Патент № 65067

Способ изготовления металлокерамических твердых сплавов


Автор
  • Меерсон Г.А.

Иллюстрации патента

Способ изготовления металлокерамических твердых сплавов (Рисунок 1) Способ изготовления металлокерамических твердых сплавов (Рисунок 2) Способ изготовления металлокерамических твердых сплавов (Рисунок 3) Способ изготовления металлокерамических твердых сплавов (Рисунок 4)


Описание патента

 

Класс 40Ъ, 2 № 65067.

СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зареаиспгрировано в Бюро изобретений Госплана СССР

Г.. А. Меерсон

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКИХ ТВЕРДЫХ

СПЛАВОВ

Зггявггсно 16 сентября 19-14 года в Нарксмцветмет за X 1601 (334655) Опубликовано 31 августа 1945 года

Известно, что гв состав металлокерамнческих твердых сплавов, предназначаемых для о5работки сталей, l,åëåñ005pàçíî вводить, помимо карб гда вольфрама и цементирующего металла (кобальта или никеля), также один или несколько готовых сложных карбидов металла IV илн

У группы элементов (титан, цирконий, тантал, ниобий, ванадий).

Однако принятый в существующем производстве способ получеti"иiя этих карбидов путем прокаливания смеси их окислов с углем (сажей) в угольно-трубчатой печи типа Таммана при атмосферном

:..àâëåíèè не обеспечивает получения карбидов в чистом состоянии, так как вследствие высокого сродства металлов IV iH Ч группы элементов к кислороду и азоту их карбиды содержат при меси этих элементов, прочно удерживагощихся в гомогенной кристаллической решетке карбидов.

Введение таких карбидов в состав твердых сплавов затрудняет процесс спекания послед них и на|рушает стандартность состава и с во Йств вследствие происходящего во время спекания выделения газовых примесей. Кроме того необходимость удаления газовых примесей удлиняет в 2 — 3 раза процесс спекания сплава, что затрудняет регулировку режима спекания, с целью получения нужной структуры сплава и, наконец, удаление примеси кислорода в форме СО изменяет в нсопределенных пределах с:..став сплава по углероду, создает нестандартность его свойств.

Для получения сложных кар5ндов металлов 1Ъ и У группы элементов в чистом виде без примесей кислорода известны следчощгге способы.

Первый способ — получение карбидов в вакуумной печи — сложен

:i малопроизводителен.

Второй способ получения карбидов в форме твердого раствора с карбидом вольфрама путем перекристаллизацни посредством вспомогательного расплавленного металла, который затем удаляется растворением, осуществляется следующим образом: вольфрам, уголь и гнеполный карбид титана или тантала и т. (п. вводится в тигель с расплавленным никелем или алюмМHiHpM, в котором происходит,растворение указанных тугоплавких метал№ 65067 лов и углерода. При этом кислород выделяется в форме окиси углерода, а в процессе последующего остывания вольфрам и титан (тантал, ниобий и т. д.) с углеродом выкристаллизовываются в форме кристаллов чистого твердого раствога карбидов (TiC — WC, ТаС вЂ” WC и т. п.). Затем ооразовавшийся слиток обрабатывают царской водкой для,растворения никеля и полученный порошок смешHBBIQT с кобальтовым порошком и подвергают прессовке и спеканию.

Зтот метод требует затраты дорогих материалов — соляной и азотной кислот для растворения пикеля и затраты вспомогательного металла — никеля,или алюминия.

Известен и третий способ получения более чистого и более активного г отношении процесса спекания сложного карбида WC — TiC, состоящий в том, что предварительно полученные в отдельности карбиды вольфрама и титана совместно прокаливаются в течение /; — 1 часа при высокой температуре, с целью образования твердого раствора .(%С вЂ” TiC). Во избежа ние сильного спекания и роста зерен сложного карбида во время его ооразования, .а также для облегчения его дальнейшего дробления, исходные кар6иды (ЪC и Т1С) тщательно отмывают соляной кислотой от примеси железа, к полученному твердому раствору карбида добавляют цеиентирующий металл — кобальт и подвергают смесь мнсгосуточнсгму мокрому размолу в шаровых мельницах.

Однако и этот усложненный „»етод не оказывает существенных изменений в процессе,спекания титано-вольфрамовых сплавов и при данном методе также приходится применять режимы спекания, значительно удлиненные по сравнению гс режимами спекания сплавов.

Предлагаемый настоящим изобретением способ изготовления твер;цых сплавов устраняет указанные недостатки |и обеспечивает высокое качество и однородность продукции, -адновременно значительно упрощая ..технологическую схему и повышая производительность оборудования. .Способ заключается в том, что в первоначальную шихту для изготовления сложного карбида добавляют вспомогательный металл — кобальт или никель в количестве не менее половины содержания этого металла в конечном сплаве. Полученную шихту прокаливают Ia угольном патроне при температуре 1700 †24 С и полученный материал размалыгают в порошок крупностью зерна не более 5 микрон. В ра змолотый продукт дошихтовывают вольфрам и вспомогательный металл и из смеси изготовляют известными приемами металлокерамики твердые сплавы. Этот способ обеспечивает уменьшение газовыделения при спекании сплавов.

Способ илгпострируется на примере изготовления титано-вольфрамового кобальтового, твердого сплава. Исходными веществами служат порошки: двуокиси титана или кисл. родсодержащего неполного карбида титана, вольф рама и кобальта.

Смесь этих порошочков брякетируется в угольном патроне w прокаливается в угольно-труочатой печи типа Таммана в атмосфере водорода при 1700 — 2400 . В результате происходит восстановление двуокиси тит".íà или кислородсодержащего карбида титана,,карбонизация титана и вольфрама и образование твердого ра:створа карбидов за счет их перщристаллизац иы через расплавле нный кобальт, который смачивает m нок рывает жидкой пленкой зерна, карбида. При этом объем кобальтовой фазы увеличивается за счет значительного растворения в нем карбидов при указан ной высокой температуре.

В присутствии вольфрама и кобальта;процесс восстановления двуокиси(т ита на и процесс образования твердого раство1ра кар би дов mal счет перекри сталлиза ц ии через жидкую фазу сильно ускоряются; на проведен ие обо|их этаких процессов la совокуаносты требуется не более! 20 —.40 мигнут, IB зависимости от величины загрузки. После остывания получае вся спеченный блок, состоящий из хорошо перекристаллизованных № 650б7 зерен Чистого твердого раствора карбидов I(WC — TiC), окруженных пленками застывшей, богатой кобальтом, фаризы.

В отличие от ранее описанного метода диффузионного образования сложното титано - вольфрамового карбида путем прокаливания смеси

WC + TiC, предварительно отмытой ст следов цементирующего металла, предлагаемый процесс проводится в присутствия кобальта в качест«е цементирующего металла, что однако не, создает затруднений при последующем раздроблении карсид- ного блока, так как, вследствие совмещения процессов BGññòàíîâëåния окисла титана и образования сложного карбида, во вречя этого процесса происходит газсвыделение, которое создает пористую и хрупкую структуру блока сложного карбида. После раздробления блока на куски, они,псдвергаются ðàçìîлу,в порошок, Ic величиной зере н не более 3 — 5 микрон в шаровой мельнице, футерсванной изнутри, во нзбежа ние натирания железа пластинками твердого сплава с шарами из твердого сплава.

В,составе исходной смеси Т10 +

+Ф вЂ”, Со+С или W — Со+ С соотношение весоз WC: TiC должно быть не менее, чем 3: 1, что аоот«етствует мономолекулярному соотношению карбидов, и не больше, чем ссответств„ющее насыщенному твердому:раствору при температуре карбонизации 2000,:т. е. 5: 1. Таким образом в сучме карбидов доля карбида вольфрама должна составлять от 50 .до 70,о мслярных.

После разчола перенристаллизсванного блока его подвергают анализу на содержание углерода, к шихте добавляют необходимое количество порошка вольфрама для связывания свободного углерода и, в случае необходнмости, карбида вольфрама и кобальта для получения нужного окончательного состава пихты; последняя перемешивается в шаровой мельнице, футерованной ч вердым сплавом.,или резиной, с шара;ми .из твердого .сплава, в присутст1вио инертной жидкости (спи1рт и т..п.), или1 без) нее, и затем смесь после Ic+IIKK ирессуется и спекается как обычно.

Так как все, основные компоненты смеси уже прошли через операцию высокотемпературной обработки и реакции газовыделения закончились, то спекание без газовыделения проходит в 2 — 3 раза быстрее, чем при обычном процессе произpîäñTâà титано-вольфрамовых кеp;I- мических,сплавов. Это создает возможность широкого регулирования режима спекания и позволяет получить нужную мелкозернистую структуру сплава.

Ускорение процесса спекания благоприятствует также и сохранению заданного исходной шихтой состава сплава по углероду, что весьма важно для стабилизации его оптимальных свойств. В обычном же производстве, при длительном соXPaIIeII H VO ePeIIII i" IIe I:"..IIIH стого состояния сплава, происходит взаимодей=твие его компонентов с окружающими газамн (pàçóãëåðîживание, нитрация и т. п.). В предлагаемом же способе спекание протекает весьма бы=трс. поры, в основном, затягиваюTCH г. течение перзых — часа выдержки In макси, альной температуре, что ученьшает возможность изменения состава сплава воздай=твнеч наружных газов.

Описанный метод применим для изготовления аналогичных сплавов, в которых карбид тит;.на частично или полностью заменяется карбидом циркония, ванадия, ниобия. тантала, п êoîà;,üT — никелем.

Предмет изобретения

Спссоб изготовления металлокера, мических твердых сплавов из предварительнд изготовленных сложных карбидов, вольфрама и металлов

IV u V групп периодической системы элементов, отличающийся тем, что, с целью уменьшения, газовыделения при спеканни сплава, в первоначальную шихту для изготовления сложного .карбида добавляют вспомогательный металл — кобальт или никель в количестве не менее половины содержания этого метал¹" б5067

Отв. редактор Д. А. Михайлов

Техн. редактор М. В. Смольяковв

Л43624. Подписано к печати 18/ll-1947 г. Тираж 500 экз. Цена 65 к. Зак. 351

Типография Госпланиздата, им. Воровского, Калуга ла .в конечном продукте, затем эту шихту прокаливают в угольном патроне при температуре 1700 — 2400 С, получен ный материал размалывают в порошок к1рупностью верна не более 5 микрон и после соответствующей,дошихтовки вольфрамом и вспомогательнысми металла ми из этого порошка..изготовляют твердые спла вы,известными приемами металло керамики.