close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY3926

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(19)
BY (11) 3926
(13)
C1
7
(51) C 22C 29/02,
(12)
B 22F 9/16,
B 22F 9/22
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ
КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
(54)
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТУГОПЛАВКИХ ПОРОШКОВЫХ
КОМПОЗИЦИЙ НА ОСНОВЕ КАРБИДА ВОЛЬФРАМА
(21) Номер заявки: 970492
(22) 1997.09.15
(46) 2001.06.30
(71) Заявитель: Научно-исследовательский
и
конструкторско-технологический
институт
сварки и защитных покрытий с опытным
производством (BY)
(72) Авторы: Борд Н.Ю., Шелег В.К., Хоняк Е.В. (BY)
(73) Патентообладатель: Научно-исследовательский и
конструкторско-технологический
институт
сварки и защитных покрытий с опытным
производством (BY)
(57)
Способ получения тугоплавких порошковых композиций на основе карбида вольфрама из вторичного
сырья тяжелых и твердых сплавов, включающий окислительный отжиг исходных компонентов в кислородсодержащей газовой среде, восстановление-карбидизацию в газовой среде, содержащей водород и углеродсодержащий компонент, и корректировку содержания свободного углерода в газовой среде, содержащей углекислый газ, отличающийся тем, что процесс восстановления-карбидизации проводят в две стадии, при
этом первую стадию осуществляют при 1050-1200 °С и содержании углеродсодержащего компонента 2-3
об. %, а вторую при 850-950 °С и содержании углеродсодержащего компонента 5-8 об. %.
BY 3926 C1
(56)
RU 2068320 C1, 1996.
RU 2086358 C1, 1997.
RU 2079564 C1, 1997.
US 3850614 A, 1974.
Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к способам получения карбидов и
композиций на их основе для изготовления твердых сплавов как из традиционного, так и вторичного сырья.
Промышленное получение твердосплавных композиций предусматривает раздельное получение карбида
вольфрама и кобальта, их смешение и размол.
При этом, как правило, карбид вольфрама получают карбидизацией порошка металлического вольфрама
сажей в угольных трубчатых печах (Третьяков В.И. Основы металловедения и технологии производства
твердых сплавов. - М.: Металлургия, 1976).
Такая технология является многооперационной, продолжительность карбидизации, и особенно размола,
исчисляется десятками часов. Применение данного способа в переработке вторичного сырья (использованный твердосплавный инструмент, технологический брак и т.д.) возможно только при полной очистке и разделении металлических составляющих отходов.
Так как в твердосплавных отходах вольфрам и кобальт присутствуют одновременно, более приемлемой
представляется технология газотермического синтеза твердосплавных композиций из предварительно окисленного или оксидного сырья.
Известен способ получения твердосплавных композиций, включающий прокалку оксидов вольфрама и
кобальта, восстановление их в водороде, карбидизацию в метансодержащей газовой атмосфере при температуре 900-1000 °С и корректировку содержания углерода при температуре 800-850 °С (Исследование условий
BY 3926 C1
карбидизации вольфрама смесью H2-CH4 в присутствии кобальта /В.К. Сенчихин, В.И. Третьяков и др. Сб. /
Качество и эффективность применения твердых сплавов (ВНИИТС). - М.: Металлургия, 1984). Преимуществом этого метода является сокращение технологической цепочки получения твердого сплава и возможность
снижения (за счет применения газовых атмосфер) температуры карбидизации.
Однако в получаемых по данному способу твердосплавных композициях порошки неоднородны по гранулометрическому и химическому составу из-за блокировки поверхности реагирующих частиц избыточной
сажей, выделяемой в результате конверсии метана. Применение же на стадии корректировки свободного углерода метансодержащей атмосферы не позволяет предотвратить взаимодействие с фазовыми составляющими получаемого продукта, что приводит к неоднородности химического состава порошков.
Наиболее близким по технической сущности к достигаемому эффекту является способ получения порошковых тугоплавких композиций на основе карбида вольфрама из вторичного сырья тяжелых и твердых сплавов, включающий окислительный отжиг исходных компонентов, одновременное восстановление и карбидизацию в водородсодержащей газовой среде с добавками углеродсодержащих компонентов, например метана,
и корректировку содержания свободного углерода в газовой среде, содержащей углекислый газ (Патент РФ
2068320, 1996).
Однако реализация этой технологии направлена на получение стандартных твердосплавных порошковых
смесей со средним размером зерна, не превышающим 2 мкм. В то же время для ряда производств, например
при изготовлении прокатных валков, необходимы твердосплавные материалы с укрупненным размером зерна.
Попытки получения укрупненных зерен путем простого повышения температуры на стадии восстановления-карбидизации в известном способе приводят лишь к значительному увеличению количества свободного
углерода, что связано со смещением реакции разложения присутствующего в газовой среде метана
СН4 = С + 2Н2 в сторону образования активного сажистого углерода.
