термостійкість (при перепаді температур 600 °C витримують 18 циклів навантаження-розвантаження), що суттєво звужує область їх застосування. Відомий також спечений твердий сплав, прийнятий за прототип (Патент України № UA 85230 U, кл. С22С 29/10, 11.11.13, Бюл. № 21, "Спечений твердий сплав"), що містить карбідну основу і металеву зв'язку. Проте, даний сплав при високих значеннях твердості має недостатньо високу термостійкість (при перепаді температур 600 °C витримують до 37 циклів навантаження-розвантаження), що звужує область його застосування, оскільки в процесі його експлуатації при напівчистових режимах різання відбувається крихке руйнування ріжучої кромки інструменту. В основу корисної моделі поставлено задачу підвищення термостійкості сплаву та за рахунок цього розширення діапазону його використання на операціях металообробки, шляхом виготовлення спеченого твердого сплаву, що як карбідну основу він містить карбід титану, легований нанокарбідом вольфраму та карбідом ванадію, і нікель-хромову металеву зв'язку, при наступному вмісті компонентів, мас. %: нікель 13,5 хром 4,5 нанокарбід вольфраму 5-15 карбід ванадію 5 карбід титану решта. Введення у склад сплавів легуючого нанокарбіду вольфраму та карбіду ванадію дозволяє підвищити густину сплаву на 7…10 % і отримати гомогенну структуру з мінімальною пористістю. Легування нанокарбідом вольфраму також дозволяє не використовувати диспергуючі добавки, оскільки в його присутності у нанорозмірному вигляді утворюється дрібнозерниста структура сплавів з розміром зерен меншими, ніж ті, що утворюються при застосуванні таких добавок. Введення у сплав карбіду ванадію, в кількості 5 % (мас.) активує процес спікання за рахунок утворення периферійного шару твердого розчину карбідів і утворення більш дрібнозернистої структури (середній розмір карбідних зерен - 0,6…0,8 мкм). Легування карбідної основи в кількості, меншій ніж 5 % кожного з легуючих карбідів, не приводить до суттєвого підвищення термостійкості. Легування нанокарбідом вольфраму в кількості більше 15 % (мас.) недоцільно в зв'язку зі збільшенням впливу рекристалізаційних процесів і, як наслідок, зниженням механічних властивостей. Використання легованого карбіду титану з нікель-хромовою зв'язкою, яка добре змочує карбідну основу (краєвий кут змочування 16-23°) приводить до підвищення термостійкості сплавів. Як металеву зв'язку використовували порошки нікелю і хрому, а як компоненти карбідної основи - порошки карбідів титану і ванадію та нанокарбіду вольфраму. Технологія отримання сплавів є наступною: В диспергатор завантажують компоненти тугоплавкої основи сплаву в потрібному співвідношенні і диспергують в спиртовому середовищі до гомогенного стану (дисперсність частинок 1…5 мкм). Гомогенну суміш вивантажують, підсушують у вакуумних сушильних 1 UA 113025 U 5 шафах, потім усереднюють розміри перетиранням суміші через сито з розміром вічка не більше 5 мкм. В отриману суміш вводять пластифікатор (5 %-ий розчин каучуку в бензині) в кількості 1 % (мас.) і знову усереднюють розміри перетиранням через сито. Із приготовленої шихти -2 пресують заготовки, які спікають при температурі 1300…1400 °C у вакуумі 1,33×10 Па протягом 20-60 хвилин. В таблиці наведено хімічні склади сплавів (№ 1 - прототип) і їх властивості. Таблиця № 1 1 2 3 4 10 Склад сплаву, мас. % 2 Прототип Карбід титану Карбід ванадію Нанокарбід вольфраму Нікель Хром Карбід титану Карбід ванадію Нанокарбід вольфраму Нікель Хром Карбід титану Карбід ванадію Нанокарбід вольфраму Нікель Хром 72,0 5,0 5,0 13,5 4,5 67,0 5,0 10,0 13,5 4,5 62 5 15 13,5 4,5 Термостійкість, (кількість циклів навантаженнярозвантаження при перепаді температур) 600 °C 700 °C 800 °C 3 4 5 37 33 12 62 57 48 65 54 36 70 68 64 Таким чином, запропонований спечений твердий сплав забезпечує підвищення термостійкості сплаву в 1,7-4 рази та за рахунок цього розширення діапазону його використання на операціях металообробки. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 Спечений твердий сплав, що містить карбідну основу і металеву зв'язку, який відрізняється тим, що як карбідну основу він містить карбід титану, легований нанокарбідом вольфраму та карбідом ванадію, і нікель-хромову металеву зв'язку, при наступному вмісті компонентів, мас. %: нікель 13,5 хром 4,5 нанокарбід вольфраму 5-15 карбід ванадію 5 карбід титану решта. Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2