Способ изготовления твердых металло-керамических сплавов с комплексной карбидной составляющей

Способ изготовления твердых металло-керамических сплавов с комплексной карбидной составляющей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СССР

М 56245.Класс 40Ь, 17

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зарегистрировано в Бюро последующей регистрации изобретений Госплана при СНК СССР

Г А Меерсон

Способ изготовления твердых металлокерамических сплавов с комплексной карбидной составляющей.

Заявлено 25 я:варя 1935 года в НКЦвМет за № 185233.

Опубликовано 31 декабря 1939 года.

Уже известен способ получения комплексной карбидной составляющей для твердых сплавов из смеси окислов, например, титана и вольфрама, т. е. двух карбидообразующих металлов, из которых один не восстанавливаемый газовыми восстановителями. Известно также проведение операции восстановления исходя из смеси окислов карбида, образующих металлов и цементирующего металла. К способам изготовления подобных твердых металло-керамических сплавов с комплексной карбидной составляющей относится и настоящее изобретение.

Исследованиями последних лет установлено, что введение в состав твердых сплавов карбидов тугоплавких металлов, главным образом, карбидов, кристаллизующихся в кубической системе (IV и V группы элементов), как например, карбидов циркония, титана, ванадия, ниобия, тантала, сильно повышающих режущие свойства, твердость сплавов и т. д., затрудняется тем, что в отличие от вольфрама соответствующие металлы (цирконий, титан, ванадий, ниобий, тантал) восстанавливаются значительно труднее. В частности, их нельзя получить путем применения таких общепринятых газообразных восстановителей, как водород или окись углерода. Поэтому обычно получают соответствующие карбиды путем прокаливания окислов с сажей.

Это требует высоких температур и продолжительного прокаливания, уменьшает производительность печей вследствие большого объема загружаемой шихты, состоящей из таких легких порошков, как окислы и сажа, и дает при совмещении процессов восстановления и карбонизации неоднородный продукт, что и наблюдается, например, при изготовлении твердых сплавов на основе карбида титана.

Кроме того введение в сплав таких карбидов, как карбиды циркония, титана и др. затрудняет процесс спека ния сплава и поэтому; операцию спекания приходится удлинять, что также понижает производительность печей.

Согласно настоящему способу, значительно облегчается получение твердых сплавов, содержащих тугоплавкие карбиды металлов IV и Ч группы.

Способ заключается в том, что для снижения температуры и ускорения реакции восстановления окислов указанных металлов в шихту смеси окисла с углем добавляется небольшое количество нескольких металлов ускорителей реакции (катализаторов) в форме соответствующих окислов или солей. При этом, по меньшей мере два из металлов ускорителей должны быть из группы восстанавливаемых водородом и окисью углерода, но не карбонизующихся (медь, серебро, кобальт, никель).

Процесс восстановления карбонизации при этом предпочтительно проводить в две операции вместо обычно применяющейся одной. В первой операции проводится в основном восстановление при пониженной температуре (понижение температуры за с чет присадок), во второй операции проводится окончательная карбонизация при повышенной температуре спрессованной шихты из первой стадии; при этом, вследствие спрессованного состояния предварительно восстановленной шихты, производительность. печи сильно повышается, а продукт подвергается рекристаллизации, что увеличивает его однородность и улучшает качество.

Затем полученный таким образом карбид, содержащий, небольшие присадки других карбидов и не карбонизующихся металлов, размалывается, к нему примешиваются отдельно полученные карбид вольфрама или молибдена и цементирующий металл— кобальт или никель; смесь размалывается, прессуется и спекается.

При таком способе весь или большая часть карбида вольфрама или; молибдена и кобальта или никеля. могут быть получены при самых низких температурах в наиболее мелкозернистой форме и будет избегнуто известное ухудшающее воздействие. на них высоких температур. Небольшие же комплексные присадки к карбиду IV или V группы произведут достаточное действие, чтобы ускорить. и снизить температуру восстановления данного окисла, чтобы на второй:. высокотемпературной стадии сосре-,, доточить процесс окончательной кар бонизации (уже без большего выделения газа — окиси углерода) и процесс рекристаллизации карбида. Последний процесс благодаря наличию присадок также облегчается, а в последующем карбид легче взаимодей, ствует с остальными компонентами сплава и процесс спекания ускоряется.

В случае необходимости для неко торых областей применения твердого сплава (резание некоторых металлов и др.) сохранения наименьшей зернистости карбида металла IV или V группы температуру второй стадии карбонизации снижают или же весь процесс восстановления (карбонизации) проводят в одну операцию без упрессовывания шихты во второй стадии, Данный способ поясняется следую| щим конкретным примером (количественные соотношения показаны в объемных процентах для облегчения: рассуждений о взаимозаменяемости аналогичных компонентов).

Замешиваются в форме мелких порошков или в форме водной суспензии в шаровой мельнице следующие-: вещества:

Окись титана.

Окись вольфрама (илн окись дена) .

Уксуснокнслый кобальт илн кобальта (илл никеля)

Уксуснокислая медь илн окись

Сажа

Из расчета на образование 55 объемных процентов карбида титана молнбИз расчета на образование 6 объемных процентов карбида вольфрама (или карбида молибдена) окись Из расчета на образование 1,5 объемных процента металлического кобальта (нли никеля)

Из расчета на образование 0,25 объемных процента металлической меди

Необходимое количество для восстановлення н карбонизацни. разнообразного набора, или при применении последующего размола карбида до нужной мелкой зернистости в мельницах с ударным действием шаров можно применять метод карбонизации в две операции с рекристалливацией запрессованной шихты во второй операции. При этом производижльность, операции сильно возрастает.

Для вышеприведенного примера шихта на первой операции после загрузки в 1400 прогревается в печи, например, до 1600 †170 в течение

30 минут, затем проталкивается в холодильник и размалывается; содержимое двух патронов набивается (запрессовывается) в один патрон (благодаря уменьшению в объеме) и вновь подвергается прогреву в течени 45 минут при 1600 †19 (в зависимости от желательного роста зерна).

Полученный в одну или две операции карбид титана с небольшими присадками карбида вольфрама (молибдена), кобальта (никеля) и меди размалывается и смешивается в шаровой мельнице с мелкими порошками отдельно полученных при минимальных температурах карбида вольфрама и никеля из следующего расчета:

Карбид титана с присадками ..

Мелкий низкотемпературный карбид вольфрама

Мелкий низкотемпературный никель движение материала всех компонентов, в результате чего процесс спекания и заполнения пор облегчается и ускоряется и получается сплав с высокими твердостью, плотностью, прочностью, режущими и истирающими свойствами.

В результате же ускорения процессов карбонизации и спекания повышается производительность труда и оборудования в производстве, а продукт удешевляется.

Указанный в вышеприведенном примере карбид титана может быть полностью или частично заменен карбидами циркония, ванадия, ниобия, тантала. При этом соответственно изменяется температура восстановления и карбонизации.

Количественные соотношения комХорошо перемешанная и высушенная смесь загружается в угольные патроны и последние медленно задвигаются в печь Таммана в атмосферу водорода или окиси углерода при

1300 †14 .

При этом в первую очередь восстанавливается медь и затем кобальт (или никель); их присутствие каталитически ускоряет и снижает темперачуру восстановления и карбонизации вольфрама (или молибдена), а затем происходит восстановление окиси титана, температура которого снижается, а скорость увеличивается за счет воздействия всей цепи вышеуказанных ускорителей, последнее звено которой — карбид вольфрама (или молибдена) образует твердый раствор с карбидом титана и над этим твердым раствором допустимо более высокое равновесное давление окиси углерода (продукта восстановления), чем над чистым карбидом титана.

В результате карбонизацию можно закончить в течение 1 — 1 / часов при температуре 1450 — 1700 (в зависимости от величины загрузки и количества присадок — ускорителей).

В случае возможности или желательности некоторого укрупнения вел чины зерен карбида или получения их

Смесь после размола прессуется и спекается обычным путем при 1400—

1500о. При этом кобальт (или никель) и медь (или серебро), введенные как присадки к карбиду титана, переходят в цементирующий твердый раствор, присоединяясь к никелю, введенному в окончательную смесь. Наличие же меди в цементе увеличивает вязкость сплава, а карбид вольфрама (карбид молибдена), введенный как присадка в карбид титана, совместно с карбидом вольфрама, введенным в окончательную смесь, частично распределяются в твердых растворах в карбиде титана и в никелевом цементе и частично выкристаллизовываются в форме самостоятельных зерен карбида вольфрама (молибдена).

В итоге происходит активное пере02,5 объемных процента

30,0 объемных процента

7,5 объемных процента. понентов могут изменяться в зависимости от нужных свойств сплава, однако, общее количество карбидов IV и Ч группы элементов в сумме карбидов всего сплава должно быть не меньше 30 объемных процентов. Кро.ме того увеличение содержания присадочных металлов железной группы в шихте перед карбонизацией карби.дов IV u V группы металлов ведет к слишком сильному спеканию карбида, поэтому количество этих металлов в ускоряющей присадке не должно превосходить 5 объемных процентов по отношению к карбиду. Присадка же меди или серебра не должна, во избежание снижения твердости сплава, превосходить 5 объемных процентов по отношению ко всему количеству цементирующих металлов в сплаве.

Пред„мет изобретения.

Способ изготовления твердых металло-керамических сплавов с комплексной карбидной составляющей из карбидов по крайней мере. одного не восстанавливаемого водородом металла (например, титан, цирконий и др,) и одного легко восстанавливаемого газовыми восстановителями (например, вольфрама, молибдена) с проведением операции восстановления и карбонизации, исходя из порошков окислов или солей или их водной суспензии, отличающийся тем, что, с целью ускорения процессов восстановления и карбонизации, в исходную смесь окислов или солей дополнительно вводят в форме окислов или солей по меньшей мере два металла из группы восстанавливаемых газовыми восстановителями, но не карбонизующихся (медь, серебро, кобальт, никель), причем количество металлов железной группы в этой присадке не должно превосходить 5 объемных процентов по отношению к карбиду, а количество меди или серебра — 5 съемных процентов по отношению к общему количеству цементирующих металлов в сплаве.

Госпланиздат

Леноблгорлит № 1653.

Отв. редактор IT. В. Никитин Техред А. H. Хрош

Тип. «Печатный Двор», зак. № 152/5 — 600