СПОСОБ ЗАКАЛКИ ТВЕРДОГО СПЛАВА НА ОСНОВЕ КАРБИДА ВОЛЬФРАМА
METHOD OF TUNGSTEN CARBIDE-BASED SOLID ALLOY TEMPERING

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способу закалки твердых сплавов на основе карбида вольфрама, которыми оснащают буровой и горно-режущий инструмент.
Одним из методов упрочнения твердых сплавов является закалка, позволяющая фиксировать структурные изменения, которые происходят во время нагрева. Известно использование в качестве охлаждающей жидкости минеральных масел [1], однако, закалка твердого сплава в индустриальных маслах значительно ухудшает экологическую обстановку в цехе, а также существенно удорожает себестоимость термообработанного сплава.
Наиболее близким техническим решением является закалка твердого сплава на основе карбида вольфрама (ВК10КС, ВК15КС, ВК8, ВК11В, ВК6), нагретого выше 1100°С и его охлаждении в 10%-ном водном растворе полимера ПК-М [2]. При этом закалка в полимере твердого сплава способствует повышению его эксплуатационной стойкости. Применение в качестве закалочной жидкости 10%-ного водного раствора полимера ПК-М при закалке твердого сплава приводит к снижению себестоимости термообработанного сплава в 7-10 раз и улучшает экологию в цехе.
Однако известный способ закалки имеет следующие недостатки. Водные растворы полимеров ПК-М недостаточно стабильны в условиях эксплуатации и менее долговечны в применении, при длительном хранении не всегда сохраняют стабильные свойства, имеют узкий рабочий диапазон рабочих температур (+18÷40°С), иногда сохраняется остаточная деформация твердого сплава после закалки и пенообразование, высокая стоимость.
Задачей предложенного способа закалки твердого сплава ВК10КС является повышение эксплуатационной стойкости бурового и горно-режущего инструмента.
Сущность состоит в том, что в способе закалки твердого сплава на основе карбида вольфрама, включающем нагрев сплава выше 1100°С, его охлаждении в закалочной среде, в качестве закалочной среды используют водный раствор полимера на основе концентрата Термовит-М с концентрацией 2-8%.
Повышение эксплуатационной стойкости бурового и горно-режущего инструмента происходит за счет дополнительного растворения вольфрама и углерода в кобальтовой связующей, которое фиксируется закалкой в водном растворе полимера на основе концентрата Термовит-М и повышает твердость сплава, а также закалка твердого сплава в полимере на основе концентрата Термовит-М способствует улучшению структуры твердого сплава: уменьшается величина зерен карбида вольфрама (WC) и округляются их границы. Кроме того, закалка твердого сплава в водополимерном растворе Термовит-М существенно удешевляет себестоимость термообработки, т.к. стоимость 4%-ного водного раствора Термовит-М в 2,5 раза дешевле 10%-ного водного раствора полимера ПК-М, улучшается экология в цехе, рабочий диапазон температур у Термовит-М шире (+18÷60°С) вместо (+1÷40°С) у полимера ПК-М. Водные растворы полимера концентрата Термовит-М не обладают пенообразованием.
Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что в качестве закалочной среды используется 2-8%-ный водный раствор полимера на основе концентрата Термовит-М. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения «новизна». Водный раствор полимера на основе концентрата Термовит-М не обладает раздражающим действием на кожу и слизистые оболочки, не оказывает вредного влияния на сердечно-сосудистую и кроветворную системы организма человека. При закалке в среде закалочной жидкости Термовит-М не выделяются дым и вредные для здоровья пары. Вредных выбросов в атмосферу и сточных вод при использовании закалочной жидкости нет. Допускается утилизация отработанной жидкости в канализацию. Более длительная эксплуатация водного раствора концентрата Термовит-М (количество закаливаемых изделий по массе в соотношении к массе закалочного состава как 70:1).
Концентрация водного раствора полимера на основе концентрата Термовит-М (2-8%) определялась, исходя из результатов охлаждающей способности полимера в сравнении с кривыми охлаждения масла И-20А. При этом за основу выбирался водный раствор с концентрацией, кривая охлаждения которого совпадает с кривой охлаждения масла или максимально приближалась к ней.
Предлагаемый способ закалки твердого сплава ВК10КС в 2-8%-ном водном растворе полимера на основе концентрата Термовит-М производства ЗАО научно-производственного объединения «Промэкология» г.Омск (концентрат водополимерной закалочной среды Термовит-М изготавливают в соответствии с техническими условиями ТУ 2219-045-23763315-2007) реализован следующим образом. Предварительно перед закалкой производят приготовление закалочной среды непосредственно в закалочном баке или в специальной емкости, оборудованных системами «подогрева - охлаждения», перемешивания и контроля температуры и уровня закалочного раствора. Система «подогрева - охлаждения» может быть выполнена в виде змеевика, расположенного по боковым внутренним стенкам емкости, соединенного с сетями горячей и холодной воды. Охлаждающая способность водополимерной жидкости Термовит-М измеряется с помощью прибора «Компатон» производства ЗАО научно-производственного объединения «Промэкология» г.Омск.
Процесс приготовления закалочной среды заключает в себе следующее:
Необходимое для приготовления закалочной среды количества воды и концентрата Термовит-М определяется, исходя из результатов анализа охлаждающей способности пробных растворов полимера в сравнении с кривыми охлаждения масла И-20А. Охлаждающую способность растворов на основе полимера Термовит-М изучали при помощи установки «Компатон». При этом за основу выбирается тот пробный раствор, кривая охлаждения которого совпадает с кривой охлаждения масла или максимально приближается к ней.
Приготовление рабочего состава (4%-ный раствор Термовит-М) производится в следующем порядке. Для получения указанной концентрации в закалочный бак сначала налили концентрат Термовит-М, затем до необходимого уровня технической воды по ГОСТ 4979-49. Подготовленный 4%-ный раствор при активном перемешивании выдерживают в течение 30 минут.
В целях стабилизации охлаждающей способности закалочная жидкость должна обязательно пройти «приработку» (искусственное старение) бракованными деталями, заключающуюся в охлаждении с закалочной температуры серии садок «балласта» при активном перемешивании жидкости в баке. Приработка охлаждением «балласта» производится только вновь приготавливаемой закалочной среды. При проведении корректировок добавление концентрата полимера в процессе дальнейшей многолетней эксплуатации закалочной среды не требуется осуществления приработки.
После приготовления 4%-ного водополимерного раствора можно осуществить закалку твердого сплава. Сплав ВК10КС, нагретый под закалку до температуры 1150°С, в дальнейшем закаливают в 4%-ном растворе Термовит-М при температуре окружающей среды. При интенсивном перемешивании ванны рабочий диапазон температуры закаливающей среды - (+18÷+60°С). Время выдержки деталей в ванне при закалке определяется технологическим процессом на термообработку данной детали. После закалки твердого сплава в 4%-ном растворе Термовит-М улучшается эксплуатационная стойкость бурового и горно-режущего инструмента.
Использование предлагаемого способа закалки твердого сплава ВК10КС в 4%-ном водном растворе полимера концентрата Термовит-М обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества:
1. Исключает риск пожара, будучи водным раствором.
2. Не загрязняет окружающую среду, поэтому является экологически безопасным.
3. Более длительная эксплуатация водного раствора концентрата Термовит-М (количество закаливаемых изделий по массе в соотношении к массе закалочного состава как 70:1).
4. Стоимость 4%-ного водного раствора концентрата Термовит-М в 2,5 раза дешевле 10%-ного водного раствора полимера ПК-М.
5. Сохраняет стабильные свойства при длительном хранении.
6. Шире рабочий диапазон температур - (+10÷60°С), вместо (+18÷40°С) у 10%-ного раствора ПК-М.
7. Обеспечивает минимальную остаточную деформацию твердого сплава.
8. Не обладает пенообразованием.