Спосіб одержання твердих сплавів

1. Спосіб одержання твердих сплавів, що включає пресування шихти, спікання на першій стадії при нагріванні зі швидкістю 35-40град./хв. до 800-850°С з наступною витримкою впродовж 3040хв., а на другій стадії при нагріванні із швидкістю 50-55град./хв. до температури рідкофазного спікання з наступною витримкою протягом 3-20хв., після цього температуру знижують до температури 3 снюють шляхом нагрівання її до температури вище температури 1350-1480°С, тобто до температури утворення рідкої фази, витримки при цій температурі упродовж 30-120хв. і охолодження її до кімнатної температури. Недоліком даного способу є формування неоднорідної структури - наявністю в ній зерен карбіду вольфраму розміром 0,5-10мкм (окремі зерна і їх скупчення мають розмір до 30мкм), кобальтового прошарку розміром 0,5...2мкм, великої залишкової пористості, а також крупних (>50мкм) пор, які є найменш міцною ланкою в структурі сплаву, ініціюють зародження і поширення тріщини, що в значній мірі знижує механічну міцність і тріщиностійкість твердого сплаву і його експлуатаційні характеристики. Степінь проявлення цих недоліків способу збільшується при зменшенні розміру карбідних зерен, дефектності кристалічної комірки, неоднорідності хімічного складу, а також співвідношення їхніх розмірів у вихідному стані. Тому такий спосіб реалізується в основному в технології промислового виробництва виробів із крупнозернистих твердих сплавів. Відомий спосіб виготовлення виробів із дрібнодисперсних сплавів WC-Co, (В.А. Фальковський, Л.И. Клячко. «Твердые сплавы. - М. Издательский дом «Руда и металлы». 2005. с.347, 366, 372-373, 380-389), згідно з яким спресовані зразки із суміші WC-10 Co (% за масою) спікали в дві стадії: попередньо при 650°С в водні, а кінцеве спікання зразка - в вакуумі з витримкою 30хв, при температурі 1400°С. Для зменшення розміру карбідного зерна і, як наслідок, підвищення твердості сплаву використовують карбід ванадію, хрому і танталу, або ніобію. В той же час, наявність в структурі твердого сплаву вищенаведених карбідів не перешкоджають локальному росту карбідних зерен збільшують пористість структури. Крім того, вищеназвані карбіди, розчиняються в металевій зв'язці зменшують її пластичність, а деяка частина, відкладаючись на границях зерен карбіду вольфраму, збільшує хрупкість. Ці фактори приводять до зменшення механічної міцності і тріщиностійкості твердого сплаву і його експлуатаційних властивостей, особливо, при роботі у важких умовах роботи. Крім того, така технологія ускладнюється, через необхідність розробки спеціальних заходів для введення карбідних інгібіторів у певному стані і відповідних розмірів. Найближчим технічним рішенням прийнятим за найближчий аналог є спосіб одержання твердих сплавів (див. патент на корисну модель №37244, МПК В22Г3/12, С22С1/05 опубл. 25.11.08 в бюл №22), який включає пресування шихти, спікання при нагріванні зі швидкістю 35-40град./хв. до 800850°С з наступною витримкою упродовж 30-40хв., а потім - із швидкістю 50-55град./хв. нагрівають до заданої для даного сплаву температури рідкофазного спікання з наступною витримкою 3-20хв, а після цього температуру знижують до температури твердофазного спікання 1200-1250°С і здійснюють витримку упродовж 60-120хв. Спосіб реалізується при високій (5055град./хв.) швидкості нагрівання від 800-850°С до стандартної для кожного сплаву температури рід 44117 4 кофазного спікання. Недовготривала витримка при цій температурі дозволяє повністю ущільнити пористу заготовку із стандартних середньозернистих твердосплавних сумішей, що містять кобальту більше 15% (за масою), або із сумішей, в яких вміст кобальту менше 10-15%, але з розміром зерен WC менше 0,5мкм. Подальше твердофазне спікання заготовки після повного її ущільнення унеможливлює інтенсивний ріст карбідних зерен і кобальтового прошарку. Це дозволяє без додаткового розмелу вихідної суміші і без використання інгібіторів росту зерен WC сформувати однорідну, дрібнодисперсну, структуру сплаву, що підвищує його твердість і міцність, і як наслідок покращує експлуатаційні характеристики в умовах дії високих статичних навантажень. Реалізація даного способу дозволяє підвищувати твердість сплавів незалежно від вмісту кобальту. Недоліком описаного способу є те, що при його реалізації зменшується тріщиностійкість сплавів в порівнянні із стандартними сплавами тим більше, чим менше вміст кобальту в сплаві та чим менший розмір карбідного зерна. Крім цього, зменшується і ступінь підвищення міцності на згин у разі використання середньозернистих сумішей. Так для сплавів з вмістом кобальту 15% (за масою) міцність на згин є на рівні, а для сплава ВК8 менше міцності сплавів, які спікались за стандартною технологією (аналог 1). Це приводить до зменшення їх експлуатаційних властивостей, особливо в умовах дії ударних навантажень, для яких вони і призначені. Причиною є те, що рідкофазне ущільнення сплаву реалізується під дією капілярних сил за механізмом проковзування твердих зерен карбіду вольфраму. Тому інтенсивність і повнота цього процесу в основному залежить від кількості кобальту в суміші. Наприклад для сплаву ВК20 кількість рідкої фази з урахуванням 35-ти процентного розчинення карбіду вольфраму в рідкому кобальті складає близько 30 (% об'єм.). Це забезпечує високу щільність заготовки вже протягом 3-х хвилинної ізотермічної витримки, що зумовлює високу твердість і достатню міцність на згин. Подальше твердофазне спікання приводить до збільшення міцності границь міжзеренних WC-WC і міжфазних WC-Co та збільшення міцності сплаву без зменшення його твердості. У разі зменшення кобальту в сплаві, наприклад до 6-8% (за масою), кількість рідкої фази при температурі рідкофазного ущільнення складає тільки 10-12% (об'єми.). Це призводить до погіршення умов ущільнення і до відповідного збільшення залишкової мікропористості в структурі сплаву, а також до зменшення міцності границь зерен карбіду вольфраму і, як наслідок зменшення міцності і тріщиностійкості сплаву після цієї стадії спікання. Недостатня активність дифузійних процесів в умовах твердофазного спікання при 1200-1250°С не дозволяє суттєвого зменшити мікропористість в структурі сплаву, у разі зменшення вмісту кобальту, навіть в умовах довготривалої ізотермічної витримки та підвищити міцність границь, особливо зерен WC, оскільки вони є стоками вакансій, дислокацій, які утворюються в процесі дифузійних процесів. Тому для мало- і серед 5 ньокобальтових (Со