СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА ИЗ КАРБИДСОДЕРЖАЩИХ СПЛАВОВ ВОЛЬФРАМОВОЙ (ВК) И ТИТАНО-ВОЛЬФРАМОВОЙ (ТК) ГРУПП
PRODUCTION OF CUTTING TOOLS FROM CARBIDE-BEATING ALLOYS OF TUNGSTEN AND TITANIUM-TUNGSTEN GROUPS

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно к способам получения изделий порошковой металлургии, в частности к изделиям из карбидсодержащих твердых сплавов вольфрамовой (ВК) и титано-вольфрамовой (ТК) групп, применяемым для холодной и горячей механической обработки металлов и сплавов, например, резанием.
Известен способ термической обработки изделий из карбидсодержащих 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 карбидсодержащих 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°C, 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 увеличение степени упрочнения и стойкости к воздействию ударных нагрузок.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение стойкостных свойств карбидсодержащих сплавов вольфрамовой (ВК) и титано-вольфрамовой (ТК) групп введением вакуумного отжига карбидсодержащих сплавов после спекания, что увеличивает стойкость карбидсодержащих сплавов.
-5
Техническая задача решается тем, что способ получения режущего инструмента из карбидсодержащих сплавов вольфрамовой (ВК) и титано-вольфрамовой (ТК) групп, включающий спекание карбидсодержащих сплавов при температуре 1400-1650°C, охлаждение, отличающийся тем, что после спекания производят вакуумный отжиг в вакуумной печи с нагревом до температуры 1050-1250°C (вакуум 5×10 мм рт.ст.), выдержки 1 час, с последующим охлаждением вместе с печью в течение 4 часов.
Для пояснения способа на фиг.1 показан внешний вид твердосплавных штабиков ВК8 (а) и Т14К8 (б), увеличение 1:1, на фиг.2 показан график изменения твердости твердосплавных штабиков ВК8 и Т14К8 в зависимости от температуры отжига, на фиг.3 показана микроструктура твердого сплава Т14К8 после отжига при температуре 1050°C, 1420HV, износ 0,02 мм, а - увеличение 640, б - увеличение 1280, на фиг.4 - микроструктура твердого сплава Т14К8 после отжига при температуре 1150°C, 1340HV, износ 0,02 мм, а - увеличение 640, б - увеличение 1280, на фиг.5 - микроструктура твердого сплава Т14К8 после отжига при температуре 1250°C, 1450 HV, а - увеличение 640, б - увеличение 1280, на фиг.6 - микроструктура твердого сплава ВК8 после отжига при температуре 1050°C, 1410HV, износ 0,1 мм, а - увеличение 640, б - увеличение 1280, на фиг.7 - микроструктура твердого сплава ВК8 после отжига при температуре 1150°C, 1440HV, износ 0,2 мм, а - увеличение 640, б - увеличение 1280, на фиг.8 - микроструктура твердого сплава ВК8 после отжига при температуре 1250°C, 1400HV, износ 0,14 мм, а - увеличение 640, б - увеличение 1280.
