Способ изготовления твердосплавных гранул

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам изготовления твердосплавных изделий, и может быть использовано при изготовлении алмазно-абразивного инструмента путем введения твердосплавных гранул в качестве износостойкого наполнителя связок.

Известны способы изготовления твердосплавных изделий, включающие смешивание порошков карбида вольфрама и кобальта, пластифицирование полученной смеси составом растворенного в бензине каучука, прессование и жидкофазное спекание в вакуумных печах [RU 2203340 С2, МПК 7 С22С 29/08, В22F 3/12, 2003 г.].

При таком способе изготовления твердосплавных изделий достигается высокая плотность твердосплавных изделий после спекания, но при этом гранулы, полученные по данной технологии, имеют предел по минимально возможному диаметру - не менее 2 мм. При прессовании гранул меньшего диаметра полученные изделия обладают низкой плотностью и высокой хрупкостью, что не позволяет их использовать в качестве износостойкого наполнителя связок в алмазно-абразивном инструменте.

Наиболее близким прототипом является способ, который заключается в получении твердосплавных гранул диаметром до 400 мкм за счет использования способа изготовления твердосплавных гранул, включающего смешивание порошков карбида вольфрама и кобальта, пластифицирование полученной смеси составом растворенного в бензине каучука, прессование и жидкофазное спекание в вакуумных печах, причем после операции прессования прессованную заготовку подвергают размолу, ситовому разделению на фракции, смешиванию образовавшихся гранул с более мелкодисперсной инертной неспекаемой засыпкой, а после спекания выделяют спеченные твердосплавные гранулы путем ситового отсева инертной порошковой засыпки. Данный способ получения твердосплавных гранул позволяет получать гранулы размером до 400 мкм, но они обладают недостаточной твердостью для использования в качестве наполнителя абразивного инструмента, используемого для обработки материалов с высокой, более 65 HRC, твердостью [BY 17411, 2011 г.].

Техническая задача решается за счет получения твердосплавных гранул диаметром до 400 мкм за счет использования способа изготовления твердосплавных гранул, включающего смешивание порошков карбида вольфрама и кобальта, пластифицирование полученной смеси составом растворенного в бензине каучука, прессование, размол, ситовое разделение на фракции, смешивание образовавшихся гранул с более мелкодисперсной инертной неспекаемой засыпкой, отжиг, выделение после спекания спеченных твердосплавных гранул путем ситового отсева инертной порошковой засыпки, причем полученные гранулы дополнительно загружают в аттритор вместе с порошком карбидообразующего металла и обрабатывают в среде инертного газа с промежуточным удалением загрязненного порошка, а затем отжигают в вакууме при температуре 1050-1100°С в течение 2-4 ч.

Опытным путем установлено, что при спекании твердосплавных гранул предлагаемым способом можно получить гранулы размером до 400 мкм.

Сущность изобретения поясняется следующим примером.

Твердосплавная смесь ВК8 замешивалась с пластификатором, после чего полученная тестообразная масса подсушивалась и гранулировалась. Шихта, полученная таким образом, была готова к прессованию экспериментальных образцов.

Прессование образцов осуществляли на пресс-автомате фирмы «Netch» в пресс-форме по стандартной схеме.

В данном случае форма и размер образца не имеют принципиального значения.

Затем полученный образец размалывали (протирали) на сите 500 мкм.

Отсеянные гранулы размером до 400 мкм, но не менее 130 мкм, смешивали с порошком оксида алюминия - инертная неспекаемая засыпка.

Предварительно отожженную с целью удаления пластификатора смесь спекали 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 - 1,33×10 Па.

Коэффициент усадки образцов после спекания составил - 1,23.

Затем производили отсев полученных твердосплавных гранул от инертной засыпки - порошка оксида алюминия. В итоге были получены твердосплавные гранулы размером 100-400 мкм.

Затем твердосплавные гранулы и порошок карбидообразующего металла (ниобия) в количестве 5% от массы размольных шаров загружали в аттритор.

Смесь обрабатывали в режиме ударно-истирающего воздействия в течение 0,5 ч в среде аргона с избыточным давлением 0,1 МПа для предотвращения подсоса воздуха.

Наклепанный порошок удаляли, загружали 5% от массы размольных шаров свежего порошка карбидообразующего металла и обрабатывали еще 0,5 ч, вместе с гранулами.

Затем обработанные гранулы помещали в вакуумную печь и отжигали при температуре 1000-1100°С в течение 1-3 ч.

Анализ полученных результатов исследования микроструктуры, фазового состава и физико-механических свойств полученных по предлагаемому способу твердосплавных гранул показал, что уровень физико-механических свойств и структура полученных гранул соответствуют требованиям, предъявляемым к изделиям из спеченного твердого сплава (ГОСТ 3882-85).

На поверхности гранул образован карбидный слой из (W, Nb) C толщиной 10-15 мкм и твердостью 32 ГПа, что на 20% выше твердости твердого сплава, полученного по известному способу.

Эксплуатационная стойкость абразивного инструмента, изготовленного на основе гранул, полученных по предлагаемому способу, на 20-25% выше, чем у инструмента, изготовленного на основе гранул, полученных известным способом.