Спосіб термоциклічної обробки висококобальтових карбідовольфрамових твердих сплавів

Реферат: Спосіб термоциклічної обробки висококобальтових карбідовольфрамових твердих сплавів включає термічну обробку твердих сплавів для їх зміцнення. Для підвищення пластичності твердих сплавів одночасно із збереженням їх міцності термоциклічну обробку проводять у вакуумі з багаторазовим переходом через лінію солідус. UA 89702 U (12) UA 89702 U UA 89702 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до порошкової металургії і може бути використана у виробництві висококобальтових твердих сплавів для виготовлення заготовок штампів, ножів, інструментів для висаджувальних операцій, зубків шарошкових доліт та ін., де особливо необхідно, щоб твердосплавні заготовки поряд із достатньою міцністю мали підвищену пластичність. Відомий спосіб термічної обробки твердих сплавів (патент Франції № 8208330 МКИ В22F3/12, Е21В10/50, Precede pour I’eliminations des defauts d'ele-ments en carbure de tungstene obtenus par metallurgie des poudres, опубл. 18.11.83). Відповідно до вказаного способу термічна обробка застосовується для одержання безпористих та без внутрішніх раковин твердосплавних виробів. Відомий спосіб циклічної термічної обробки твердого сплаву на високочастотному обладнанні з індукційним нагрівом при 1100 °C в середовищі аргону протягом 30 с, кількість циклів 3-5. В результаті обробки сплавів змінюється структурні показники та міцність при згині, що підвищує експлуатаційні показники (Шеин Е.А., Голявин К.А., Богодухов С.И. "Структура спеченного твердого сплава ВК8 после термической обработки // журн. Металловедение и термическая обработка металлов", № 9 (651)09, 2009 г. - С. 43-47. Найбільш близьким за технічною суттю до корисної моделі, що заявляється, є спосіб термічної обробки спечених твердих сплавів (Лошак М.Г. "Прочность и долговечность твердых сплавов". Изд-во, "Наукова думка",-1984, глава VII. - С. 209-255), який включає термічну обробку порошкових твердих сплавів для їх зміцнення, а саме: відпал при температурах 873-1523 К та витримці від 1-ої години до 120 годин, загартування виробів при температурах вище 1300 К в різних середовищах, охолоджених після спікання до кімнатної температури. Основним недоліком цієї корисної моделі є багатоопераційний цикл термічної обробки, що включає відпал, загартування, охолодження та потребує для цього спеціального обладнання. Крім того, під час охолодження спечених твердих сплавів після термічної обробки виникають значні напруження в карбідній та зв'язуючій фазах через різне значення їх коефіцієнтів термічного розширення. При цьому значна кількість карбідних зерен залишаються розташованими в енергетично невигідних положеннях, що призводить до крихкості твердих сплавів, а це в значній мірі зменшує їх ресурс роботи та використання. Тому немає однозначної відповіді про доцільність проведення термічної обробки карбідовольфрамових твердих сплавів. В основу корисної моделі поставлена задача розробки такого способу термоциклічної обробки висококобальтових карбідовольфрамових твердих сплавів, який забезпечував би збільшення їх пластичності одночасно із збереженням міцності, що є необхідною умовою при виготовленні твердосплавних заготовок для гірничої, електротехнічної промисловостей, машинобудування та ін. Поставлена задача вирішується завдяки тому, що у способі, що включає термічну обробку спечених твердих сплавів, з метою підвищення пластичності сплавів одночасно із збереженням їх міцності, проводять термоциклічну обробку у вакуумі з багаторазовим переходом через лінію солідус. Причино-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак, що заявляється, і технічним результатом, який досягається при її реалізації, полягає у наступному. У корисній моделі термоциклічної обробки висококобальтових карбідовольфрамових твердих сплавів, що включає термічну обробку спечених сплавів для їх зміцнення, проводять термоциклічну обробку у вакуумі з багаторазовим переходом через лінію солідус для підвищення пластичності спечених твердих сплавів з одночасним збереженням їх міцності. При термоциклічній, біля лінії солідус, обробці твердих сплавів збільшується рівень їх пластичних характеристик за рахунок зміни їх структурного стану. При цьому у висококобальтових твердих сплавах проявляються процеси розчинення-осідання при появі і зникненні рідкої фази практично при збереженні середнього розміру зерна карбіду вольфраму. В сплавах спостерігається зменшення міжкарбідних границь, середнього умовного розміру товщини кобальтової фази, відносної частки контактної поверхні і збільшення питомої поверхні міжфазних границь. Технічне рішення, що заявляється, пояснюється наступними прикладами його здійснення. Приклад Термоциклічну обробку спечених зразків восококобальтового карбідовольфрамового твердого сплаву марки ВК20 проводили в електричній вакуумній печі в температурному інтервалі 1250-1350 °C, біля температури лінії солідус карбідовольфрамового заевтектичного сплаву (1300 °C). Кількість циклів переходу через лінію солідус - 30. Витримка при температурах 1250 °C та 1350 °C була відсутня, продовження циклу залежало від часу виходу робочої камери печі на температуру 1350 °C і від часу її охолодження до температури 1250 °C. Нагрів робочої камери печі і охолодження було однаковим і складало 3 хв., весь цикл складає - 6 хв. 1 UA 89702 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 В таблиці, на фіг. 1, 2 порівнюються властивості та структура спеченого серійно виготовленого твердого сплаву марки ВК20 у водневому середовищі та після термоциклічної обробки у вакуумі з багаторазовим переходом через лінію солідус. Як видно із таблиці, використання запропонованого способу термоциклічної обробки у вакуумі висококобальтового карбідовольфрамового твердого сплаву марки ВК20 з багаторазовим переходом через лінію солідус не призводить до зміни міцнісних властивостей, однак пластичність їх істотно збільшується, що пояснюється структурними змінами у сплаві. Після термоциклічної обробки у сплаві ВК20 приріст величини питомої роботи пластичної 3 деформації [(Апл)пит] зріс до 106,3 %, з 54,3 МДж/м при спіканні по оптимальному режиму в 3 контрольованому газовому середовищі, до 112 мДж/м після допікання сплаву у вакуумі біля лінії солідус. Значення питомої повної роботи деформації в сплаві при спіканні становить 72,5 3 3 МДж/м . Після термоциклічної обробки сплаву (А повн.)пит дорівнює 131 МДж/м . Приріст величини питомої повної роботи деформації в сплаві становив 80,7 %. Збільшення значень пластичної деформації (пл.) у сплаві становить 69,6 %, з 2,3 % до 3,9 %, (таблиця). Збільшення граничної деформації дорівнює 55 %, з 2,9 % при спіканні до 4,5 % після обробки сплаву (див. таблицю). Збільшення пластичності сплаву ВК20 можна пояснити структурними змінами, що відбулися в результаті циклічного впливу температури при обробці. Практично, при збереженні середнього розміру зерна карбіду вольфраму, у сплаві спостерігається зменшення значень міжкарбідних границь і збільшення питомої поверхні міжфазних границь. Питома поверхня 2 3 міжкарбідних границь (Swc-wc) у сплаві зменшилася на 33 %, з 0,9 мкм /мкм до 0,6 мкм /мкм . А 2 3 питома поверхня міжфазних границь (Swc.co) збільшилася на 38 %, з 1,6 мкм /мкм при спіканні 2 3 по оптимальному режиму до 2,2 мкм /мкм після термоциклічної обробки. Зміни поверхонь міжкарбідних і міжфазних границь додатково підтверджуються і візуальними змінами в структурі сплаву такими, як зникнення субмікронних зерен карбіду вольфраму, зміна форми й розмірів існуючих у структурі сплавів конгломератів зерен карбіду (арок, містків). На фіг. 1 представлено структуру спеченого у водневому середовищі твердого сплаву марки ВК20, де видно конгломерати зерен WC у вигляді склепових арок. На фіг. 2 показано структуру цього ж сплаву після термоциклічної обробки у вакуумі з багаторазовим переходом через лінію солідус. Встановлено, що після допікання в структурі сплаву зменшується можливість створення двогранних кутів між зернами WC. Структура сплаву після термоциклічної обробки більш упорядкована, крупні зерна розташовані паралельно між собою. Зміни, що проходять у структурному стані обробленого сплаву обумовлені розчиненням субмікронних зерен WC та осадженням їх на крупних зернах за рахунок придбання зернами WC більш рівноважної форми у вигляді трьохгранних призм з притупленими ребрами, перекристалізацією гострокутних вершин пластин з утворенням плоских ребер, зрощуванням гострокутних двогранних кутів, незначним зростанням середнього розміру зерна карбіду вольфраму за рахунок значного зменшення субмікронних зерен, зменшенням кількості скупчень зерен WC та зміною форми й розмірів існуючих у структурі сплавів конгломератів зерен карбіду (арок, містків), фіг. 2. При обробці помічено зміну форми самого зерна карбіду вольфраму, що також приводить до збільшення питомої поверхні міжфазних границь. З результатів, наведених в таблиці і на рисунках робимо наступні висновки: заявлений спосіб термоциклічної обробки висококобальтових карбідовольфрамових твердих сплавів дає можливість підвищувати пластичні властивості твердих сплавів при збереженні міцності остаточно спечених висококобальтових твердих сплавів шляхом їх термоциклічної обробки у вакуумі біля лінії солідус. При цьому забезпечується суттєве підвищення (в 1,8-2,1 рази) пластичних властивостей (питома робота пластичної деформації, питома повна робота деформації, гранична пластична деформація) за рахунок зменшення залишкових термічних напружень та подальшого удосконалення структурного стану сплавів. Підвищення пластичності висококобальтових карбідовольфрамових твердих сплавів збільшує ресурс роботи (до 1,5 разу) штампувального та висаджувального оснащень, де особливо необхідно, щоб твердосплавні вставки поряд із достатньою міцністю мали підвищену пластичність, що дає можливість подальшого розширення їх використання. 2 UA 89702 U Таблиця Фізико-механічні властивості та структурні характеристики висококобальтового твердого сплаву марки ВК20, одержаного різними методами Границя міцності, (МПа) при Метод одержання сплаву Пластичні властивості Структурні характеристики питома поКоерпитоТріщиверцити- Гусма пов- питоТвер- ностійхня плас- гра- на ро- ма ровна тина дість, кість, міжсила , стис- тична нична бота бота К1с, згину HRA карНсм, г/см3 ненні дефор- дефор- дефор- дефор1/2 бідних МПам Rbm кА/м Rcm мація мація мації мації граАповн Апл.пит, пл., % , % 3 ниць МДж/м пит., Swc-wc, 3 МДж/м 2 мкм / 3 мкм Серійне спікання у 5,0 13,56 86,0 водневому середовищі Термоциклічна обробка у 4.9 13,57 85,0 вакуумі біля лінії солідус питома поверхня міжфазних границь Swc-co, 2 мкм / 3 мкм 18,4 2530 3070 2,3 2,9 72,5 54,3 0,9 1,6 19,6 2660 3030 3,9 4.5 131,0 112,0 0,6 2,2 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Спосіб термоциклічної обробки висококобальтових карбідовольфрамових твердих сплавів, що включає термічну обробку твердих сплавів для їх зміцнення, який відрізняється тим, що для підвищення пластичності твердих сплавів одночасно із збереженням їх міцності термоциклічну обробку проводять у вакуумі з багаторазовим переходом через лінію солідус. 3 UA 89702 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4