Композитные вращающиеся режущие инструменты из цементированного карбида и заготовки для вращающегося режущего инструмента

Композитные вращающиеся режущие инструменты из цементированного карбида и заготовки для вращающегося режущего инструмента

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предпосылки к созданию изобретения

Область техники, к которой относится изобретение

Группа изобретений в целом относится ко вращающимся режущим инструментам и заготовкам для вращающегося режущего инструмента, имеющих композитное строение и включающих участки с различающимся химическим составом и/или микроструктурой, и к относящимся к ним способам. Настоящее изобретение, в частности, относится к универсальным вращающимся режущим инструментам из цементированного карбида и инструментальных заготовок для вращающихся режущих инструментов, имеющих композитное строение, в котором по меньшей мере один участок содержит гибридный цементированный карбид, включающий в себя кубический карбид, и к способам изготовления вращающихся режущих инструментов и заготовки вращающегося режущего инструмента. Настоящее изобретение находит общее применение во вращающихся режущих инструментах, таких, например, как инструменты, предназначенные для сверления, рассверловки, зенковки, цилиндрического зенкования и торцового фрезерования.

Описание существующего уровня техники

Вращающиеся режущие инструменты из цементированного карбида (т.е. режущие инструменты, которые приводятся во вращение) обычно применяются в операциях механической обработки, таких как, например, сверление, рассверловка, зенковка, цилиндрическое зенкование, торцовое фрезерование и нарезание резьбы метчиком. Такие инструменты обычно изготавливают с негибридным твердым монолитным строением. Процесс изготовления таких инструментов включает в себя уплотнение металлургического порошка (состоящего из частиц керамики и металлического связующего) для формирования порошковой формовки. Порошковую формовку подвергают затем спеканию для получения цилиндрической заготовки инструмента, имеющего монолитное строение. Применяемый здесь термин «монолитное строение» означает инструмент, выполненный из твердого материала, такого, например, как цементированный карбид, имеющий по существу одинаковые характеристики в любом рабочем объеме инструмента. После спекания инструмент подвергают должной механической обработке для формирования режущей кромки и других признаков конкретной геометрии вращающегося режущего инструмента. Вращающиеся режущие инструменты включают в себя, например, сверла, торцовые фрезы, развертки и метчики.

Вращающиеся режущие инструменты, состоящие из цементированного карбида, приспособлены для применения во многих промышленных целях, включая резание и формовку конструкционных материалов, таких как металлы, древесина и пластмассы. Инструменты, выполненные из цементированного карбида, имеют важность для промышленности благодаря сочетанию прочности на разрыв, износостойкости и вязкости, характерному для этих материалов. Как известно в технике, цементированный карбид состоит из по меньшей мере двух фаз: по меньшей мере одного твердого керамического компонента и более мягкой основы из металлического связующего. Твердый керамический компонент может быть представлен, например, связующими элементов, входящих в группы IVB-VIB Периодической таблицы. Обычным примером может служить карбид вольфрама. Связующим может служить металл или металлический сплав, обычно кобальт, никель, железо или сплавы этих металлов. Связующее «цементирует» участки керамического компонента внутри основы, как взаимно соединенные по трем размерностям. Цементированные карбиды могут быть изготовлены путем консолидации металлургического порошка, представленного смесью по меньшей мере одного керамического компонента в форме порошка и по меньшей мере одного металлического связующего в форме порошка.

Физические и химические свойства цементированных карбидов зависят частично от отдельных компонентов металлургических порошков, применяемых для производства материалов. Свойства цементированного карбида определяются, например, химическим составом керамического компонента, размером частиц керамического компонента, химическим составом связующего и соотношением связующего и керамического компонента. Путем варьирования компонентов и пропорций компонентов в смеси металлургического порошка можно производить вращающиеся режущие инструменты из цементированного карбида, такие как сверла и торцовые фрезы, обладающие уникальными свойствами, согласующимися с определенными условиями применения.

Монолитное строение вращающихся режущих инструментов ограничивает их рабочие характеристики и диапазон применения. В качестве примера на фиг.1(а) и 1(b) показан вид сбоку и с торца соответственно спирального сверла 20, имеющего типичное строение, применяемое для создания и отделки отверстий в конструкционных материалах, таких как древесина, металлы и пластмассы. Спиральное сверло 20 включает в себя режущую кромку 21, выполняющую первоначальный надрез обрабатываемого изделия. Режущий конец 24 сверла 20 следует за режущей кромкой 21 и удаляет большую часть материала по мере сверления отверстия. Внешняя периферия 26 режущего конца 24 заканчивает отверстие. Во время этого процесса резания скорости резания значительно варьируются от центра сверла по направлению к периферии сверла. Это явление показано на фиг.2(а) и 2(b), на которых графически сопоставляются скорости резания на внутреннем (D1), внешнем (D3) и промежуточном (D2) режущем конце типичного спирального сверла. На фиг.2(а) внешний диаметр (D3) равен 1,00 дюйму (25,4 мм), а диаметры D2 и D3 равны 0,25 дюйма (6,4 мм) и 0,50 дюйма (12,7 мм) соответственно. На фиг.2(b) показаны скорости резания на трех различных диаметрах в то время, когда спиральное сверло работает со скоростью 200 оборотов в минуту. Как показано на фиг.2(а) и 2(b), скорости резания, измеренные в различных точках на режущих кромках вращающихся режущих инструментов, будут увеличиваться вместе с расстоянием от оси вращения инструментов.

Из-за этих изменений в скорости резания сверла и другие вращающиеся режущие инструменты, имеющие монолитное строение, не будут испытывать равномерного износа в различных точках в диапазоне от центра до внешней кромки режущей поверхности инструмента, причем возможно раскрашивание и/или растрескивание режущих кромок инструмента. Кроме того, в случае сверления упрочненных материалов перемычка обычно используется для проникновения в поверхностный слой, в то время как остальная часть тела сверла удаляет материал из более мягкого сердечника упрочненного материала. Поэтому перемычка обычных негибридных сверл с монолитным строением, применяемых при сверлении упрочненных материалов, будет изнашиваться гораздо быстрее, чем остальная часть режущей кромки, что ведет к относительно короткому сроку службы таких сверл. В обоих случаях из-за монолитного строения обычных негибридных сверл из цементированного карбида необходимо частое затачивание режущей кромки, что накладывает значительное ограничение на срок службы сверла. Частое затачивание и замена инструмента также ведут к излишним простоям при использовании механического станка.

Другие виды вращающихся режущих инструментов, имеющих монолитное строение, также имеют сходные недостатки. Например, специально разработанные головки сверла часто используются для одновременного выполнения нескольких операций. Примерами таких сверл являются ступенчатое сверло и двухступенчатое сверло. Ступенчатые сверла производят путем вытачивания одной или больше ступеней на диаметре сверла. Такие сверла используют для сверления отверстий разных диаметров. Двухступенчатые сверла могут использоваться для выполнения нескольких операций, таких как сверление, зенковка и/или цилиндрическое зенкование. Как и в случае с обычными спиральными сверлами, срок службы ступенчатых и двухступенчатых сверл с обычным негибридным монолитным строением из цементированного карбида может быть сильно ограничен огромными различиями в скорости резания, испытываемыми на различных диаметрах режущей кромки сверла.

Ограничения, которые налагаются на монолитные вращающиеся режущие инструменты, иллюстрируются также на примере торцовых фрез. В общем, торцовое фрезерование считается неэффективной техникой удаления металла, поскольку конец фрезы не поддерживается и отношение длины к диаметру торцовых фрез обычно велико (обычно больше 2:1). Это ведет к избыточному изгибанию торцовой фрезы и налагает значительные ограничения на глубину резания скорости подачи, которые могут применяться.

Для того чтобы определить проблемы, связанные с вращающимися режущими инструментами с монолитным строением, были сделаны попытки производить вращающиеся режущие инструменты, имеющие различные характеристики в различных местах. Например, сверла из цементированного карбида с обезуглероженной поверхностью описаны в патентах США №№ 5609447 и 5628837. При способах, описанных в этих патентах, карбидные сверла с монолитным строением из цементированного карбида нагревают до температуры 600-1100°С в защитной среде. Этот способ производства упрочненных сверл имеет серьезные ограничения. Во-первых, упрочненный поверхностный слой сверл чрезвычайно тонок и может довольно быстро изнашиваться, раскрывая лежащий под ним более мягкий цементированный карбид. Во-вторых, при затачивании сверл полностью теряется упрочненный поверхностный слой. В-третьих, при операции обезуглероживания, которая является дополнительной технологической операцией, значительно увеличивается стоимость готового сверла.

Ограничения, связанные с монолитными вращающимися режущими инструментами из цементированного карбида, смягчаются путем применения «композитного» строения типа, описанного в патенте США № 6511265 («патент '265»), который полностью включен сюда посредством ссылки. В патенте '265 описан композитный вращающийся режущий инструмент, включающий в себя по меньшей мере первый участок и второй участок. Инструмент согласно патенту '265 может быть изготовлен из цементированного карбида, и в этом случае первый участок композитного вращающегося режущего инструмента содержит первый цементированный карбид, который связан автогеном со вторым участком инструмента, который содержит второй цементированный карбид. Первый цементированный карбид и второй цементированный карбид различаются по меньшей мере одной характеристикой. Этой характеристикой может быть, например, модуль упругости, твердость, износостойкость, вязкость разрушения, прочность на разрыв, коррозионная стойкость, коэффициент теплового расширения или коэффициент теплопроводности. Участки цементированного карбида в инструменте могут располагаться соосно или иным образом размещены так, чтобы полезно размещать участки так, чтобы использовать их конкретные свойства.

В то время как изобретение, описанное в патенте '265, указывает на определенные ограничения для монолитных вращающихся режущих инструментов из цементированного карбида, примеры патента '265 в первую очередь содержат карбид вольфрама. Поскольку во вращающихся режущих инструментах, применяемых для сверления, торцового фрезерования и аналогичных целей, обычно наблюдаются относительно высокие напряжения сдвига, удобно применять марки цементированного карбида, обладающие очень высоким уровнем прочности, такие как те, в которых применяется карбид вольфрама. Эти марки, однако, могут не подходить для механической обработки стальных сплавов в связи с реакцией, которая может происходить между железом в стальном обрабатываемом изделии и карбидом вольфрама во вращающемся режущем инструменте. Инструменты, применяемые для механической обработки стали, могут содержать 0,5% или больше кубических карбидов в монолитном цементированном карбиде обычной марки. Добавление кубических карбидов в такие инструменты, однако, ведет к понижению прочности инструмента.

Таким образом, существует потребность в сверлах и других вращающихся режущих инструментах, имеющих различные характеристики на различных участках инструмента, такие как высокая прочность и твердость, и не вступающих в химическую реакцию с обрабатываемым изделием.

Сущность изобретения

Некоторые не ограничивающие рамок варианты реализации согласно настоящему описанию, относящиеся к композитному изделию, которое может быть выбрано из числа композитных вращающихся режущих инструментов и заготовок вращающихся режущих инструментов. Композитное изделие может включать в себя удлиненную часть. Удлиненная часть может содержать первый участок, содержащий первый цементированный карбид, и второй участок, скрепленный автогеном с первым участком и содержащий второй цементированный карбид. По меньшей мере один из числа первого цементированного карбида и второго цементированного карбида является гибридным цементированным карбидом. Гибридный цементированный карбид содержит дисперсную фазу цементированного карбида и непрерывную фазу цементированного карбида. По меньшей мере одна из числа дисперсной фазы цементированного карбида и непрерывной фазы цементированного карбида содержит по меньшей мере 0,5 весовых процента кубического карбида на основе веса фазы, включающей в себя кубический карбид.

Некоторые другие не ограничивающие рамок изобретения варианты реализации, описанные здесь, относятся к композитному изделию, которым является одно из числа сверла, заготовки сверла, торцовой фрезы, метчика, заготовки метчика, включая удлиненную часть. Удлиненная часть может содержать первый участок, содержащий первый цементированный карбид, и второй участок, скрепленный автогеном с первым участком и содержащий второй цементированный карбид. По меньшей мере один из числа первого цементированного карбида и второго цементированного карбида является гибридным цементированным карбидом, содержащим прерывную фазу цементированного карбида и непрерывную фазу цементированного карбида, причем по меньшей мере одна из дисперсной фазы цементированного карбида и непрерывной фазы цементированного карбида содержит по меньшей мере 0,5 весовых процента кубического карбида от общего веса фазы, включающей в себя кубический карбид. В некоторых вариантах реализации сопротивление к химическому износу первого цементированного карбида отличается от сопротивления химическому износу второго цементированного карбида.

Некоторые дополнительные не ограничивающие рамок изобретения варианты реализации согласно настоящему описанию относятся к способу производства изделия, выбранного из числа композитных вращающихся режущих инструментов и заготовок композитных вращающихся режущих инструментов, причем способы содержат приготовление смеси из гибридного цементированного карбида. Смесь гибридного цементированного карбида может содержать спеченные гранулы из марки первого цементированного карбида и неспеченные гранулы из марки второго цементированного карбида. В этом варианте реализации по меньшей мере одна из числа марки первого цементированного карбида и марки второго цементированного карбида может содержать по меньшей мере 0,5 весовых процента кубического карбида от общего веса определенной марки цементированного карбида. Смесь гибридного цементированного карбида может быть помещена в первом участке полости формы, а иной металлургической порошок может быть помещен во втором участке полости. В варианте реализации по меньшей мере часть смеси гибридного цементированного карбида может соприкасаться с металлургическим порошком. Варианты реализации способа могут включать в себя уплотнение смеси гибридного цементированного карбида и металлургического порошка для образования прессовки и спекания прессовки под избыточным давлением.

Краткое описание чертежей

Признаки и преимущества сплавов, изделий и способов, описанных здесь, могут быть лучше поняты при ссылке на прилагаемые чертежи, на которых:

на фиг.1(а) показан вид сбоку спирального сверла, имеющего типичное устройство и применяемого для создания и завершения отверстий в конструкционных материалах, таких как древесина, металлы и пластмассы;

на фиг.1(b) показан вид с торца спирального сверла, показанного на фиг.1(а);

на фиг.2(а) показано схематическое изображение трех диаметров D1, D2 и D3 вдоль режущей кромки обычного негибридного спирального сверла;

на фиг.2(b) показано графическое изображение скоростей резания обычного негибридного спирального сверла при диаметрах D1, D2 и D3;

на фиг.3(а)-3(d) показаны виды в разрезе новых заготовок, полезных для производства композитных вращающихся режущих инструментов, изготовленных согласно настоящему изобретению, где на фиг.3(а) и 3(b) изображен первый вариант реализации, и на фиг.3(b) показан в поперечном разрезе вид с торца заготовки, показанной в перспективе на фиг.3(а);

на фиг.4 показана микрофотография применяемой в настоящее время негибридной марки цементированного карбида на основе карбида вольфрама и кобальта при отсутствии кубического карбида;

на фиг.5 показана микрофотография применяемой в настоящее время негибридной марки цементированного карбида на основе карбида вольфрама и кобальта и включающего в себя кубический карбид;

на фиг.6 схематически проиллюстрирована процедура, применяемая для определения смежности дисперсной фазы гибридного цементированного карбида;

на фиг.7 показана микрофотография гибридного цементированного карбида, в котором дисперсная фаза включает в себя кубический карбид и непрерывная фаза относительно свободна от кубического карбида;

на фиг.8 показана микрофотография, изображающая гибридный цементированный карбид, в котором дисперсная фаза относительно свободна от кубического карбида, а непрерывная фаза содержит кубический карбид;

на фиг.9 показана микрофотография разреза варианта реализации композитного вращающегося режущего инструмента из цементированного карбида, включающего в себя первый участок, содержащий обычный негибридный цементированный карбид, и второй участок, содержащий гибридный цементированный карбид, который включает в себя кубический карбид как дисперсную фазу;