Задачей настоящего изобретения является получение порошковых смесей с укрупненным размером зерна.
Технический результат достигается тем, что в известном способе, включающем окислительный отжиг
исходных компонентов в кислородсодержащей газовой среде, восстановление-карбидизацию в газовой среде, содержащей водород и углеродсодержащий компонент, и корректировку содержания свободного углерода в газовой среде, содержащей углекислый газ, процесс восстановления-карбидизации проводят в две стадии, при этом первую стадию осуществляют при 1050-1200 °С и содержании углеродсодержащего
компонента 2-3 об. %, а вторую при 850-950 °С и содержании углеродсодержащего компонента 5-8 об. %.
Способ осуществляется следующим образом.
Отходы тяжелых или твердых сплавов окисляют в атмосфере воздуха при температуре 900-1000 °С до
получения рыхлого оксидного продукта. Оксиды помещают в металлический муфель нагревательной шахтной печи и после герметизации и набора температуры 1050-1200 °С в муфель подают водородсодержащую
газовую атмосферу, содержащую 2-3 об. % метана, и осуществляют процесс восстановления и частично карбидизации. Затем температуру в печи снижают до 850-950 °С, а добавку природного газа увеличивают до 5-8
об. % и осуществляют дальнейший процесс восстановления-карбидизации.
Корректировку содержания углерода осуществляют в этой же печи при температуре 850-950 °С, но вместо метана подают 3-5 % углекислого газа. Затем муфель извлекают из печи и охлаждают в среде инертного
газа.
Предлагаемый двухстадийный режим восстановления-карбидизации оксидов вначале при температуре
1050-1200 °С и содержании метана 2-3 об. %, а затем при температуре 850-950 °С и содержании метана 5-8
об. % обеспечивает получение укрупненных твердосплавных порошковых смесей с размером зерен до 10-12
мкм.
Использование водородсодержащих газовых атмосфер с добавками углеродсодержащих компонентов
обусловлено наличием в этой атмосфере наряду с водородом активных атомов углерода, являющихся одновременно и компонентом-восстановителем и компонентом-карбидизатором.
Как известно, реакция разложения метана СН4 = С + 2Н2 при повышении температуры смещается в сторону образования активного свободного углерода. Таким образом, сочетая температуру стадии восстановления-карбидизации и добавку метана удается создать оптимальные условия для осуществления процесса.
Добавка углеродсодержащего компонента - метана - в количестве 2-3 об. % при температуре 10501200 °С позволяет обеспечить превалирование процесса восстановления и укрупнения зерен над процессом
карбидизации. В то же время такая добавка является оптимальной с точки зрения компенсации образующихся в газовой среде дополнительных количеств окисляющих компонентов: водяного пара и углекислоты.
Уменьшение содержания метана ниже 2 % приводит практически к превращению первой стадии в стадию
восстановления, что требует дополнительной корректировки состава газовой фазы на второй стадии; увеличение же добавки до количеств, превышающих 3 об. %, приводит к образованию дополнительных количеств
свободного сажистого углерода, снижающих однородность химического состава конечного продукта и пре2
BY 3926 C1
пятствующих росту зерна, что связано с протеканием процесса восстановления оксида вольфрама на дисперсных частицах сажи и образования, соответственно, дисперсных вольфрамовых частиц, а также растрескиванием крупных частиц вольфрама в процессе его превращения в карбид (внедрение атомов углерода),
ухудшающих свойства регенерированных смесей.
Дозированная подача метана при температуре 850-950 °С в количестве 5-8 % по объему обеспечивает
высокую скорость реакции восстановления оксидов и полную их карбидизацию.
Добавка метана в количестве 5-8 об. % при карбидизации является величиной оптимальной, установленной на основании термодинамических расчетов (Изучение процессов восстановления и карбидизации оксидов молибдена и вольфрама в газовых системах /Н.Ю. Борд и др./ Порошковая металлургия. - Мн.: Выш.
школа, 1980. - Вып. 12. - С. 20-22). Уменьшение добавки ниже 5 об. % ведет к получению недокарбидизированных фаз. А увеличение свыше 8 об. % приводит к образованию излишнего свободного углерода в получаемом продукте, что ведет к снижению качества получаемых порошков.
Снижение температуры ниже 1050 °С не позволяет получать порошковые смеси с укрупненным размером зерна. При увеличении температуры выше 1200 °С термодинамически более устойчивым является чистый вольфрам. В этом случае затруднено образование карбидных частиц. Кроме того, при таких высоких
температурах поддержание углеродного потенциала контролируемых газовых атмосфер, содержащих водород и окись углерода, требует применение специальных технологических приемов, в том числе глубокой
осушки и добавки дополнительных количеств метана, что, как уже указывалось выше, приводит к снижению
качества конечных продуктов.
Пример 1.
Отработанные режущие пластины из твердого сплава ВК6 окисляли в воздушной атмосфере при температуре 950 °С в течение 8 ч. Оксиды просеивали на сите 063 и загружали в муфель шахтной печи. После
герметизации и продувки газом муфель помещали в рабочую часть печи, нагретой до температуры 1000,
1050, 1150, 1200, 1250 °С, и проводили восстановление-карбидизацию в водородсодержащей газовой атмосфере, содержащей 1; 2; 2,5; 3 и 4 об. % метана. Затем снижали температуру до 830, 850, 900, 950, 1000 °С, а
добавку метана увеличивали до 4, 5, 6, 8 и 8,5 об. %. На стадии корректировки температура составляла
850 °С, а добавка углекислого газа - 3,5 об. %.
Полученные твердосплавные композиции анализировали на содержание свободного и общего углерода
согласно ГОСТ 25599-83. Гранулометрический состав порошков определяли, используя микроскопический
метод. Результаты анализов приведены в таблице.
Пример 2.
Эти же отходы после окисления карбидизировали по технологии способа-прототипа при температуре
930 °С. Содержание метана на первой стадии составляло 7 об. %, а на второй стадии - 5,5 об. %. Затем температуру снижали до 650 °С, а вместо метана в газовую среду добавляли 3,5 об. % углекислого газа, полученную смесь анализировали на содержание общего и свободного углерода, а также размер частиц аналогично примеру 1 (табл.).
Пример 3.
Отработанные втулки из твердого сплава марки ВК6 регенерировали по технологии примера 1. Полученные результаты приведены в таблице (примеры 3.1-3.3).
Пример 4.
Брали отходы стержней из тяжелого сплава типа ВНЖ и окисляли на воздухе в течение 10 ч при температуре 1000 °С. Режимы карбидизации и характеристики полученных твердосплавных смесей приведены в
таблице (позиции 5.1-5.3).
Пример 5.
Эти же смеси карбидизировали по способу-прототипу. Режимы карбидизации и характеристики полученных порошков приведены в таблице (позиции 4 и 6).
Как видно из таблицы, при использовании для карбидизации известных режимов (примеры 2, 4, 6) не
удается получить твердосплавные смеси с укрупненным размером зерна - у всех апробированных составов
средний диаметр частиц не превышает 2,0-2,2 мкм, что соответствует стандартным твердосплавным порошковым смесям. Такие же недостатки характерны для смесей, полученных карбидизацией по режимам, выходящим за пределы предлагаемой технологии (примеры 1.1 и 1.5). Твердосплавные композиции, полученные
по предлагаемой технологии (примеры 1.2-1.4, 3.1-3.3, 5.1-5.3), однородны по химическому составу, имеют
минимальное содержание свободного углерода, а размер частиц у этих смесей соответствует заданным требованиям и увеличивается от 4,0-4,5 мкм (при температуре первой стадии, равной 1050 °С) до 10-12 мкм при
повышении температуры до 1200 °С.
Анализ полученных результатов свидетельствует о том, что предлагаемая технология может быть успешно использована в инструментальном производстве для утилизации отходов тяжелых и твердых сплавов и
получения регенерированных порошковых твердосплавных композиций с укрупненным размером зерна.
3
BY 3926 C1
Режим восстановления - карбидизации и характеристики получаемых смесей
Параметры процесса
Вид отходов,
материал
I стадия
Т, °С
II стадия
T, °С
830
СН4,
об. %
4,0
1.1 Отработанные режущие пластины, ВК6
1.2
1.3
1.4
1.5
1000
СН4,
об. %
1,5
1050
1150
1200
1250
2,0
2,5
3,0
4,0
850
900
950
1000
2. Способ-прототип
930
7,0
3.1 Отработанные втулки,
ВК16
3.2
3.3
1050
Параметры процесса
Средн.
С своб.
С общ.
диаметр
мас. %
мас. %
частиц,
мкм
5,00
0,05
1,8
5,0
6,0
8,0
8,5
5,65
5,70
5,72
6,00
0,06
0,08
0,10
0,25
4,0
6,0
10,0
2,0
930
5,5
5,70
0,10
1,8
2,5
850
5,0
5,16
0,08
4,5
1150
1200
2,5
2,5
900
950
6,0
8,0
5,20
5,18
0,07
0,09
8,0
12,0
4. Способ-прототип
930
7,0
930
6,0
5,16
0,10
1,9
5.1 Отходы стержней из
сплава ВНЖ
5.2
5.3
1050
2,5
850
5,0
5,70
0,10
4,0
1150
1200
2,5
2,5
900
950
6,0
8,0
5,65
5,80
0,10
0,13
6,0
10,0
6. Способ-прототип
950
7,0
950
5,5
5,20
0,12
2,2
Государственный патентный комитет Республики Беларусь.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
149 Кб
Теги
by3926, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа