| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СМЕННЫХ МНОГОГРАННЫХ ПЛАСТИН (57) Реферат: Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к производству градиентных твердосплавных пластин для оснащения металлорежущего инструмента. Для изготовления твердосплавных сменных многогранных пластин смесь порошков тугоплавких соединений и кобальта прессуют и проводят предварительное спекание при 830-900°С. Затем осуществляют поверхностное легирование пропиткой суспензией из порошка низкокобальтового твердого сплава в смеси спирта и глицерина в соотношении 2:1 в ультразвуковом поле в течение 4-8 минут. После поверхностного легирования проводят окончательное спекание и нанесение износостойкого покрытия. Полученная пластина имеет вязкую сердцевину и твердый поверхностный слой, что обеспечивает ее стойкость при обработке различных материалов. 1 табл. Предлагаемое изобретение относится к области металлообработки, а именно к изготовлению градиентных твердосплавных пластин с износостойким покрытием для оснащения металлорежущего инструмента. Известен способ получения композиционного слоистого материала, включающий нанесение износостойких слоев из тугоплавких соединений титана химическим осаждением из газовой фазы на основу из твердого сплава с кобальтовой связкой (Патент Швеции №332328, кл. С 23 11/00, 1971 г.), полученного стандартным способом. Недостатком известного способа является резкое снижение прочности композита (до 50%) при нанесении покрытия. Известен способ получения твердого сплава с переменным содержанием связки, когда при прессовании заготовки пластины изменяется состав: ВК3-ВК6-ВК10-ВК15-ВК10-ВК6-ВК3. Таким образом, теоретически возможно получить градиентную прочность пластины от вязкой и высокопрочной сердцевины до износостойкой поверхности. (Панов B.C., Чувилин A.M. Технология и свойства спеченных твердых сплавов и изделий из них. М.: МИСиС, 2001 г.) Недостатком способа является проблематичность дозирования засыпки несколькими питателями матрицы пресса-автомата при высоте пластины 4,75 мм, что на практике не позволяет получить пластину с оптимальным сочетанием износостойкости, твердости и вязкости. Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ изготовления режущего инструмента, включающий прессование смеси порошков тугоплавких соединений и кобальта, предварительное спекание, нанесение слоя металла IV-VI групп, поверхностное легирование и окончательное спекание (а.с. №1730784, СССР, 20.08.2005 г., МПК B22F 7/02, В23В 27/14). Задачей предлагаемого технического решения является создание способа, позволяющего получить режущую сменную многогранную пластину из слоистого градиентного материала с вязкой сердцевиной и более твердым поверхностным слоем, что обеспечивает ее стойкость при обработке различных материалов. Поставленная задача решается за счет того, что в способе изготовления твердосплавных сменных многогранных пластин, включающем прессование смеси порошков тугоплавких соединений и кобальта, предварительное спекание, поверхностное легирование, окончательное спекание и нанесение износостойкого покрытия, предварительное спекание проводят при температуре 830÷900°С, а поверхностное легирование осуществляют пропиткой суспензией из порошка низкокобальтового твердого сплава в смеси спирта и глицерина в соотношении 2:1 в ультразвуковом поле в течение 4÷8 минут. Градиентная пластина состоит из вязкой сердцевины, которая служит демпфером и хорошо гасит ударные нагрузки, но может не обладать высокой износостойкостью, а переходная зона - «поверхность пластины - покрытие» отвечает за свойства сменной многогранной пластины, зависящие от ее конкретного применения. Переходная зона формируется таким образом, чтобы она обладала оптимальным сочетанием износостойкости, твердости и вязкости. Толщина переходной зоны должна быть 300 мкм. Это связано с тем, что эффективный износ сменной многогранной пластины находится на этом же уровне. Предлагаемый способ получения градиентного материала отличается тем, что переходная зона между вязкой сердцевиной и высокотвердым износостойким слоем формируется после предварительной стадии спекания сменной многогранной пластины, когда тело пластины пронизано высокоразвитой открытой пористостью. Предварительное спекание проводят при температуре 830-900°С. При температуре предварительного спекания ниже 830°С прессовка пластины будет иметь недостаточную прочность - возможно выкрашивание режущей кромки при перемещениях пластины по технологической цепочке, что недопустимо. При температуре предварительного спекания выше 900°С резко повышается гетерофазная подвижность дислокаций, что приводит к резкому снижению пористости и, следовательно, к понижению сорбционной способности заготовки к насыщению легирующей добавкой - частиц мелкозернистого сплава. Таким образом, температура первого спекания должна быть 870±30°С. Процесс формирования поверхностного слоя может осуществляться различными способами: пропиткой или ее разновидностью - спрей-методом, сухим электрофорезом или электролизом и ионно-плазменной обработкой. Поверхностное легирование сменных многогранных пластин осуществляют пропиткой суспензией из порошка низкокобальтового твердого сплава в смеси спирта и глицерина в соотношении 2: 1 Выбранное соотношение в суспензии спирт / глицерин связано с необходимой вязкостью эмульгатора, его способностью удерживать во взвешенном состоянии частицы порошка легирующей добавки. При соотношении спирт / глицерин больше 2:1 происходит выпадение части порошка в осадок, т.е. не весь порошок будет участвовать в пропитке твердосплавной заготовки. При меньшем содержании спирта в составе эмульгатора повышается вязкость раствора, при этом ухудшается смачивание порошка, часть порошка коагулирует, нарушается дисперсность эмульсии. Таким образом, соотношение спирт / глицерин должно быть 2:1. Время пропитки в ультразвуковой ванне подобрано для мойки «УЗУ-0.25» (выходная мощность - 0,240 кВт, рабочая частота - 18,3 кГц) и составляет 4÷8 мин. При выдержке заготовки пластины в суспензии в ультразвуковом поле меньше 4 мин сорбционная емкость пористой пластины используется не в полной мере, из-за этого снижается эффективная толщина переходной зоны, состоящая из мелкодисперсного порошка, подложка - покрытие. При выдержке заготовки в ультразвуковом поле больше 8 мин уже не происходит насыщение сорбционной поверхности пластины и толщина переходной зоны остается неизменной, да и количество низкокобальтового сплава, внедренного в поры заготовки, остается на постоянном уровне. Таким образом, эффективное время ультразвукового диспергирования суспензии должно составлять 4÷8 минут. Использование ультразвукового поля позволяет взвешивать частицы порошка в суспензии, делает их подвижными, внедряет дисперсную компоненту в поры заготовки твердого сплава. Пример. Пластинка SNUN 120408 из сплава ВК20 предварительно спекалась при температуре 850°С, затем подвергалась пропитке методом погружения в суспензию, состоящую из спирта и глицерина состава 2:1 и, содержащую частицы твердого сплава ВК3М (при концентрации 40% весовых). Пропитка осуществлялась в ультразвуковой ванне в течение 5 минут. После этого пластинка проходила второе окончательное спекание при температуре 1380°С в атмосфере водорода, после чего на ее поверхность наносилось многослойное покрытие из парогазовой фазы. В результате получилась градиентная сменная многогранная пластина, имеющая сердцевину из ВК20, переходную зону толщиной 250 мкм, которая состояла из смеси крупных зерен сплава ВК20 и зерен ВК3М толщиной 150 мкм и ровного слоя мелкозернистого сплава ВК3М. Концентрация кобальта была переменной по сечению слоя и колебалась от 6% у поверхности до 20% к середине пластины. Сверху имелось покрытие, состоящее из TiC / TiCN / TiN (общей толщиной 5 мкм - для фрезерования и 11 мкм - для токарного точения). Пластины градиентного состава сравнивались при ударном фрезеровании с пластинами из стандартного сплава ВК6 с тем же самым покрытием (опытные пластины с градиентной структурой и пластины из ВК6 были покрыты в одном процессе, при одинаковых условиях.). Кроме фрезерования, пластины испытывались при токарном точении стали 50 по следующему режиму: t×S=1,0×0,2, V=400 м/мин. Результаты испытаний приведены в таблице.
Пластины с градиентной структурой показали результаты в 2,4 раза выше относительно пластин стандартного сплава при фрезеровании и в 7 раз выше, при испытании резанием. Условия механической обработки подбирались таким образом, чтобы стойкость пластины из исходного сплава ВК 6 с покрытием составляла 5 мин при износе по задней грани (h3) 0,5 мм.
Способ изготовления твердосплавных сменных многогранных пластин, включающий прессование смеси порошков тугоплавких соединений и кобальта, предварительное спекание, поверхностное легирование, окончательное спекание и нанесение износостойкого покрытия, отличающийся тем, что предварительное спекание проводят при температуре 830-900°С, а поверхностное легирование осуществляют пропиткой суспензией из смеси спирта и глицерина в соотношении 2:1 и порошка низкокобальтового твердого сплава в ультразвуковом поле в течение 4-8 мин. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||