close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY13641

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2010.10.30
(12)
(51) МПК (2009)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 13641
(13) C1
(19)
B 22F 3/12
C 22C 29/06
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТВЕРДОСПЛАВНЫХ ИЗДЕЛИЙ НА
ОСНОВЕ КАРБИДА ВОЛЬФРАМА
(21) Номер заявки: a 20081368
(22) 2008.10.29
(43) 2010.06.30
(71) Заявитель: Государственное научное учреждение "Институт порошковой металлургии" (BY)
(72) Авторы: Побережный Сергей Владимирович; Белявин Клементий Евгеньевич;
Минько
Дмитрий
Вацлавович; Решетников Николай
Вячеславович (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт порошковой металлургии" (BY)
(56) RU 2110598 C1, 1998.
ШЕЛЕГ В.К. и др. Порошковая металлургия: достижения и проблемы //
Сборник материалов докладов международной научно-технической конференции, 2005. - C. 53-56.
JP 62010201 A, 1987.
RU 2264278 C1, 2005.
SU 1748943 A1, 1992.
BY 13641 C1 2010.10.30
(57)
Способ изготовления твердосплавного изделия на основе карбида вольфрама, включающий замешивание шихты, ее прессование и спекание заготовки, отличающийся тем,
что перед спеканием осуществляют отжиг заготовки, а после спекания проводят дополнительное электроимпульсное спекание путем прямого пропускания через заготовку переменного электрического тока в течение 0,1-10 с.
Фиг. 1
Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам
изготовления твердосплавных изделий, и может быть использовано для изготовления
твердосплавных изделий, работающих в условиях высоких давлений и температур.
BY 13641 C1 2010.10.30
Известны способы изготовления твердосплавных смесей путем одновременного смешивания карбидов и кобальта в шаровой мельнице в среде этилового спирта [1]. Недостатком данного способа изготовления твердосплавных смесей является высокая
остаточная пористость твердосплавных изделий после спекания - более 1 %.
Известен способ изготовления твердосплавных смесей путем совместного размола порошков карбидов и порошка кобальта в шаровой мельнице [2].
В качестве прототипа выбран "Способ изготовления изделий из спеченного твердосплавного материала" [3], заключающийся в совместном смешивании в шаровой мельнице
в этиловом спирте порошков карбида вольфрама, сложного титановольфрамового карбида, карбида тантала, карбида хрома и кобальта. Затем высушенную смесь замешивают на
4,5 % растворе каучука в бензине, затем формуют заготовки режущих пластин и проводят
двухступенчатое спекание при 650 °С и 1530 °С. При этом порошки карбида тантала и
карбида хрома предварительно измельчают до размера зерна 0,2-0,4 мкм. При таком способе изготовления твердосплавных смесей достигается высокая плотность твердосплавных изделий после спекания, но при этом сам полученный порошок представляет собой
механическую смесь исходных компонентов и изделия, полученные из него, не обладают
достаточной прочностью на сжатие.
Техническая задача, которую решает предлагаемое изобретение, заключается в повышении эксплуатационной стойкости тведосплавных изделий (например, пуансонов аппаратов высокого давления для синтеза монокристаллов алмаза), работающих в условиях
циклических нагрузок при температурах свыше 1300 °С за счет дополнительной электроимпульсной обработки изделия из спеченного твердого сплава.
Опытным путем установлено, что при дополнительной обработке твердосплавных изделий на основе карбида вольфрама предлагаемым способом полностью исключено наличие в структуре полукарбида вольфрама W2C, что приводит к значительному улучшению
физико-механических свойств.
На фиг. 1 представлена технологическая схема процесса электроимпульсной обработки порошкового твердосплавного материала на основе карбида вольфрама.
На фиг. 2 приведена микроструктура порошкового твердосплавного материала на основе карбида вольфрама до электроимпульсной обработки.
На фиг. 3 приведена микроструктура порошкового твердосплавного материала на основе карбида вольфрама после электроимпульсной обработки.
На фиг. 4 показаны результаты структурно-фазового анализа порошкового твердосплавного материала на основе карбида вольфрама до электроимпульсной обработки.
На фиг. 5 показаны результаты структурно-фазового анализа порошкового твердосплавного материала на основе карбида вольфрама после электроимпульсной обработки.
Способ осуществляется следующим образом.
Твердосплавная смесь ВК8 замешивалась с пластификатором, после чего полученная
тестообразная масса подсушивалась и гранулировалась. Шихта, полученная таким образом, была готова к прессованию экспериментальных образцов.
Изготавливали образцы нескольких типоразмеров:
1) для испытаний на предел прочности при изгибе в соответствии с международным
стандартом ИСО 3327;
2) для испытаний на предел прочности при сжатии в соответствии с ГОСТ 27034-84.
Прессование образцов осуществляли на пресс-автомате фирмы "Netch" в пресс-форме
по схеме двухстороннего прессования.
Отжиг и спекание образцов осуществляли в вакуумной печи сопротивления СГВ при
температурах 1360-1380 °С.
Отжиг спрессованных образцов проводили в вакуумной печи СНОЛ 1.6.2.5.1/П-ИЗ
при температуре 750 °С в течение 120 мин с целью удаления пластификатора.
2
BY 13641 C1 2010.10.30
Операцию окончательного спекания проводили в печи СГВ-2.4.2/15ИЗ. Режим спекания выбрали следующий: подъем до 900 °С - 120 мин, выдержка при 900 °С - 30 мин,
подъем до 1200 °С - 60 мин, выдержка при 1200 °С - 30 мин, подъем до 1380 °С - 90 мин,
выдержка - 40 мин.
Охлаждение до 800 °С, выдержка при 800 °С - 40 мин, далее охлаждение с печью до
комнатной температуры. Остаточное давление - 1,33 x 10 Па.
Коэффициент усадки образцов после спекания составил - 1,23.
Затем часть образцов подвергали дополнительному электроимпульсному спеканию по
следующей технологической схеме.
Процесс электроимпульсной обработки порошкового твердосплавного материала на
основе карбида вольфрама (фиг. 1), состоящий из камеры для электроимпульсной обработки материалов в защитной атмосфере 3, внутри которой располагается образец порошкового твердосплавного материала 4, находящийся в электрическом контакте с верхним 6
и нижним 2 электродами. В камеру 3 посредством специальной трубки из баллона 8 через
редуктор 7 подается защитный газ аргон. Электроды соединены со вторичным контуром
понижающего трансформатора 1. Устройство нагружения 5, связанное с электродами 2 и
6, служит для передачи усилия F на образец порошкового твердосплавного материала 4.
Процесс электроимпульсной обработки порошкового твердосплавного материала
осуществляется следующим образом. В защитную камеру 3 в пространство между электродами 2 и 6 устанавливается образец порошкового твердосплавного материала 4, подлежащего электроимпульсной обработке. Камера 3 герметично закрывается, в ее
внутреннее пространство посредством открытия вентиля баллона 8 начинает поступать
защитный газ. Требуемое давление газа и его расход регулируются с помощью редуктора
7. Затем с помощью устройства нагружения 5 на образец порошкового твердосплавного
материала 4 оказывается усилие F, величина которого обусловлена режимами электроимпульсной обработки. Включение понижающего трансформатора 1 запускает на выполнение процесс электроимпульсной обработки, заключающийся в прямом пропускании
переменного электрического тока длительностью ∼10-1-101 с через порошковый твердосплавный материал.
Исследования микроструктуры порошкового твердосплавного материала на основе
карбида вольфрама до и после электроразрядной обработки проводили на металлографическом микроскопе "Поливар" (фирма "Райхерт", Австрия) (Микроструктура порошкового
твердосплавного материала на основе карбида вольфрама до и после электроимпульсной
обработки (x 1000): рисунок 2 - до обработки, 3 - после обработки). Подготовку твердосплавного материала к металлографическим исследованиям проводили путем его распиловки с использованием углошлифовальной машины BOSCH GWS 11-125 CIE, отрезного
стола ТТ-23 и алмазных кругов ∅125 мм.
Анализ полученных микроструктур показал, что в процессе электроимпульсной обработки порошкового твердосплавного материала на основе карбида вольфрама происходит
увеличение количества фазы карбида вольфрама (белые кристаллы) и уменьшение количества эта-фазы (темная связка). При этом размер зерен до и после электроимпульсной
обработки остается неизменным и составляет 1,5-3,0 мкм (исследования размеров зерен
проводили на программно-аппаратном комплексе обработки и анализа изображений AutoSCAN).
Для проверки утверждения об увеличении доли карбида вольфрама и уменьшении количества эта-фазы проведен качественный структурно-фазовый анализ образцов порошкового твердосплавного материала на основе карбида вольфрама до (фиг. 4) и после
электроимпульсной обработки (фиг. 5).
3
BY 13641 C1 2010.10.30
Фаза
WC
W2C
CO3W3C
Условная концентрация фазы
для образцов до электроим40-45
14-16
38-40
пульсной обработки, %
Условная концентрация фазы
для образцов после электро84-86
3-4
9-11
импульсной обработки, %
Результаты исследований позволили сделать вывод, что электроимпульсная обработка
активизирует процесс миграции углерода из η-фазы с образованием кристаллов карбида
вольфрама.
С целью определения влияния изменений структурно-фазового состава на эксплуатационные характеристики твердосплавного материала были проведены испытания на износостойкость рабочих элементов шарошечных долот, полученных из порошковой
композиции "металл-диэлектрик" с использованием метода электроимпульсной обработки. Испытания на износостойкость проводили по методу Нибердинга [4, 5], где образцы
твердосплавного материала под нагрузкой двигаются по вращающемуся стальному или
чугунному диску [6] от середины к краю. В результате этого образец совершает по спирали путь определенной длины. На испытуемом образце возникают полосы износа, по которым определяют степень износа.
В результате испытаний на износостойкость установлено, что электроимпульсная обработка рабочих элементов шарошечных долот из порошкового твердосплавного материала на основе карбида вольфрама позволяет повысить их износостойкость на 10-13 %.
Источники информации:
1. Третьяков В.И. Основы металловедения и технологии производства спеченных
твердых сплавов.- М.: Металлургия, 1976.- 528 с.
2. RU 2203340 C2, МПК7 С22С 29/08, B22 F 3/12, 2003.
3. RU 2110598 C1, 1998 (прототип).
4. Флеминге М. Процессы затвердевания.- М.: Мир, 1977.- 424 с.
5. Chalmers, B. Principles of solidification. [Text] // B. Chalmers / N.Y.: J.Wiley, 1964.
6. Lost, W. Diffusion in solids, liquids, gases. [Text] // W. Lost / N.Y.: Acad. Press, 1952.P. 558.
Фиг. 2
4
BY 13641 C1 2010.10.30
Фиг. 3
Фиг. 4
Фиг. 5
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
1 559 Кб
Теги
by13641, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа