СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ
HARD ALLOY STRENGTHENING METHOD

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно к способам термического упрочнения изделий порошковой металлургии, в частности к изделиям из твердых сплавов, применяемым для холодной и горячей механической обработки металлов и сплавов, например, резанием.
Известен способ термической обработки изделий из карбидсодержаших твердых сплавов с помощью закалки [Лошак М.Г. Прочность и долговечность твердых сплавов. - Киев: Наукова думка, 1984. - 218 с.], при котором температура закалки всегда выбирается ниже температуры эвтектики компонентов твердого сплава: монокарбида вольфрама и цементирующей кобальтовой связки. Недостатками известного способа являются малая степень упрочнения режущих пластин из твердых сплавов и низкая стойкость их к воздействию ударных нагрузок.
Наиболее близким к заявляемому способу является способ термической обработки изделий из карбидсодержаших твердых сплавов, полученных методом стационарного спекания в присутствии жидкой фазы, при котором температуру обработки выбирают в интервале температур 800-1400°C [Wu Yinfang. A survey of study on heat-treatment of cemented carbide. - Hard metals and hard materials. - 1993. - V.1, 1. - P.20-23 (прототип)], причем интервал температур, больших 1280°С, лежит выше температуры эвтектики (1280°C) компонентов твердого сплава. Таким образом, при термообработке в интервале температур 1280-1400°C происходит повторная рекристаллизация твердого сплава. Недостатками известного способа являются:
- относительно малая степень упрочнения режущих пластин из твердых сплавов:
- низкая стойкость режущих пластин из твердых сплавов к воздействию ударных нагрузок.
Заявляемое изобретение направлено на упрощение технического процесса термообработки: снижение температур термообработки, отсутствие применения закалочных ванн, увеличение стойкости.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является упрощение технического процесса термообработки твердых сплавов, увеличение стойкости.
Техническая задача решается тем, что в способе термической обработки твердых сплавов, включающем спекание твердых сплавов при температуре 1650°C, охлаждение, после спекания производят отпуск в вакуумной печи при температуре 600°C в среде инертного газа, выдерживают в печи от 4 до 24 часов с последующим охлаждением вместе с печью в течение 2,5 часов.
Для пояснения способа на чертеже показан внешний вид твердосплавных штабиков ВК8(а) и Т14К8(б), увеличение 1:1.
Способ осуществляют следующим образом:
-5
Спекание твердых сплавов осуществляли при температуре 1650°C, охлаждение после спекания, производят отпуск в вакуумной печи СГВ2.3/15ЭМ1 при температуре 600°C (вакуум 5×10 мм рт.ст), в среде инертного газа, длительность выдержки от 4 до 24 часов.
Сущность отпуска заключается в том, что в герметичном контейнере создается разреженная инертная атмосфера. С этой целью используется азот. Внутри контейнера размещают детали, которые подключают к отрицательному полюсу источника постоянного напряжения - катод. Анодом служит стенка контейнера. Между катодом и анодом включается высокое напряжение (500-1000 В). В этих условиях происходит ионизация газа. Образующиеся положительно заряженные ионы азота устремляются к отрицательному полюсу - катоду. Электрическое сопротивление газовой среды вблизм катода резко возрастает, вследствие чего почти все напряжение, подаваемое между анодом и катодом, падает на сопротивление вблизи катода, на расстоянии нескольких миллиметров от него. Благодаря этому создается очень высокая напряженность электрического поля вблизи катода.
Ионы азота, входя в эту зону высокой напряженности, разгоняются до больших скоростей и, соударяясь с деталью (катодом), внедряются в ее поверхность. При этом высокая кинетическая энергия, которую имели ионы азота, переходит в тепловую. В результате деталь за короткое время, примерно 15-30 мин, разогревается до температуры 600°С, при соударении ионов с поверхностью детали происходит выбивание ионов железа с ее поверхности. Благодаря этому происходит очистка поверхности от оксидных пленок.
После отпуска в вакуумной печи охлаждение твердых сплавов проводили вместе с печью в течение 2,5 часов.
До и после отпуска в инертной среде была определена твердость (таблица 1, 2) и прочность при изгибе (таблица 3).
Таблица 1
Марка твердого сплава
Время отпуска, ч
Твердость, HV
Твердость средняя, HV
1
2
3
Среднее
600°C - инертная среда
ВК8
4
1354
1354
1402
1370
(1331) 1330
1354
1332
1332
1339
1332
1332
1187
1307
ВК8
8
1427
1427
1427
1427
(1359) 1360
1267
1267
1268
1267
1354
1402
1378
1378
ВК8
16
1427
1378
1427
1410
(1409) 1410
1415
1415
1415
1415
1402
1402
1408
1404
ВК8
24
1354
1332
1533
1400
(1403) 1400
1378
1332
1427
1379
1378
1402
1533
1437
Т14К8
4
1427
1402
1402
1410
(1449) 1450
1478
1452
1478
1469
1478
1478
1452
1469
Т14К8
8
1452
1402
1427
1427
(1427) 1430
1402
1427
1452
1427
1402
1452
1427
1355
Т14К8
16
1428
1428
1533
1479
(1469) 1470
1427
1402
1505
1444
1402
1452
1452
1435
Т14К8
24
1427
1452
1402
1427
(1458) 1460
1452
1452
1533
1479
1452
1452
1505
1469
Т14К8
исходная
1452
1427
1378
1419
1420
ВК8
исходная
1302
1332
1282
1305
1310
1312
1318
1305
1327
1302
1302
1278
1294
Талица 2
t, ч
Т14К8
ВК8
4
Твердость и прочность увеличилась на 10%.
Твердость и прочность увеличилась на 10%.
8
Твердость увеличилась на 20%, прочность - на 30%.
Твердость и прочность увеличилась на 20,%.
16
Твердость увеличилась на 40%, прочность - на 90%.
Твердость и прочность увеличилась на 40%.
24
Твердость увеличилась на 30%, прочность - на 50%.
Твердость и прочность увеличилась на 30%.
Таблица 3
Марка твердого сплава
Время отпуска, ч
Прочность, Н/мм<sup>2</sup>
Прочность средняя, Н/мм<sup>2</sup>
1
2
3
Среднее
600°С - инертная среда
ВК8
4
2154
2154
2202
2170
2130
2154
2132
2132
2139
2107
2107
2127
2107
ВК8
8
2127
2127
2127
2127
2160
2167
2167
2168
2167
2154
2102
2178
2178
ВК8
16
2427
2378
2427
2410
2406
2378
2378
2378
2378
2402
2402
2402
2402
ВК8
24
2354
2332
2533
2406
2400
2378
2332
2427
2379
2378
2402
2533
2437
Т14К8
4
1727
1702
1702
1715
1720
1778
1752
1778
1769
1678
1678
1652
1669
Т14К8
8
2145
2102
2080
2100
2140
2140
2200
2145
2180
2210
2252
2147
2200
Т14К8
16
2701
2532
2602
2661
2880
2942
2903
2933
2938
3050
3060
3010
3040
Т14К8
24
2378
2378
2363
2370
2360
2513
2402
2505
2476
2472
2452
2152
2229
Т14К8
исходная
1502
1498
1502
1501
1500
ВК8
исходная
1800
1869
1800
1823
1830
Результаты исследований на данном этапе показали, что отпуск в вакууме эффективно проводить для сплава Т14К8. С увеличением длительности выдержки от 4 до 24 часов твердость увеличивается от 10% до 40%, прочность - от 10% до 90%. Лучший режим отпуска при длительности выдержки 16 часов: твердость увеличилась на 40%, прочность - на 90%.
Для сплава ВК8 проведение отпуска в инертной атмосфере приводит к увеличению твердости и прочности на 10-40%.
Влияние температуры отжига на износ поверхности (таблица 4) твердых сплавов ВК8 и Т14К8 изучено в следующей серии экспериментов. Резание проводилось торцевым точением от центра к периферии n=400, t=1 час, s=0,1 мм/об. Коэффициент стойкости (определяли как отношение износостойкости до и после отпуска в инертной атмосфере) увеличился в 3-6 раз.
Проанализировали результаты проведенных экспериментальных работ по повышению физико-механических свойств твердых сплавов групп ВК и ТК и провели сравнение с прототипом (таблица 4). Была проведена термообработка с нагревом образцов в инертной среде при температуре 600°C, с выдержкой от 4 до 24 часов. Твердость увеличилась от 10 до 40%, прочность - от 10% до 90%, коэффициент стойкости увеличился в 3-6 раз.
Таблица 4
Марка материала
Вид обработки
Предел прочности, МПа
Твердость, HV
Коэффициент стойкости, K
ВК8
Исходный
1830
1310
3
Отпуск 4 ч
2130
1330
4
Отпуск 8 ч
2160
1360
5
Отпуск 16 ч
2406
1410
6
Отпуск 24 ч
2400
1400
4
Т14К8
Исходный
1500
1420
3
Отпуск 4 ч
1720
1450
3,5
Отпуск 8 ч
2140
1430
4
Отпуск 16 ч
2880
1470
5
Отпуск 24 ч
2360
1460
4,5