на фиг.10 показана микрофотография разреза варианта реализации композитного вращающегося режущего инструмента из цементированного карбида, включающего в себя первый участок, содержащий гибридный цементированный карбид, который включает в себя кубический карбид как непрерывную фазу, и второй участок, содержащий обычный негибридный цементированный карбид;

на фиг.11 показана микрофотография разреза варианта реализации композитного вращающегося режущего инструмента из цементированного карбида, включающего в себя первый участок, содержащий гибридный цементированный карбид, который включает в себя кубический карбид как непрерывную фазу, и второй участок, содержащий гибридный цементированный карбид, который включает в себя кубический карбид как дисперсную фазу; и

на фиг.12 показана микрофотография разреза варианта реализации композитного вращающегося режущего инструмента из цементированного карбида, включающего в себя первый участок, содержащий обычный негибридный цементированный карбид на основе карбида вольфрама, кубического карбида и кобальта, и второй участок, содержащий гибридный цементированный карбид, который включает в себя кубический карбид в дисперсной фазе при практическом отсутствии кубического карбида в непрерывной фазе.

Читатель сможет воспринять приведенные выше детали, также как и другие, после изучения следующего детального описания некоторых не ограничивающих рамок изобретения вариантов реализации согласно настоящему описанию изобретения.

Детальное описание некоторых не ограничивающих рамок изобретения вариантов

Реализации

В настоящем описании не ограничивающих рамок изобретения вариантов реализации, иных чем рабочие примеры или иные оговоренные случаи, все числовые значения, выражающие количество или характеристики, должны пониматься как дополненные во всех случаях термином «около». Соответственно, если только не оговорено иное, любые числовые значения, приведенные в следующем описании, являются приближениями, которые могут варьироваться в зависимости от нужных характеристик, которые нужно придать инструментам, заготовкам инструментов и способам согласно настоящему описанию изобретения. В крайнем случае, но не в качестве попытки ограничить применение теории эквивалентов к объему пунктов формулы изобретения, каждое числовое значение должно по меньшей мере толковаться в свете ряда сообщенных значительных цифр и путем применения обычной техники округления.

Любой патент, публикация или другой описательный материал, полностью или частично, включенный сюда посредством ссылки, включается сюда только в той степени, в которой включенный материал не противоречит существующим дефинициям, утверждениям или иному описательному материалу, приведенному здесь. Как таковое, и в необходимой степени, описание, приведенное здесь, заменяет любой противоречащий материал, включенный сюда посредством ссылки. Любой материал, или его часть, включенные сюда посредством ссылки, но которые противоречат существующим дефинициям, утверждениям или иному описательному материалу, приведенному здесь, включаются сюда только в той степени, при которой не возникает противоречия между включенным сюда материалом и существующим материалом описания изобретения.

Настоящее изобретение предназначено для вращающихся режущих инструментов и заготовок режущего инструмента, имеющих композитное строение, а не монолитное строение обычных негибридных вращающихся режущих инструментов. Здесь вращающимся режущим инструментом является режущий инструмент, имеющий по меньшей мере одну режущую кромку, который приводится во вращение и который вводится в контакт с обрабатываемым изделием для удаления материала с обрабатываемого изделия. В данном случае под вращающимся режущим инструментом, имеющим «композитное» строение, понимается вращающийся режущий инструмент, имеющий по меньшей мере два участка, различающиеся по химическому составу и/или микроструктуре, которые различаются также между собой по меньшей мере по одной характеристике или свойству материала. Характеристика или свойство материала могут быть выбраны, например, из числа химической износостойкости, коррозионной стойкости, твердости, прочности на разрыв, механической износостойкости, вязкости разрушения, модуля упругости, коэффициента теплового расширения и коэффициента теплопроводности. Варианты реализации композитных вращающихся режущих инструментов, которые могут быть выполнены согласно настоящему описанию, включают в себя сверла и торцовые фрезы, а также другие вращающиеся режущие инструменты, которые могут использоваться, например, при сверлении, развертывании, зенковке, цилиндрическом зенковании, торцовом фрезеровании и нарезке резьбы метчиком в материалах.

Согласно некоторым вариантам реализации, настоящее изобретение предлагает композитный вращающийся режущий инструмент, имеющий по меньшей мере одну режущую кромку, такую как спиралевидно ориентированную режущую кромку, и включающий в себя по меньшей мере два участка цементированного карбида, которые скреплены вместе автогеном и которые различаются по меньшей мере одной характеристикой или свойством материала. Применяемый здесь термин «автогенное скрепление» относится к скреплению, которое возникает между участками цементированного карбида или другого материала без добавления присадочного металла или других флюсов.

В вариантах реализации композитных вращающихся режущих инструментов и заготовок композитных вращающихся режущих инструментов, описанных здесь, по меньшей мере один из участков инструмента или заготовки содержит гибридный цементированный карбид. Гибридный цементированный карбид содержит непрерывную фазу цементированного карбида и дисперсную фазу цементированного карбида. В вариантах реализации по меньшей мере одна из числа непрерывной фазы цементированного карбида и дисперсной фазы цементированного карбида включает в себя по меньшей мере 0,5% кубического карбида по весу от общего веса фазы, включая кубический карбид.

Переходные металлы, принадлежащие к группами от IVB до VIB периодической таблицы, являются относительно сильными формирователями карбида. Некоторые из переходных металлов образуют карбиды, отличающиеся кубической кристаллической структурой, а другие переходные металлы образуют карбиды, отличающиеся шестигранной структурой кристалла. Кубические карбиды являются более прочными, чем шестигранные карбиды. Переходными металлами из групп от IVB до VIB являются Ti, V, Cr, Zr, Nb, HF и Та. Карбиды вольфрама и молибдена имеют шестигранную структуру металла, причем вольфрам является самым слабым из формирователей карбида. Кубические карбиды являются взаимно растворимыми друг в друге и образуют твердые растворы друг с другом при широком диапазоне химических составов. Кроме того, кубические карбиды обладают значительной растворимостью для WC (карбид вольфрама) и Мо₂С. С другой стороны WC обычно не обладает растворимостью в любом из кубических карбидов.

Цементированные карбиды на основе WC как твердой и дисперсной фазы и Со как фазы металлического связующего обеспечивают оптимальное сочетание прочности, износостойкости и вязкости разрушения. Во время механической обработки стальных сплавов инструментом из цементированного карбида WC/Со стальная стружка, образующаяся при механической обработке стали, остается в контакте с цементированным карбидом WC/Со. WC относительно нестабилен при контакте с железом при повышенной температуре, и во время механической обработки стали может произойти образование лунок износа и ослабление вращающегося инструмента с WC/Co.

Обнаружено, что добавление кубических карбидов к цементированному карбиду WC/Co монолитного вращающегося инструмента уменьшает взаимодействие WC во вращающемся инструменте с Fe в стали, продлевая таким образом срок службы инструмента при использовании для механической обработки стальных сплавов. Однако добавление кубических карбидов в эти инструменты снижает также прочность инструмента и сделать инструмент не подходящим для некоторых областей металлообработки.

В вариантах реализации композитного вращающегося инструмента или заготовки вращающегося инструмента согласно настоящему описанию применение гибридного цементированного карбида, содержащего кубический карбид, улучшает химическую износостойкость при незначительном уменьшении прочности инструмента. Применяемый здесь термин «химический износ» поочередно относится к коррозионному износу и относится к износу, при котором значительные химические или электрохимические реакции происходят между материалом и обрабатываемым изделием и/или окружающей средой, что ведет к износу материала. Например, химический износ может наблюдаться на вращающемся режущем инструменте в связи с диффузией и химической реакцией карбида вольфрама с железной механической стружкой при использовании инструмента для механической обработки стального сплава.

