ТВЕРДЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ ВОЛЬФРАМА (ВАРИАНТЫ)
HARD ALLOY ON BASIS OF TUNGSTEN (VERSIONS)

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к твердым сплавам на основе карбида вольфрама, используемым для обработки материалов резанием.
Известны сплавы на основе карбида вольфрама, модифицированного карбидами, нитридами, боридами, оксидами тугоплавких элементов с кобальтовой связкой (Третьяков В.И. Основы металловедения и технологии производства спеченных твердых сплавов. - М.: Металлургия, 1976.-264 с. Киффер Р., Шварцкопф П. Твердые сплавы.- М.: Металлургия. 1957.- 664 с.).
Известен твердый сплав на основе карбида вольфрама, содержащий 3-20% вес. кобальта (патент DЕ №2442389, В 22 F 1/00, С22 С1/10, С 22 С 1/05,1977 г.).
Известен твердый сплав на основе карбида вольфрама, содержащий Ti, Zr, Hf, W и углерода С мелкозернистой структуры с образованием карбидных эвтектик Ti-W-С, Zr-W-С, Hf- W-С. В качестве вспомогательного металла используются металлы группы железа и их сплавы, а также Mn и Сu. Для повышения вязкости и прочности используется Ni или сплав Ni-Fe..). Наибольшую стойкость показал сплав Ti-W-C в соотношении компонентов 23-52-25 ат.% (патент DЕ №20084961, С22 С29/00).
Известен твердый карбидный материал, состоящий из одного или нескольких карбидов или смеси карбидов металлов Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo и (или)W, а также металлических компонентов, состоящих из Ni, Ti, Al и Fe, Со и Cr или Nb, Ta, Мо, W и V (патент DE №2407410, C22C 32, 1974 г.).
Состав является достаточно сложным и дорогостоящим.
3
4
Известен твердосплавный композиционный материала (патент RU №2203340, C22 C 29/08, B22F 3/12, 2001 г.), включающий карбид вольфрама, кобальт, медь и ортофосфорную кислоту при следующих соотношениях компонентов: 30-40% (вес.) Cu, 0,6-6,0 (вес.)%, HPOиWC-Co - остальное.
При получении сплава используется агрессивная ортофосфорная кислота.
Х
Y
Z
Х
Y
Z
Наиболее близким по выполнению является твердый сплав на основе карбида вольфрама, содержащий молибден и углерод (WMoC) и до 10% кобальта (Панов В.С., Чувилин А.М., Фальковский В.А. Технология и свойства спеченных твердых сплавов и изделий из них. - М.:МИСИС, 2004.- с.283). В таблице 1 приводятся характеристики этого твердого сплава WMoCс содержанием 10% кобальта.
Таблица 1
№п/п
Состав твердых сплавов
HRA
σ<sub>И</sub>, МПа
Плотность, г/см<sup>3</sup>
Коэффициент увеличения стойкости относительно
ВК8
ВК10М
1
W<sub>0,8</sub>Mo<sub>0,2</sub>C<sub>0,97</sub>
90,0
1565
13,44-13,48
1,5
1,5
2
W<sub>0,5</sub>Mo<sub>0,5</sub>C<sub>0,95</sub>
89,5
1685
13,4-13,45
0,9
1,0
3
W<sub>0,3</sub>Mo<sub>0,7</sub>C<sub>0,96</sub>
90,0
1600
13,42-13,5
1,0
0,9
Как видно из таблицы 1, с увеличением содержания Мо в карбидной фазе более 20 ат.% стойкость инструмента снижается, хотя и растет прочность сплава.
Х
Y
Z
В таблице 2 приведены атомные доли (%, ат.) и массовые доли (%, масс.) элементов в сплаве WMoCс содержанием 10% кобальта.
Таблица 2
Элемент
Атомная масса
%, ат. /масс.
W<sub>0,8</sub>Mo<sub>0,2</sub>C<sub>0,97</sub>
W<sub>0,5</sub>Mo<sub>0,5</sub>C<sub>0,95</sub>
W<sub>0,3</sub>Mo<sub>0,7</sub>C<sub>0,96</sub>
W
183,85
147,1/82,7
91,93/61,1
55,16/41,2
Mo
95,94
19,2/10,8
47,97/30,5
67,16/50,2
C
12,01
11,8/6,55
11,40/7,57
11,52/8,6
Σ171,1
Σ151,3
Σ133,9
Из таблицы 1 и 2 видно, что в сплаве, обеспечивающем максимальное повышение стойкости в 1,5 раза, содержится молибдена 10,8%, вольфрама 82,7%, углерода 6,55%.
Недостатком сплава является достаточно высокое содержание молибдена, а также сложность технологического процесса его получения, включающего использование в качестве исходного сырья оксидов вольфрама и молибдена с последующим их восстановлением до металлических фаз и дальнейшее формирование твердого сплава по стандартной (известной) технологии.
Техническим результатом является удешевление твердого сплава при сохранении его механических свойств.
