Способ упрочнения твердых сплавов

Способ упрочнения твердых сплавов

Реферат

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:

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^-5 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/мм2	Прочность средняя, Н/мм2
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

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.