В варианте реализации один из двух скрепленных автогеном участков цементированного карбида вращающегося режущего инструмента может содержать обычную негибридную марку цементированного карбида. Обычная негибридная марка цементированного карбида может содержать один или больше типов частиц карбида переходного металла и связующий металл или металлический сплав. В не ограничивающем рамки изобретения примере обычная негибридная марка цементированного карбида может содержать твердые частицы карбида вольфрама, погруженного в кобальтовое связующее. Пример обычной негибридной марки карбида вольфрама-кобальта (т.е. WC-Co) изображен на фиг.4. Цементированный карбид, изображенный на фиг.4, был изготовлен путем уплотнения и спекания порошковой смеси цементированного карбида Firth Grade 248, поставляемого компанией ATI Firth Sterling, Мэдисон, шт. Алабама. Порошковая смесь цементированного карбида Firth Grade 248 включает в себя около 11 весовых % порошка кобальта и 89 весовых % частиц (или порошка) карбида вольфрама. Цементированный карбид, произведенный при уплотнении и спекании порошковой смеси Firth Grade 248, включает в себя непрерывную фазу частиц карбида вольфрама, погруженных в непрерывную фазу кобальтового связующего. Другая обычная негибридная марка цементированного карбида изображена на фиг.5. Цементированный карбид на фиг.5 был изготовлен из порошковой смеси цементированного карбида Firth Grade Т-04 (также поставляемого компанией ATI Firth Sterling, Мэдисон, шт.Алабама). Порошковая смесь цементированного карбида Firth Grade Т-04 включает в себя: 12 весовых % порошка кобальта, в общем 6 весовых % частиц карбида титана, карбида тантала и карбида ниобия и 82 весовых % частиц карбида вольфрама. Цементированный карбид, произведенный при уплотнении и спекании порошковой смеси Firth Grade Т-04, включает в себя непрерывную фазу, содержащую частицы карбида вольфрама и твердый раствор карбида титана, карбида тантала и карбида ниобия, погруженных в непрерывную фазу кобальтового связующего.

Как отмечено выше, один вариант реализации настоящего изобретения относится к композиту, включающему в себя первый участок, содержащий гибридный цементированный карбид, содержащий по меньшей мере 0,5 весовых % кубического карбида относительно веса фазы, включающей в себя кубический карбид, скрепленный автогеном со вторым участком, содержащим обычный негибридный цементированный карбид. В другом варианте реализации каждый из скрепленных автогеном участков цементированного карбида содержит гибридный цементированный карбид, и каждый из двух гибридных цементированных карбидов содержит по меньшей мере 0,5 весовых % кубического карбида относительно веса фазы гибридного цементированного карбида, включающей в себя кубический карбид. Каждый гибридный цементированный карбид, который содержит фазу, включающую в себя по меньшей мере 0,5% кубического карбида от общего веса фазы, может демонстрировать улучшенную химическую износостойкость относительно, например, цементированного карбида на основе исключительно карбида вольфрама и кобальта. Например, возникновение лунок износа на инструменте из цементированного карбида, связанное с химическим износом, который может происходить при контакте со стальными обрабатываемыми изделиями, значительно уменьшается в то время, когда инструмент содержит участок, соприкасающийся с обрабатываемым изделием, который содержит гибридный цементированный карбид, включающий в себя непрерывную и/или прерывную фазу, содержащую по меньшей мере 0,5% кубического карбида от общего веса фазы, содержащей кубический карбид. Поэтому путем включения кубического карбида в гибридный цементированный карбид можно улучшить химическую износостойкость инструмента, включающего участок, содержащий гибридный цементированный карбид. Кроме того, прочность участка гибридного цементированного карбида инструмента незначительно ухудшается за счет присутствия кубического карбида по сравнению с инструментом, выполненным, например, из обычной негибридной марки цементированного карбида WC-Co.

Аспекты некоторых вариантов реализации настоящего изобретения можно будет лучше понять путем изучения заготовки вращающегося режущего инструмента 30, показанной на фиг.3(а) и (b). На фиг.3(а) показан вид в разрезе, в котором заготовка вращающегося режущего инструмента 30 разрезана вдоль плоскости, включающей в себя центральную ось заготовки. На фиг.3(b) показан вид в поперечном разрезе, в котором заготовка вращающегося режущего инструмента 30 разрезана поперек центральной оси инструмента. Заготовка вращающегося режущего инструмента 30 является в целом цилиндрической спеченной прессовкой с двумя расположенными соосно, скрепленными автогеном участками цементированного карбида. Специалисту в данной области техники должно быть ясно, что последующее обсуждение вариантов реализации настоящего изобретения может также быть отнесено к изготовлению композитных вращающихся режущих инструментов и заготовок вращающихся инструментов, имеющих более сложную геометрическую форму и/или больше чем два участка. Таким образом, следующее обсуждение не направлено на то, чтобы ограничить изобретение, но просто на то, чтобы проиллюстрировать некоторые не ограничивающие рамки изобретения варианты реализации.

Заготовка вращающегося режущего инструмента 30 может включать в себя первый участок 31, который может быть участком сердечника, содержащий первый цементированный карбид. В не ограничивающем рамки изобретения варианте реализации участок сердечника может содержать обычную негибридную марку цементированного карбида WC-Co, обеспечивающую максимально возможную прочность. Первый цементированный карбид первого участка 31 скреплен со вторым участком 32, содержащим второй карбид, который может быть внешним участком. Внешний участок может содержать гибридный цементированный карбид, в котором по меньшей мере одна из числа непрерывной и дисперсной фаз содержит по меньшей мере 0,5% кубического карбида (относительно веса определенной фазы, включающей в себя кубический карбид) для получения улучшенной химической износостойкости и без значительной потери прочности и механической износостойкости относительно того цементированного карбида, в котором отсутствует кубический карбид. Как показано на фиг.3(а) и 3(b), первый участок 31 и второй участок 32 могут быть расположены соосно. Первый и второй участки 31 и 32 могут быть скреплены автогеном.

Как указано выше, описанные здесь варианты реализации включают в себя один или больше участков, содержащих гибридный цементированный карбид. В то время как обычный негибридный цементированный карбид является композитным материалом, который обычно содержит частицы карбида переходного металла, диспергированные в нем и погруженные в непрерывную связующую фазу, гибридный цементированный карбид может включать в себя участки (или, как поочередно применяется здесь, «фазы») по меньшей мере одной обычной марки негибридного цементированного карбида, диспергированные в нем и погруженные в непрерывную фазу второй обычной негибридной фазы цементированного карбида, образуя таким образом композит, который включает в себя прерывную фазу первого цементированного карбида и непрерывную фазу второго цементированного карбида. Гибридные цементированные карбиды описаны, например, в патенте США № 7384443 («патенте '433»), включенном сюда посредством ссылки. Прерывная фаза цементированного карбида и непрерывная фаза цементированного карбида в каждом гибридном цементированном карбиде обычно и независимо содержит частицы карбида одного или больше из переходных металлов, например титана, ванадия, хрома, циркония, гафния, молибдена, ниобия, тантала и вольфрама. Две фазы гибридного цементированного карбида также содержат, каждая, непрерывную фазу металлического связующего (или, проще, непрерывное металлическое связующее), которое скрепляет вместе или цементирует все частицы карбида в определенной фазе гибридного цементированного карбида. Непрерывная фаза металлического связующего каждого цементированного карбида гибридного цементированного карбида может включать в себя кобальт, сплав кобальта, никель, сплав никеля, железо или сплав железа. Кроме того, в фазе связующего или и в цементированном карбиде, и в гибридном цементированном карбиде могут присутствовать в относительно небольшой концентрации легирующие элементы, такие, например, как вольфрам, хром, молибден, углерод, бор, кремний, медь, марганец, рутений, алюминий и серебро для улучшения различных характеристик. При применении здесь к гибридным цементированным карбидам терминов «дисперсная фаза» и «прерывная фаза» они используются поочередно.

Как показано выше, аспект гибридных цементированных карбидов, которые могут быть включены в область композитных изделий, описанных здесь, заключается в том, что по меньшей мере одна из числа непрерывной фазы цементированного карбида и прерывной фазы цементированного карбида содержит по меньшей мере 0,5 весовых % кубического карбида, где весовая доля относится к общему весу фа