RU2447169C2 - Method of producing sintered hard alloy - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: charge based on tungsten carbide of two-size fractions, i.e. below 3 mcm and 4-30 mcm, and containing cobalt is mixed separately with plasticiser. Then, said components are mixed. Note here that charge of fraction approximating to 2 mcm makes 20% to 80% of total content. Produced charge is compacted and sintered.

EFFECT: improved working properties of cutting tools.

2 cl, 1 tbl, 2 ex

Description

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам изготовления спеченных твердых сплавов, используемых для изготовления режущего инструмента.The invention relates to the field of powder metallurgy, in particular to methods for the manufacture of sintered hard alloys used for the manufacture of cutting tools.

Известен способ изготовления спеченного твердого сплава для режущего инструмента, согласно которому в шихту, состоящую из порошков карбида вольфрама с величиной зерна 1-3 мкм и порошка кобальта, добавляют нанопорошок карбида вольфрама с размером зерна не более 200 нм в количестве, не превышающем 20% от массы сплава (см. заявку ОАО «ВНИИИНСТРУМЕНТ» №2009143995 от 30.11.2009 г.).A known method of manufacturing a sintered hard alloy for a cutting tool, according to which a tungsten carbide nanopowder with a grain size of not more than 200 nm in an amount not exceeding 20% of the tungsten carbide powder with a grain size of 1-3 μm alloy mass (see application of VNIIINSTRUMENT OJSC No. 2009143995 dated November 30, 2009).

Данный способ изготовления твердого сплава позволяет значительно повысить износостойкость твердых сплавов, что особенно важно при чистовых видах обработки материалов. Однако при обработке материалов, где используются более жесткие режимы резания, применение этого сплава ограничено, поскольку во время спекания при формировании карбидного «скелета» из зерен фракции 1-3 мкм в значительном количестве попадают зерна фракции 200 нм. В результате этой неоднородности карбидного «скелета» снижаются прочностные характеристики твердого сплава.This method of manufacturing a hard alloy can significantly increase the wear resistance of hard alloys, which is especially important for finishing types of processing materials. However, when processing materials where more severe cutting conditions are used, the use of this alloy is limited, since during sintering when forming a carbide "skeleton" from grains of a 1-3 micron fraction, a significant amount of grains of a 200 nm fraction fall. As a result of this heterogeneity of the carbide "skeleton", the strength characteristics of the hard alloy are reduced.

Известен также способ получения спеченного твердого сплава для изготовления режущего инструмента, согласно которому шихту на основе порошков карбида вольфрама фракций менее 2,5 мкм и 4-30 мкм, содержащую порошок кобальта фракций 0,5-5 мкм, карбид тантала фракций не более 2 мкм, перемешивают с пластификатором с последующим прессованием и спеканием (см. авт. свид. SU 1714863 от 27.03.90 г., кл. B22F 1/00, С22С 29/08 - прототип).There is also known a method for producing a sintered hard alloy for manufacturing a cutting tool, according to which a mixture based on tungsten carbide powders of fractions less than 2.5 microns and 4-30 microns, containing cobalt powder of fractions of 0.5-5 microns, tantalum carbide fractions of not more than 2 microns , mixed with a plasticizer, followed by pressing and sintering (see ed. certificate. SU 1714863 from 03/27/90, class B22F 1/00, C22C 29/08 - prototype).

По этому способу обеспечивается получение сплава с карбидной фазой, обладающей полидисперсной (бимодальной) структурой, состоящей из двух фракций зерен карбида вольфрама, резко различных по размерам, и представляющей собой два вложенных друг в друга карбидных «скелета».By this method, an alloy is obtained with a carbide phase having a polydisperse (bimodal) structure, consisting of two fractions of tungsten carbide grains, sharply different in size, and representing two carbide "skeletons" embedded in each other.

Крупнозернистый «скелет» в сочетании с добавкой карбида тантала обеспечивает повышение пластичной деформации сплавов, а мелкозернистый «скелет» карбида вольфрама в сочетании с добавкой карбида тантала обеспечивает повышенную износостойкость сплава при ударных нагрузках.The coarse-grained "skeleton" in combination with the addition of tantalum carbide provides increased plastic deformation of the alloys, and the fine-grained "skeleton" of tungsten carbide in combination with the addition of tantalum carbide provides increased wear resistance of the alloy under shock loads.

Однако при изготовлении твердых сплавов по этому способу при формировании двух «скелетов» не обеспечивается их однородность, в крупнозернистый «скелет» в значительной степени попадают зерна карбида вольфрама мелкозернистой фракции, что ослабляет его прочностные характеристики, а значит и прочность самого твердого сплава.However, in the manufacture of hard alloys by this method, the formation of two “skeletons” does not ensure their uniformity, grains of fine-grained tungsten carbide to a large extent fall into the coarse “skeleton”, which weakens its strength characteristics, and hence the strength of the hard alloy itself.

Предложенный способ позволяет повысить прочностные характеристики твердого сплава, что дает возможность повысить износостойкость и жаропрочность режущего инструмента.The proposed method allows to increase the strength characteristics of the hard alloy, which makes it possible to increase the wear resistance and heat resistance of the cutting tool.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе получения спеченного твердого сплава для изготовления режущего инструмента, в котором шихту на основе порошков карбида вольфрама фракциями до 2 мкм и 4-30 мкм, содержащую порошок кобальта, перемешивают с пластификатором с последующим прессованием и спеканием, согласно изобретению перемешивание шихты двух разноразмерных по зерну фракций с пластификатором производят раздельно, а затем перемешивают их между собой. При этом шихта фракциями до 2 мкм составляет 20-80% общего объема.This goal is achieved by the fact that in the known method for producing sintered hard alloy for the manufacture of a cutting tool, in which a mixture based on tungsten carbide powders with fractions of up to 2 μm and 4-30 μm containing cobalt powder is mixed with a plasticizer, followed by pressing and sintering, according to The invention, the mixing of the charge of two fractions of different sizes according to the grain with a plasticizer is carried out separately, and then they are mixed together. Moreover, the charge fractions up to 2 microns is 20-80% of the total volume.

Кроме того, в шихту с размером фракций до 2 мкм дополнительно вводят порошок трехокиси алюминия фракцией до 0,2 мкм.In addition, an aluminum trioxide powder with a fraction of up to 0.2 μm is additionally introduced into a charge with a fraction size of up to 2 μm.

Такое изготовление позволяет ограничить попадание мелкой фракции при формировании «скелета» из крупнозернистой фракции, что повышает ее однородность, а значит и прочностные характеристики твердого сплава. Введение мелкозернистой фракции до 80% и ее однородность значительно повышает износостойкость твердого сплава. Добавление в шихту трехокиси алюминия позволяет повысить однородность фракции до 2 мкм и повысить жаропрочность твердого сплава. Изменение содержания мелкой фракции от 20 до 80% позволяет создавать сплавы широкого применения:This manufacture allows you to limit the ingress of the fine fraction during the formation of the "skeleton" of the coarse-grained fraction, which increases its uniformity, and hence the strength characteristics of the hard alloy. The introduction of a fine-grained fraction up to 80% and its uniformity significantly increases the wear resistance of the hard alloy. Adding to the mixture of aluminum trioxide can increase the uniformity of the fraction to 2 microns and increase the heat resistance of the hard alloy. Changing the content of the fine fraction from 20 to 80% allows you to create alloys of widespread use:

70-80% - для чистовой обработки;70-80% - for finishing;

60-70% - для получистовой обработки;60-70% - for semi-finishing;

40-60% - для чернового точения;40-60% - for rough turning;

20-40% - для фрезерования.20-40% - for milling.

ПримерыExamples

По предложенному способу были изготовлены два состава шихты с последующим изготовлением из них твердых сплавов.According to the proposed method, two charge compositions were made with the subsequent manufacture of hard alloys from them.

Состав 1Composition 1

Шихта: карбид вольфрама фракциями до 1 мкм - 80%; кобальт фракциями до 1 мкм - 4,8%; трехокись алюминия фракциями 200 нм - 0,05%. Шихта замешивается на пластификаторе с получением гранул.Charge: tungsten carbide fractions up to 1 micron - 80%; cobalt fractions up to 1 μm - 4.8%; aluminum trioxide fractions of 200 nm - 0.05%. The mixture is kneaded on a plasticizer to obtain granules.

Шихта: карбид вольфрама фракциями 4 мкм - 13,95%; кобальт фракциями до 2 мкм - 1,2%. Шихта замешивается на пластификаторе с получением гранул.Charge: tungsten carbide fractions of 4 microns - 13.95%; cobalt fractions up to 2 microns - 1.2%. The mixture is kneaded on a plasticizer to obtain granules.

Две замешанные шихты перемешиваются.Two kneading blends are mixed.

Состав 2Composition 2

Шихта: карбид вольфрама фракциями до 1 мкм - 30%; кобальт фракциями до 1 мкм - 3,0%; трехокись алюминия до 200 нм - 0,01%. Шихта замешивается на пластификторе с получением гранул.Charge: tungsten carbide fractions up to 1 micron - 30%; cobalt fractions up to 1 μm - 3.0%; aluminum trioxide up to 200 nm - 0.01%. The mixture is kneaded on a plasticizer to obtain granules.

Шихта: карбид вольфрама фракциями 12 мкм - 59,99%; кобальт фракциями до 4 мкм - 7,2%. Шихта замешивается на пластификаторе с получением гранул.Charge: tungsten carbide fractions of 12 microns - 59.99%; cobalt fractions up to 4 microns - 7.2%. The mixture is kneaded on a plasticizer to obtain granules.

Две замешанные шихты перемешиваются.Two kneading blends are mixed.

По известным технологиям были изготовлены твердые сплавы и испытаны в режущем инструменте в сравнении с известными сплавами. Данные сведены в таблицу.According to well-known technologies, hard alloys were made and tested in a cutting tool in comparison with known alloys. The data are tabulated.

ТаблицаTable Результаты испытанийTest results Вид обработкиType of processing ИнструментTool Режимы резанияCutting modes Износ, ммWear mm Средний период стойкости, ммThe average period of resistance, mm v, м/минv, m / min s, мм/об, мм/зуб.s, mm / rev, mm / tooth. t, ммt mm В, ммIn mm ТочениеTurning Проходной резец с пластинами из сплава ВК6ОМThrough cutter with VK6OM alloy plates 100one hundred 0,340.34 1one -- 0,450.45 77 Проходной резец с пластиной из сплава по составу №1Feed cutter with alloy plate in composition No. 1 0,40.4 14fourteen ФрезерованиеMilling Фреза с пластинами из сплава ВК10ХОМMill with inserts from VK10XOM alloy 8080 0,1250.125 1one 2222 0,250.25 1010 Фреза с пластинами из сплава по составу №2Mill with alloy plates by composition No. 2 0,340.34 30thirty

Проведенные испытания показали следующее.The tests showed the following.

При обработке нержавеющей стали 12Х18Н10Т резцами и торцовыми фрезам, оснащенными квадратными пластинами (SPGN 120408) из стандартных сплавов ВК6ОМ, ВК10ХОМ и сплавов по предлагаемому способу, стойкость последних превышала в 2-2,2 раза по сравнению со стандартными сплавами.When machining stainless steel 12X18H10T with cutters and face mills equipped with square plates (SPGN 120408) from standard VK6OM, VK10XOM alloys and alloys according to the proposed method, the resistance of the latter exceeded 2-2.2 times in comparison with standard alloys.

Claims (2)

1. Способ получения спеченного твердого сплава для изготовления режущего инструмента, включающий перемешивание шихты на основе порошков карбида вольфрама фракций до 2 мкм и 4-30 мкм, содержащей порошок кобальта, с пластификатором, последующее прессование и спекание, отличающийся тем, что перемешивание шихты двух разноразмерных по зерну фракций с пластификатором производят раздельно, а затем перемешивают их между собой, при этом шихта фракции до 2 мкм составляет 20-80% общего объема.1. A method of producing a sintered hard alloy for the manufacture of a cutting tool, comprising mixing a mixture based on tungsten carbide powders of fractions up to 2 μm and 4-30 μm containing cobalt powder, with a plasticizer, subsequent pressing and sintering, characterized in that the mixture is mixed of two different sizes grain fractions with a plasticizer are produced separately, and then they are mixed with each other, while the mixture fraction up to 2 microns is 20-80% of the total volume. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в шихту с размером фракции до 2 мкм дополнительно вводят порошок трехокиси алюминия фракции до 0,2 мкм. 2. The method according to claim 1, characterized in that the powder with an aluminum trioxide fraction of up to 0.2 μm is additionally introduced into a charge with a fraction size of up to 2 μm.