close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY14245

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2011.04.30
(12)
(51) МПК (2009)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 14245
(13) C1
(19)
C 22C 29/02
СОСТАВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТВЕРДОГО СПЛАВА
(21) Номер заявки: a 20091592
(22) 2009.11.11
(71) Заявитель: Государственное научное учреждение "Институт порошковой металлургии" (BY)
(72) Авторы: Побережный Сергей Владимирович; Шелехина Виктория Михайловна; Исупов Михаил Александрович (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт порошковой металлургии" (BY)
(56) ОРДАНЬЯН С.С. и др. Цветные металлы. - 2004. - № 8. - С. 105-108.
RU 2062812 C1, 1996.
RU 2138575 C1, 1999.
RU 2349421 C2, 2009.
US 6228139 B1, 2001.
JP 2003-160831 A.
RU 1823513 C, 1995.
BY 14245 C1 2011.04.30
(57)
Состав для получения твердого сплава, содержащий порошок твердого сплава WC-Co,
отличающийся тем, что дополнительно содержит ультрадисперсный порошок оксида
алюминия и ультрадисперсный порошок борида хрома при следующем соотношении
компонентов, мас. %:
порошок твердого сплава
96,5-97,5
порошок оксида алюминия
0,5-1,0
порошок борида хрома
2,0-2,5.
Изобретение относится к области твердых сплавов, в частности к материалам на основе карбида вольфрама.
Материалы широко используются в обрабатывающей и в других отраслях промышленности. Физико-механические характеристики сплавов WC-Co определяются рядом
факторов: соотношением составляющих фаз карбида вольфрама и кобальта, размером
зерна карбида вольфрама, степенью связанности и смежности карбидных зерен, наличием
легирующих добавок и т.д. Повышению физико-механических и эксплуатационных
свойств твердых сплавов WC-Co придается большое значение. Весьма перспективным для
этой цели является применение ультрадисперсных порошков [1]. Традиционное для твердых сплавов спекание в вакууме или в газовой среде при использовании таких порошков
неприменимо, так как обычные методы не позволяют сохранить дисперсное карбидное
зерно.
Имеются сведения о применении нанодисперсных порошков для получения твердых
сплавов WC-Co, средний размер частиц порошков которого составляет порядка 100 нм
[2]. При этом для уплотнения порошковой смеси используют метод горячего изостатического прессования при 1000 °С. Однако применение горячего изостатического прессования значительно удорожает стоимость изделий и ограничивает их номенклатуру.
BY 14245 C1 2011.04.30
Имеются данные об изготовлении сплавов WC-Co и WC-Ni на основе ультратонких
порошков с применением спекания высокочастотным индукционным нагреванием
(СВИН) [3]. СВИН позволяет получить очень быстрое уплотнение до почти теоретической плотности и замедляет рост зерна в наноструктурных материалах. Однако использование метода СВИН при изготовлении изделий на основе ультрадисперсных твердосплавных порошков также ограничивает их производство из-за высокой стоимости
получаемых изделий и ограничения их размеров.
В качестве прототипа выбран твердый сплав на основе карбида вольфрама, в который
вводят нанодисперсные добавки нитрида титана [4]. Ультрадисперсные частицы нитрида
титана (при условии равномерного распределения по объему шихты), являясь своеобразным барьером для процессов вторичной рекристаллизации, позволяют предотвратить рост
зерна карбида вольфрама и увеличить прочность твердого сплава за счет образования
мелкодисперсной структуры.
В работе предлагается вводить нитрид титана на стадии мокрого помола шихты, причем применяется нитрид, полученный плазмохимическим синтезом и обладающий высокой дисперсностью. Из полученных порошков по традиционной технологии (прессование
с последующим спеканием в вакууме) получали требуемые изделия.
Однако применение в качестве добавки ультрадисперсных порошков нитрида титана
позволяет упрочнять сплав только за счет предотвращения роста карбидного зерна, не
влияя при этом на металлическую фазу (Со).
Техническая задача - повышение свойств твердого сплава за счет упрочнения карбидной и металлической фазы.
Поставленная техническая задача достигается тем, что состав для получения твердого
сплава, содержащий порошок твердого сплава WC-Co, дополнительно содержит ультрадисперсный порошок оксида алюминия и ультрадисперсный порошок борида хрома при
следующем соотношении компонентов, мас. %:
порошок твердого сплава WC-Co
96,5-97,5
порошок оксида алюминия
0,5-1,0
порошок борида хрома
2,0-2,5.
Экспериментально установлено, что введение в твердый сплав на основе карбида
вольфрама комбинированной добавки оксида алюминия и борида хрома в заданном интервале повышает микротвердость, параметр вязкости разрушения K1c и износостойкость
твердого сплава.
