Способ получения пластины из твердого сплава ВК8 для режущего инструмента
METHOD FOR OBTAINING A PLATE FROM HARD ALLOY VK8 FOR CUTTING TOOLS

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно к способам термического упрочнения изделий порошковой металлургии, в частности к изделиям из однокарбидных 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 твердосплавного изделия, включающий спекание твердосплавного изделия и охлаждение, отличающийся тем, что спекание проводят при температуре 1650°С, затем осуществляют вакуумный отпуск с нагревом до температуры 1050°С-1250°С и выдержкой 1 час, а охлаждение проводят вместе с печью в течение 4 часов [RU 2534670 C1, B22F 3/24,10.12. 2014].
Недостатками известного способа являются:
- использование дорогостоящего оборудования и длительность процесса термообработки;
- низкая стойкость режущих пластин из твердых сплавов к воздействию ударных нагрузок.
Заявляемое изобретение направлено на увеличение степени упрочнения и стойкости к воздействию ударных нагрузок.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение стойкостных свойств однокарбидных твердых сплавов введением старения однокарбидных твердых сплавов после спекания, что увеличивает стойкость однокарбидных твердых сплавов.
Техническая задача решается тем, что способ получения пластины из твердого сплава ВК8 для режущего инструмента, включающий обеспечение спеченной из твердого сплава ВК8 пластины, ее охлаждение и термическую обработку, отличающийся тем, что обеспечивают спеченную из твердого сплава ВК8 при температуре 1350-1450°С пластину, которую после охлаждения подвергают термической обработке путем старения в графитовом тигле в засыпке графита ГК-1 при температуре 550-650°С и выдержке 60-180 мин.
Для пояснения способа на фиг.1 показан внешний вид твердосплавной пятигранной пластины ВК8, увеличение 1:1, на фиг.2 показан график изменения твердости твердосплавных штабиков ВК8 в зависимости от температуры старения, на фиг.3 показана микроструктура твердого сплава ВК8 после старения при температуре 550°С, 1455НV, износ 0,02 мм, а - увеличение 640, б - увеличение 1280, на фиг.4 - микроструктура твердого сплава ВК8 после старения при температуре 600°С, 1492НV, износ 0,02 мм, а - увеличение 640, б - увеличение 1280, на фиг. 5 - микроструктура твердого сплава ВК8 после старения при температуре 650°С, 1485 НV, износ 0,02 мм, а - увеличение 640, б - увеличение 1280.
Способ осуществляют следующим образом:
До и после старения штабиков и пластин твердого сплава ВК8 были определены размеры: ширина, высота и длина, твердость и предел прочности при изгибе (таблица 1, 2 и фиг.2).
Таблица 1
Марка материала
Вид обработки
Размеры, мм
F, Н
М
h*h*в/6
Предел прочности при изгибе, МПа
Среднее значение, МПа
ширина
высота
длина
ВК8
исходный
5,00
5,10
34,00
4590
39015
21,675
1800
1834
5,20
5,33
34,00
5414
46019
24,6210467
1869
ВК8
Старение при 550°С
5,25
5,32
34,00
5836
49606
24,43875
2029
2033
5,00
5,10
34,00
5175
43987,5
21,25
2070
5,23
5,33
34,00
5745
48832,5
24,2984
2000
Старение при 600°С
5,20
5,28
34,00
6059
51501,5
24,1612
2131
2144
5,00
5,27
34,00
5536
47056,5
21,9583
2143
5,25
5,30
34,00
6185
52572,5
24,3468
2159
Старение при 650°С
5,23
5,30
34,00
5835
49597,5
24,1617
2052
2034
5,10
5,10
34,00
5171
43956,5
22,10
1989
5,22
5,27
34,00
5806
49351
23,9331
2062
Результаты исследований на данном этапе показали, что старение эффективно проводить для сплава ВК8. С повышением температуры предел прочности повышается, а твёрдость остаётся примерно на том же уровне. Лучший режим старения при температуре 600°С. Прочность увеличилась примерно на 15 %.
После проведения старения твёрдого сплава ВК8 при различных температурах были приготовлены шлифы и изучены микроструктуры при различных увеличениях.
Таблица 2
Марка твердого сплава
Форма образца
Твердость, НV
Твердость средняя, НV
1
2
3
Среднее
550°С - старение
ВК8
Штабик
1589
1533
1478
1533
1455
1402
1288
1378
1356
1354
1288
1332
1325
600°С - старение
ВК8
Штабик
1533
1533
1452
1493
1492
1478
1478
1478
1478
1378
1378
1332
1355
650°С - старение
ВК8
Штабик
1402
1332
1452
1395
1485
1452
1378
1332
1387
1402
1402
1378
1394
Характеристика исследуемых образцов после нагрева старения в гарфитовом тигле, в засыпке графита ГК-1 приведены в таблице 3.
Таблица 3
Т, °С
ВК8
550
Ширина и высота образцов увеличилась на 3 - 5 %, длина осталась прежней. Твёрдость не изменилась. Предел прочности при изгибе увеличился на 10%
600
Ширина и высота образцов увеличилась на 3 - 5 %, длина осталась прежней. Твёрдость увеличилась на 5 %. Предел прочности при изгибе увеличился на 15%
650
Ширина, высота увеличилась на 3 - 5 %, длина прежняя. Твёрдость не изменилась, предел прочности при изгибе увеличился на 10%.
Результаты исследований на данном этапе показали, что старение эффективно проводить для сплава ВК8. С повышением температуры предел прочности повышается, а твёрдость остаётся примерно на том же уровне. Лучший режим старения при температуре 600°С. Прочность увеличилась примерно на 15 %.
После проведения старения твёрдого сплава ВК8 при различных температурах были приготовлены шлифы и изучены микроструктуры при различных увеличениях.
Увеличение температуры старения с 550°С до 650°С привело к увеличению растворимости карбида вольфрама в кобальте для сплава ВК8. Микроструктура твердого сплава ВК8 после старения при температуре 550°С, 1455НV, износ 0,02 мм, фиг.3. Микроструктура твердого сплава ВК8 после старения при температуре 600°С, 1492НV, износ 0,02 мм, фиг.4. Микроструктура твердого сплава ВК8 после старения при температуре 650°С, 1485НV, износ 0,02 мм фиг.5, а - увеличение 640, б - увеличение 1280).
нар
внут
Влияние температуры старения на износ поверхности (таблица 4) твёрдого сплава ВК8 изучен в следующей серии экспериментов. Резание проводилось на токарном станке 16К20, точение осуществлялось по заготовке из ст45, ∅=200 мм, отверстие по центру с ∅=22 мм торцевым точением от центра к периферии: частота вращения n=400 об/мин, глубина t = 1 мм, подача s =0,1 мм/об. С повышением температуры старения с 550°С до 650°С снизился в 3 раза износ по задней грани твёрдого сплава ВК8 с 0,06 до 0,02 мм.
Таблица 4
Маркаматериала
Вид обработки
Пределпрочности при изгибе, МПа
Твердость,НV
Износ за 5 проходов, мм
Износ за 80 проходов, мм
задняя поверхность
передняя поверхность
задняя поверхность
передняя поверхность
ВК8
Исходный
1834
1450
0,06
0,08
0,18
0,2
Старение при 550°С
2033
1455
0,02
0,04
0,1
0,12
Старение при 600°С
2144
1492
0,02
0,02
0,1
0,1
Старение при 650°С
2034
1485
0,02
0,02
0,1
0,12
Проанализировали результаты проведённых экспериментальных работ по повышению физико-механических и эксплуатационных свойств твёрдых сплавов групп ВК в сравнение с прототипом приведены в таблице 5. Была проведена термообработка старением в графитовом стакане, в засыпке графита марки ГК1 при температуре 550°С, 600°С, 650°С. Твёрдость практически не изменилась и осталась в интервале 1450-1490 HV, предел прочности повысился от 10 до 15 %, износ уменьшился в 2 - 4 раза, коэффициент стойкости (определяли как отношение износостойкости до и после старения) увеличился в 2-4 раза.
Таблица 5
Марка материала
Вид обработки
Предел прочности при изгибе, МПа
Твердость,НV
Коэффициент стойкости, К
ВК8
Исходный
1834
1450
1
Старение при 550°С
2033
1455
3
Старение при 600°С
2144
1492
4
Старение при 650°С
2034
1485
3
ВК8
Прототип
-
-
2