Способ осуществляют следующим образом:
До и после отжига образцов 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, H
М
h*h*B/6
Предел прочности, Н/мм<sup>2</sup>
Среднее значение
ширина
высота
длина
ВК8
Исходный
5,00
5,10
34,00
6176
52496
21,675
1800
(1833) 1830
5,20
5,33
34,00
5414
46019
24,6210467
1869
Отжиг в вакууме при 1050°C
5,26
5,32
34,00
4067
34569,5
24,811771
2195
(2192) 2190
5,10
5,10
34,00
5539
47081,5
22,1085
2130
5,22
5,27
34,00
5682
48297
24,162423
1999
Отжиг в вакууме при 1150°C
5,23
5,30
34,00
4956
42126
24,485117
1720
(1907) 1910
ВК8
5,10
5,10
34,00
5834
49589
22,1085
2243
5,22
5,27
34,00
5000
42500
24,162423
1759
Отжиг в вакууме при 1250°C
5,25
5,32
34,00
4092
34782
24,7646
1705
(1819) 1820
5,00
5,10
34,00
4945
42032,5
21,675
1939
5,23
5,33
34,00
4406
37451
24,763091
1912
Отжиг в вакууме при 1050°C
4,76
5,20
32,00
7877
63016
21,451733
2938
(2617) 2620
4,83
5,26
32,00
6620
52960
22,272418
2378
4,64
4,70
32,00
4417
35336
17,082933
2068
4,50
4,70
32,00
6295
50360
16,5675
3040
5,09
5,30
32,00
7926
63408
23,829683
2661
Отжиг в вакууме при 1150°C
4,57
4,95
32,00
5200
41600
18,662738
2229
(2312) 2310
4,62
5,12
32,00
3999
31992
20,185088
1585
T14K8
4,98
5,12
32,00
7883
63064
21,757952
2898
4,50
5,00
32,00
5555
44440
18,75
2370
5,13
5,30
32,00
7433
59464
24,01695
2476
Отжиг в вакууме при 1250°C
4,42
5,01
32,00
4127
33016
18,490407
1786
(1714) 1710
4,34
4,94
32,00
3008
24064
17,651937
1363
4,68
4,67
32,00
3596
28768
17,010942
1691
4,60
5,00
32,00
5292
42336
19,166667
2209
4,73
5,27
32,00
4170
33360
21,894303
1524
Т14К8
Исходный
4,62
5,12
32,00
3900
32260
20,194506
1500
1500
Таблица 2
Марка твердого сплава
Форма образца
Твердость, HV
Твердость средняя, HV
1
2
3
Среднее
1050°C - вакуум
Т14К8
Штабик
1402
1402
1402
1402
(1421) 1420
1427
1452
1452
1444
1452
1452
1505
1470
1378
1378
1378
1378
1402
1427
1402
1410
ВК8
Штабик
1589
1533
1478
1533
(1405) 1410
1402
1288
1378
1356
1354
1288
1332
1325
Т14К8
5 гранная пластинка
1452
1505
1378
1445
1445
1150°C - вакуум
Т14К8
Штабик
1427
1427
1378
1411
(1411) 1410
1427
1411
1411
1419
1427
1411
1379
1412
1410
1410
1390
1400
1427
1410
1411
1418
ВК8
Штабик
1533
1533
1452
1493
(1442) 1440
1478
1478
1478
1478
1378
1378
1332
1355
Т14К8
5 гранная пластинка
1365
1560
1365
1465
1465
1250°C - вакуум
Т14К8
Штабик
1332
1402
1402
1367
(1452) 1450
1452
1505
1533
1497
1452
1505
1533
1497
1505
1452
1452
1479
1452
1427
1378
1419
ВК8
Штабик
1402
1332
1452
1395
(1392) 1400
1452
1378
1332
1387
1402
1402
1378
1394
Т14К8
5 гранная пластинка
1452
1402
1402
1419
(1419) 1420
Характеристика исследуемых образцов после отжига в вакууме приведена в таблице 3.
Таблица 3
T, °C
Т14К8
ВК8
1050
Ширина и высота образцов увеличилась на 3-5%, длина осталась прежней. Твердость увеличилась на 10%, предел прочности увеличился на 80%
Ширина и высота образцов увеличилась на 3-5%, длина осталась прежней. Твердость уменьшилась на 10%. Предел прочности увеличился на 10%
1150
Длина прежняя, ширина и высота увеличились на 3-5%. Твердость осталась прежней, предел прочности увеличился на 60%
Ширина и высота образцов увеличилась на 3-5%, длина осталась прежней. Твердость уменьшилась на 5%. Предел прочности увеличился на 5%
1250
Ширина и высота увеличились на 3-5%, длина прежняя. Твердость увеличилась на 5%, предел прочности увеличился на 20%. Износ пластин уменьшился на 30% и составил 0,6 мм
Ширина, высота увеличилась на 3-5%, длина прежняя. Твердость уменьшилась на 10%, предел прочности остался прежним. Износ пластин уменьшился с 0,2 до 0,16 мм
Результаты исследований показали, что отжиг в вакууме эффективно проводить для сплава Т14К8. С повышением температуры предел прочности повышается, а твердость уменьшается. Лучший режим отжига при температуре 1050°C. Прочность увеличилась примерно в 1.7 раз.
Для сплава ВК8 проведение вакуумного отжига приводит к увеличению прочности на 5-10% и незначительному снижению твердости.
После проведения отжига при различных температурах в вакууме твердых сплавов ВК8 и Т14К8 были приготовлены шлифы и исследованы микроструктуры данных сплавов при различных увеличениях.
Увеличение температуры отжига с 1050°C до 1250°C привело к увеличению растворимости карбидов вольфрама в кобальте для сплава ВК8 и увеличению предела прочности при изгибе при неизменной твердости. Твердый сплав Т14К8 при увеличении температуры отжига меняет свою структуру следующим образом: измельчаются карбидные включения и увеличивается количество темной фазы - β-кобальт, что ведет к увеличению прочности образцов при неизменной твердости (фиг.3 - Микроструктура твердого сплава Т14К8 после отжига при температуре 1050°C, 1420HV, износ 0,02 мм, фиг.4 - Микроструктура твердого сплава Т14К8 после отжига при температуре 1150°C, 1340HV, износ 0,02 мм, фиг.5 - Микроструктура твердого сплава Т14К8 после отжига при температуре 1250°С, 1450 HV. фиг.6 - Микроструктура твердого сплава ВК8 после отжига при температуре 1050°C, 1410HV, износ 0,1 мм, фиг.7 - Микроструктура твердого сплава ВК8 после отжига при температуре 1150°C, 1440HV, износ 0,2 мм, фиг.8 - Микроструктура твердого сплава ВК8 после отжига при температуре 1250°C 1400HV, износ 0,14 мм, а - увеличение 640, б - увеличение 1280).
-1
Влияние температуры отжига на износ поверхности (таблица 4) твердых сплавов ВК8 и Т14К8 изучен в следующей серии экспериментов. Резание проводили торцевым точением от центра к периферии, n=400 мин, t=1 час, s=0,1 мм/об, глубина резания - 1 мм, 5 проходов. С повышением температуры отжига с 1050°C до 1250°C уменьшился износ шлифовальной грани твердого сплава ВК8 с 0,4 до 0,1 мм.
Таблица 4
Марка материала
Вид обработки
Предел прочности, Н/мм<sup>2</sup>
Твердость, HV
Шлифованная грань
Не шлифованная грань
задняя поверхность
передняя поверхность
задняя поверхность
передняя поверхность
ВК8
Исходный
1830
1490
0,4
0,24
0,6
0,1
Отжиг в вакууме при 1050°C
2190
1410
0,1
0,18
0,1
0,12
Отжиг в вакууме при 1150°C
1910
1440
0,15
0,24
0,2
0,38
Отжиг в вакууме при 1250°C
1820
1400
0,16
0,1
0,14
0,2
Т14К8
Исходный
1500
1400
0,25
0,15
0,3
0,15
Отжиг в вакууме при 1050°C
2620
1420
0,06
0,06
0,02
0,1
Отжиг в вакууме при 1150°C
2310
1410
0,04
0,06
0,02
0,08
Отжиг в вакууме при 1250°C
1710
1450
0,04
0,04
излом
Износ твердого сплава Т14К8 с повышением температуры отжига уменьшился в 3-6 раз, что указывает на положительное влияние отжига ни износ данного вида сплава (время отжига при заданной температуре - 1 час, время нагрева и охлаждения - 2,5-4 часа).
Проанализировали результаты проведенных экспериментальных работ по повышению физико-механических и эксплуатационных свойств твердых сплавов групп ВК и ТК и дали сравнение с прототипом (таблица 5). Была проведена термообработка с нагревом образцов в вакууме при температуре 1050°C, 1150°C, 1250°C. Твердость практически не изменилась и осталась в интервале 1400-1450 HV, предел прочности повысился от 50 до 80%, износ уменьшился в 3-6 раз, коэффициент стойкости (определяли как отношение износостойкости до и после вакуумного отжига) увеличился в 3-6 раз.
Таблица 5
Марка материала
Вид обработки
Предел прочности, МПа
Твердость, HV
Коэффициент стойкости, K
ВК8
Исходный
1830
1490
1
Отжиг в вакууме при 1050°C
2190
1410
4
Отжиг в вакууме при 1150°C
1910
1440
3,5
Отжиг в вакууме при 1250°C
1820
1400
3
Т14К8
Исходный
1500
1400
1
Отжиг в вакууме при 1050°C
2620
1420
4
Отжиг в вакууме при 1150°C
2310
1410
5
Отжиг в вакууме при 1250°C
1710
1450
6
ВК8 и Т15К6
Прототип
-
-
3
-
-
3