Повышение свойств твердого сплава на основе карбида вольфрама объясняется двумя
факторами:
1) ультрадисперсный оксид алюминия не взаимодействует с карбидной фазой и металлической связкой, адсорбируется на поверхности карбидных зерен, препятствует их
коалесценции и росту, кроме того, равномерно распределяясь в кобальте, тормозит развитие трещин при испытаниях;
2) борид хрома взаимодействует с кобальтом, образуя с ним сложные соединения, которые упрочняют связку.
Содержание добавки в твердом сплаве в интервале 0,5-1 мас. % оксида алюминия и
2,0-2,5 мас. % борида хрома обусловлено следующим. Снижение содержания оксида алюминия менее 0,5 мас. %, а борида хрома менее 2 мас. % ведет к существенному ухудшению характеристик. Повышение содержания оксида алюминия свыше 1 мас. % ведет к
значительному увеличению пористости из-за снижения смачиваемости твердой фазы расплавленной металлической связкой, значительному снижению прочности сплава. Повышение содержания борида хрома свыше 2,5 мас. % ведет к уменьшению твердости,
прочности и износостойкости сплава из-за повышенного содержания сложных хрупких
фаз.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется в примерах.
2
BY 14245 C1 2011.04.30
Примеры 1-5.
Смеси исходных порошков твердого сплава ВК 15 (дисперсность порядка 1,5 мкм) и
плазмохимических порошков оксида алюминия и борида хрома (дисперсность агрегатов
частиц 0,5-1 мкм) при требуемом соотношении компонентов подвергались смешиваниюразмолу в аттриторе в течение 2 ч при скорости вращения вала мешалки 200 об/мин, в
спирте. Агрегаты частиц оксида алюминия и борида хрома разрушались до размера 100150 нм и равномерно распределялись между частицами карбида вольфрама и кобальта.
Дисперсность порошков твердого сплава после обработки в аттриторе меняется незначительно. Полученные порошки прессовали при давлении 150 МПа и спекали в вакууме при
температуре 1340-1360 °С в течение 40-60 мин при остаточном давлении в камере печи
10-3 мм. рт. ст.
На спеченных образцах определяли микротвердость по ГОСТ 9450-76, прочность на
изгиб по ГОСТ 20019-74 и интенсивность изнашивания материалов при трении по стальному диску (диаметр 49,3 мм) при нагрузке 100 H, линейной скорости вращения 2,3 м/с.
Интенсивность изнашивания I определяли по формуле, I = l/L, где l - размер лунки изнашивания, L - пройденный путь.
Свойства полученных материалов приведены в таблице/
№ п/п
1
2
3
4
5
Прототип,
соотношение
WC:TiN = 9:1
Состав материала,
мас. %
ВК 15 Al2O3 CrB2
98,75
0,25
1,5
97,5
0,5
2,0
97
0,75
2,25
96,5
1,0
2,5
95,5
1,5
3,0
Микротвердость,
кг/мм2
1160
1220
1280
1240
1180
91,4 BK 15 + 8,6 TiN
Прочность
Интенсивность изна изгиб,
нашивания, *10-7
МПа
1920
1,2
2140
0,9
2230
0,6
2180
0,8
1860
1,0
1200
2100
1,0
Таким образом, предлагаемый состав позволяет получать твердый сплав на основе
карбида вольфрама с повышенными характеристиками: микротвердостью 1220-1280 МПа
(у прототипа 1200 МПа), прочностью на изгиб 2140-2230 МПа (у прототипа 2100 МПа),
интенсивностью изнашивания 0,6-0,9·10-7 (у прототипа 1,0·10-7).
Источники информации:
1. Панов В.С., Нарва В.К. Научные положения регулирования свойств спеченных
твердых сплавов (аналитический обзор) // Цветная металлургия. - 2004.- № 6. - С. 28-35.
2. Azcona I., Ordonez A., Sanchez J. M., Castro F. Hot isostatic pressing of ultrafine tungsten carbide-cobalt hardmetals // J. Mater. Sci. - 2002. 37. - No. 19. - P. 4189-4195.
3. Kim Hwan-Cheol, Shon In-Jin, Yoon Jin-Kook, Doh Jung-Mann.Comparison of sintering
behavior and mechanical properties between WC-8Co and WC-8Ni hard materials produced by
high-frequency induction heating sintering // Metals and Mater. Int. - 2006. - 12. - No. 2. P. 141-146.
4. Орданьян С.С., Андронова T.E., Владимирова M.А., Пантелеев И.Б. Структура и
свойства твердых сплавов WC-TiN-Co // Цв. мет. - 2004. - No. 8. - P. 105-108.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
3
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
80 Кб
Теги
by14245, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа