Спечений твердий сплав

98/2MW МПК6С22С 29/08 В24|)з/06 Спечений твердий сплав Винахід стосується області одержання спечених твердих сплавів, які можуть використовуватись в будь-якій області техніки. Найбільш близькими за технічною суттю до запропонованого є спечений твердий сплав, який містить (мас.%): карбід вольфраму (82-95), кобальт (3-9) та реній (2-9) (див. Авт.св. №616814 (СССР), Мкл3.С 22 С 29/00 Опубл. Б.И. №15, 1982г.). При роботі в умовах високих навантажень ці сплави мають ряд недоліків, а саме низькі показники межі міцності при згині (азг), загальної роботи деформації (AJr), пластичної роботи деформації (АІ1Л), а також втомної тріщиностійкості, яка характеризується пороговим коефіцієнтом інтенсивності напруги Kth та критичним коефіцієнтом інтенсивності напруги Kfc. Це зв'язано з тим, що тверді сплави WC-Co,Re мають жорсткий карбідний скелет з високорозвиненою міжфазною поверхнею WC/WC, а також накопиченням гексагональної модіфікації кобальту в кобальтренієвій зв'язці під час роботи твердосплавних виробів. Накопичення гексагональної модіфікації кобальту знижує 2 / пластичність зв'язки, її здатність поглинати енергію та релаксувати напруги. Все це веде до руйнування твердого сплаву в цілому. В основу винаходу поставлено задачу такого вдосконалення спеченого твердого сплаву, при якому завдяки введенню в нього кремнію та нікелю підвищуються межа міцності при згині, загальна та пластична робота деформації, а також значення^оефіцїєнта інтенсивності напруги та критичного коефіцієнта інтенсивності напруги. Для розв'язання цієї задачі спечений твердий сплав, що містить карбід вольфраму, кобальт і реній, згідно винаходу, додатково містить кремній та нікель при наступному співвідношенні компонентів (мас.%): карбід вольфраму - 75,0-^95,0 кобальт - 2,5-г18,0 реній - 1,0-5-10,0 кремній - ОДн-0,5 нікель - 1,4-н8,0 Причинно—наслідковий зв'язок між сукупністю ознак, що заявляється, і технічними результатами, що досягаються при її реалізації, полягає у наступному. Кремній є поверхнево-активним елементом по відношенню до карбіду вольфраму. Він суттєво знижує поверхневу енергію на міжфазній границі карбід вольфраму - зв'язка, а тому під час рідкофазного спікання в твердому сплаві з частинок WC формується карбідний скілет з меншою питомою міжфазною поверхнею WC/WC, це знижує жорсткість карбідного скілету і веде до підвищення значень межі міцності при згині та загальної і пластичної роботи деформації. При введені нікеля в зв'язці стабілізується кубічна модифікація кобальту і не утворюється його гексагональна модифікація. Гексагональна модифікація кобальту має одну поверхню легкого ковзання, а кубічна модифікація кобальту має чотири легкі поверхні ковзання, тому така зв'язка здатна релаксувати напруги і є більш пластичною. Це веде до збільшення роботи деформації та втом ^ ної тріщиностійкості, а саме значень коефіцієнтів Kth і Kfc. У сукупності підвищення показників ®ІГ, Азг, Апл, Kth і Kfc веде до значного підвищення працездатності спеченого твердого сплаву. Експеременти по досліджуваності межі міцності при згині були виконані по стандартним методикам згідно із ГОСТ 20019 - 74. Загальну роботу деформації та її складову частину пластичну роботу деформації визначили з діаграми навантаження - деформація, яку було одержано при випробуваннях зразків на стиск по методиці згідно ГОСТ 27034-86. Експерименти по досліджуванню втомної тріщиностійкості зразків, виготовлених з спечених твердих сплавів, були виконані на пристрої та по методиці, описаній в роботі A.F.Lisovsky, T.E.Gracheva and V.N.Kulakovsky. Composition and Properties of (Ti,W)C-WC-Co sintered Carbides Alloyed by MMI-process/ International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 1995, vol.13, pp.379-383. Зразки для випробуваннь були виготовлені методом порошкової металургії. Суміш, яка містила порошки карбіду вольфраму, кобальту, ренію, нікелю та кремнію в заданому співвідношенні, пресували і потім спікали в вакуумі. Кремній може бути введений в порошкову суміш також у вигляді порошків сіліцидів, наприклад сіліциду вольфраму, сіліциду нікеля і т.д. Приклади конткретної реалізації. Приклад 1. Було спечено твердосплавний зразок розмірам и 5 х 5 х 35 мм з твердого сплаву, що містив 85,00 мас.% WC; 5,0 мас.% Ni; 6,25 Co; 0,25 мас.% Si та 3,50 мас % Re. Ці зразки були випробувані на згин, стиск та втомну тріщиностійкість. На втомну тріщиностійкість випробування були проведені при резонансній частоті 280-^330 Гц в умовах асиметричного циклу. Випробування були проведені при базі 400000 циклів. Результати випробувань були представлені на діаграмі в координатах швидкість росту втомної тріщини (lg V) - коефіцієнт інтенсивності напруги (Кі). Із діаграми було визначено пороговий коефіцієнт інтенсивності напруги Kth та критичний коефіцієнт інтенсивності напруги Kfc. Коефіцієнту Kth та Kfc характеризують втомну тріщиностійкість твердих сплавів. Було виготовлено також спечені тверді сплави при граничних значеннях компонентів (приклади 2-5) та за їх межами (приклади 6-9), а також при тих самих умовах виготовлення - склад за прототипом (приклад 10). Дані зведені в талицю (додається). Як видно з таблиці, використання винаходу, що заявлено, спечений твердий сплав дає можливість підвищити на 50% межу міцності при згині, на 55% загальну роботу деформації, на 86% пластичну роботу деформації, на 38% пороговий коефіцієнт інтенсивності напруги, на 23% критичний коефіцієнт інтенсивності напруги у порівнянні з прототипом. Об'єкт випро бувань № п/п Показники ефективності Склад спеченого твердого сплаву (мас %) WC Co Re Si Ni МПа МДж/м3 МДж/м3 Kth Kfc и5 МПа»м МПа«м0! Спечений твердий Спечений твердий сплав зп дю винаходу сплав за прототипом 1 85,0 6,25 3,50 0,25 5,00 2810 120 80 9,7 13,2 2 75,0 13,1 10,0 0,5 1,4 2650 115 78 9,5 13,0 3 95,0 2,5 1,0 0,1 1,4 2110 100 68 9,0 12,1 4 76,0 18,0 3,0 0,2 2,8 2580 по 76 9,4 12,8 5 76,0 10,8 5,0 0,2 8,0 2490 105 70 9,3 12,6 6 72,0 13,1 13,0 0,5 1,4 1750 70 41 6,8 10,5 7 96,0 1,92 0,80 0,08 1,20 1610 67 38 6,6 9,8 8 76,0 19,0 3,0 0,7 2,3 1680 68 39 6,9 10,1 9 80,0 7,0 і ft 0,2 9,0 1700 69 40 6,7 10,0 10 85,0 8,0 7,0 1800 77 43 7,0 10,7