Технический результат достигается тем, что твердый сплав на основе карбида вольфрама содержит компоненты при следующем их соотношении, вес.%: W=78,0-80,2 C=5,6-5,8, Mo=5,7-7,0, Co=8,0-8,4
Технический результат достигается также тем, что твердый сплав на основе карбида вольфрама содержит компоненты при следующем их соотношении, вес.%: W=77,0-78,5, C=7,0-7,2, Mo=2,9-3,2, Co=8,1-8,4, Ti=3,5-3,8.
Способ получения твердого сплав заключается в спекании порошков металлов, формирующих карбидную фазу, в два этапа.
На первом этапе проводится составление смесей для карбидизации сложнолегированных (модифицированных) карбидов (W,Mo)C и (W,Ti, Mo)C, мокрый размол твердосплавной смеси в шаровых мельницах, сушка и просев твердосплавной смеси, карбидизация в графитовых лодочках при свободной засыпке смеси при скорости продвижки 16,7 мм/мин и температурах 1540°С (для карбида вольфрама (W,Mo)C) и 2200°С (для карбида вольфрама (W,Ti, Mo)C); сухой размол модифицированных карбидов в шаровой мельнице и просев твердосплавной смеси.
На втором этапе производится составление смеси (шихты) сложнолегированных карбидов и кобальтовой связки, мокрый размол полученной смеси, сушка и просев; полученная смесь пластифицируется составом растворенного в бензине каучука, прессуются твердосплавные изделия, а затем спекаются в муфельной электропечи в атмосфере водорода, в корраксе, содержащем 1% углерода.
По этой технологии получены твердые сплавы, которые испытаны при продольном точении чугуна СЧ25 резцами с механическим креплением пластины формы 0227 на режимах, рекомендуемых ВНИИТСом [СТП 19.0-6-88. Сплавы твердые порошковые и керамике. Изделия для режущего инструмента. Методика испытания режущих свойств. - М.:ВНИИТС, 1988 г.]. Результаты приведены в табл.3, где в графах 7-11 в числителе приведены значения для температуры спекания 1420°С, в знаменателе - для температуры 1540°С.
И
3
Как видно из таблицы 3, при содержании молибдена в сплаве в количестве до 7% (против 10-50% в прототипе) сплав имеет достаточно высокие механические характеристики (твердость HRA=90,9; предел прочности на изгиб σ=1729 МПа; плотность ρ=13,85 г/см). Кроме того, предлагаемый сплав имеет более высокий коэффициент стойкости, чем стандартный однокарбидный твердый сплав ВК8
Таблица 3
№ п/п
Состав смеси, % (масс.)
Физико-механические свойства твердых сплавов
Коэффициент стойкости
Модифицируемый карбид, % (масс.)
Связка, %
HRA
σ<sub>И</sub>, МПа
ρ, г/см<sup>3</sup>
Коэрц. сила, Э
Химическийсостав, %
W
C
Ti
Mo
Со
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
1
79,22
5,6
-
6,88
8,3
<maths num="1"><math display="block"><mrow><mfrac><mrow><mn>90,9</mn></mrow><mrow><mn>90,4</mn></mrow></mfrac></mrow></math><img file="00000001.tif" he="11" wi="9" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
<maths num="2"><math display="block"><mrow><mfrac><mrow><mn>1489</mn></mrow><mrow><mn>1729</mn></mrow></mfrac></mrow></math><img file="00000002.tif" he="10" wi="9" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
<maths num="3"><math display="block"><mrow><mfrac><mrow><mn>13,86</mn></mrow><mrow><mn>13,85</mn></mrow></mfrac></mrow></math><img file="00000003.tif" he="11" wi="10" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
<maths num="4"><math display="block"><mrow><mfrac><mrow><mn>188</mn></mrow><mrow><mn>171</mn></mrow></mfrac></mrow></math><img file="00000004.tif" he="10" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
<maths num="5"><math display="block"><mrow><mfrac><mrow><mn>1,5</mn></mrow><mrow><mn>0,91</mn><mo>−</mo><mn>1,0</mn></mrow></mfrac></mrow></math><img file="00000005.tif" he="11" wi="17" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
2
77,68
7,14
3,76
3,12
8,3
<maths num="6"><math display="block"><mrow><mfrac><mrow><mn>91,5</mn></mrow><mrow><mn>92,0</mn></mrow></mfrac></mrow></math><img file="00000006.tif" he="11" wi="9" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
<maths num="7"><math display="block"><mrow><mfrac><mrow><mn>966</mn></mrow><mrow><mn>1499</mn></mrow></mfrac></mrow></math><img file="00000007.tif" he="10" wi="9" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
<maths num="8"><math display="block"><mrow><mfrac><mrow><mn>13,0</mn></mrow><mrow><mn>13,32</mn></mrow></mfrac></mrow></math><img file="00000008.tif" he="11" wi="10" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
<maths num="9"><math display="block"><mrow><mfrac><mrow><mn>252</mn></mrow><mrow><mn>206</mn></mrow></mfrac></mrow></math><img file="00000009.tif" he="10" wi="8" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
<maths num="10"><math display="block"><mrow><mfrac><mrow><mn>1,8</mn></mrow><mrow><mn>1,4</mn></mrow></mfrac></mrow></math><img file="00000010.tif" he="11" wi="6" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
Требования ТУ
ВК8
8
≥88
≥1700
14,5-14,8
100-180
≥1,0