Суміш для виготовлення безвольфрамових твердих сплавів

Реферат: Суміш для виготовлення безвольфрамових твердих сплавів, що включає шихту складний титан-ніобій карбід (Ті, Nb)C, нікель (Ni), хром (Сr), алюміній (Аl), та добавку до зв'язки нікелід алюмінію (Ni3Al), причому нікель та хром введені в шихту у вигляді композиції ніхром (NiCr) у співвідношенні 80-20 % (мас.) для рівномірного розподілення його по об'єму. UA 121420 U (12) UA 121420 U UA 121420 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до області порошкової металургії, а саме до одержання безвольфрамових твердих сплавів з підвищеними характеристиками твердості та міцності, і може бути використана для виготовлення металорізального інструменту. З розширенням технологічних можливостей при виробництві вольфрам кобальтових твердих сплавів, розвитком хімії та порошкової металургії, дефіцитом та високою ціною вольфраму, а також кобальту вже на початку 60-х років почалися інтенсивні роботи зі створення безвольфрамових твердих сплавів. Як основу твердої фази було запропоновано використовувати значно дешевший та доступніший карбід титану, а як металеву зв'язку - нікель. В результаті було розроблено безвольфрамові тверді сплави трьох груп: перша група як зносостійку складову містить твердий карбід титану і ніобію (TiNb)C; друга - карбід титану (ТіС): третя - карбонітридів титану (TiCN). Для стабілізації фізико-механічних властивостей тугоплавка складова і зв'язка сплаву додатково легувались різного роду хімічних елементів елементів (W, Na, Zr, В, Нf) та тугоплавких сполук (V, NbC, Мо2С, та ін.) В результаті подальших досліджень фірмами Corborundum Korp (США) і Montekatini Jedison (Італія) в кінці 60-х років ХХ ст. були розроблені сплави на основі нітридів і боридів (60 % TaN і 40 % ZrB2), карбідів і боридів (50 % ТіС і 50 % ТіВ2) титану. У США, ФРН, Австрії на початку 70-х років налагоджено виробництво сплаву Ферро-ТіС, який створений на основі карбіду титану і сталевої зв'язки. Маючи високу твердість, зносостійкість і жароміцність, ці сплави є проміжним між швидкорізальними сталями і твердими сплавами. В останній час швидко зростає використання безвольфрамових твердих сплавів (БВТС), які все більше витісняють традиційні сплави типу ТК на операціях чистової та напівчистової механічної обробки. Цьому сприяють майже однакові показники стійкості БВТС на операціях високопродуктивної чистової та напівчистової лезової обробки, але значно нижча їх вартість. Основними недоліками безвольфрамових твердих сплавів є низький модуль пружності і більш високий коефіцієнт термічного розширення, що зумовлює їх більшу чутливість до ударних і теплових навантажень. В даний час для металообробки створено та налагоджено промисловий випуск (МЗТС, КЗТС) цілого ряду марок безвольфрамових твердих сплавів на основі карбіду і карбонітриду титану (ТН20, ТН50, КТН16, ЛЦК20, ТВ4), які широко використовуються в різних сферах виробництва. На сьогодні удосконалення БВТС відбувається шляхом підвищення їх міцності для використання у важких умовах роботи обробки: чорнова з ударними навантаженнями та високопродуктивна чистова. Для отримання стійких до зношування та дії високих температур твердих сплавів на основі карбіду титану використовують нікель-хромову зв'язку. Така зв'язка добре змочує карбід титану, утворює ряд низькоплавких евтектик в системі Ni-Cr-С, має високу жаростійкість. Проте сплави на основі карбіду титану з нікель-хромовою зв'язкою характеризуються підвищеною пористістю та невисокою міцністю. За аналог був прийнятий сплав па основі ТіС-VC-NbC-Мо2С. Сплав, має: 53 % ТіС, 20 % VC, 10 % NbC, 5 %) Мо2С и 12 % цементуючий метал групи заліза, по зносостійкості наближується до сплаву Т15К6. При високій твердості (HRA=91-92) цей сплав по міцності при згині (90-105 кг/мм) випереджає сплав Т30К4. [Новые экспериментальные марки твердых сплавов, http://www.eurostal.by/eksperimentalnye-marki-tverdyh-splavov.html]. Через низьку міцність використання його обмежується тільки чистовими операціями металообробки Як прототип нами був прийнятий склад суміші (Ті, Nb)C-Ni-Cr-Аl, описаний [Лазарюк В.В. Розробка та дослідження жаростійких безвольфрамових твердих сплавів (Ті, Nb)C-Ni-Cr-Al. Автореферат десерт. на здоб. наук. ступ. канд. техн. наук. - К., 2004], який включає (Ті, Nb)C у співвідношенні TiC:NbC-70:10 % (мас), Ni, Сr, у співвідношенні 13,5:4,5 % (мас.) та Ni3Al-2 % (мас). Недоліком цієї суміші є те, що нікель і хром, які утворюють зв'язку, додаються у суміш, як окремі елементи. Через неоднорідний розподіл при змішуванні відомими в порошковій металургії технологіями не всі частинки цих компонентів розміщені поряд. В такому випадку при спіканні велика їх частина не взаємодіє між собою з утвореннямнеобхідної для спікання кількості рідкої фази, а утворюють зони, окремо збагачені нікелем або хромом. Так як хром має велику крихкість, та місця скупчення хрому є потенційними зонами утворення тріщин, що приведе до руйнування зразка. Тому в указаних температурах спікання (1350-1380 °C) чистий нікель (Тпл. - 1455 °C), а тим більше чистий хром (Т пл. - 1901 °C), знаходяться в твердому стані. Це в значній мірі зменшує процес ущільнення матеріалу при спіканні. Тому матеріал спечений в 1 UA 121420 U 5 10 15 20 25 30 таких умовах має високу залишкову мікропористість і як наслідок низькі значення твердості, механічної міцності, тріщиностійкості. В основу корисної моделі поставлено задачу такого вдосконалення суміші для виготовлення безвольфрамових твердих сплавів, при якому, завдяки тому, що в суміші, що включає шихту складний титан-ніобій карбід (Ті, Nb)C, нікель (Ni), хром (Сr), алюміній (Аl), та добавку до зв'язки нікелід алюмінію (Ni3Al), згідно з корисною моделлю, нікель та хром введено в шихту у вигляді композиції ніхром (NiCr) у співвідношенні 80-20 % (мас.) для рівномірного розподілення його по об'єму. Завдяки цьому і можливе створення безвольфрамового твердого сплаву з підвищеною міцністю та тріщиностійкістю за рахунок підбору його компонентів. Суть корисної моделі полягає в наступному: Шихта сплаву включає (Ті, Nb)C-Ni-Cr-Al, та добавку до зв'язки Ni3Al, відрізняється тим, що: 1 - нікель та хром добавляється в шихту в композиції NiCr у співвідношенні 80-20 % (мас.) для рівномірного розподілення його по об'єму; що приводить до появи рідкої фази ще до температури спікання шихти і рівномірної усадки при спіканні. Крім цього легуючі добавки ніхрому покращують умови спікання сплаву, та підвищують його властивості. Приклад конкретної реалізації пропонованої корисної моделі. Зразки виготовляли з запропонованої в описі шихти та шихти взятої за прототип. Для спікання використовували зразки діаметром 15 мм і висотою 10 мм. Пресували у металічній прес-формі під тиском 20 МПа. Процес спікання проводили в печі СШВЄ - 1,25 у вакуумі 13,3-1,33 Па, при температурі 1350 °C при витримці 20-40 хв. Готовили шліфи та визначали властивості по стандартним методикам. Для зразків виготовлених із суміші за прототипом були отримані властивості: HV=1700 МПа, 1,2 HRA=90,0, Кіс=6,8-7,0 МПа·м , σЗГ=1050 МПа. Залишкова пористість зразків знаходиться нарівні В1 0,2. Для зразків виготовлених із суміші корисної моделі отримані властивості: HV=1850 МПа, 1/2 HRA=91,5, Кіс=7,8-8.2 МПа·м , σЗГ=1200 МПа при залишковій пористості А1 0,1, що підтверджує ефективність використання корисної моделі. Ефективність пропонованої корисної моделі "Суміш для виготовлення безвольфрамових твердих сплавів" підтверджено науково-експериментальними дослідженнями, проведеними в НТАК "АЛКОН" НАН України. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 Суміш для виготовлення безвольфрамових твердих сплавів, що включає шихту складний титанніобій карбід (Ті, Nb)C, нікель (Ni), хром (Сr), алюміній (Аl), та добавку до зв'язки нікелід алюмінію (Ni3Al), яка відрізняється тим, що нікель та хром введені в шихту у вигляді композиції ніхром (NiCr) у співвідношенні 80-20 % (мас.) для рівномірного розподілення його по об'єму. 40 Комп’ютерна верстка О. Рябко Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2