способ получения изделия из многослойного твердого сплава на основе карбида вольфрама

Формула изобретения

Способ получения изделия из многослойного твердого сплава на основе карбида вольфрама, включающий формирование на поверхности изделия из высококобальтового твердого сплава графитовой прослойки и последующее нанесение электроэрозионным методом одного слоя низкокобальтового твердого сплава или двух слоев низкокобальтового твердого сплава с формированием между ними графитовой прослойки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способу создания многослойного твердого сплава на основе карбида вольфрама разного состава - прочного, но недостаточно износостойкого для основы, и высокоизносостойкого для поверхностного слоя, которым оснащают буровой инструмент.

Одним из путей повышения износостойкости твердых сплавов является создание твердых износостойких покрытий на неперетачиваемых пластинах из твердых сплавов [1]. Применение таких покрытий создает целый ряд преимуществ по сравнению с твердым сплавом без покрытий: повышение срока службы и производительности инструмента; уменьшение потребности в дорогих материалах W, Со; снижение стоимости обработки.

Помимо нанесения покрытий на твердосплавный инструмент известны и другие способы повышения его износостойкости. К ним относятся метод изготовления «многослойного» инструмента из твердых сплавов [1].

Наиболее близким техническим решением является разработанный в Институте твердых материалов (ФГУП ВНИИТС, Россия) способ получения сплавов с переменным содержанием кобальта по высоте твердосплавных пластин для оснащения металлорежущего инструмента методом пропитки спеченного твердого сплава [2]. Для достижения этой цели авторы данной работы смесь порошков тугоплавких соединений и кобальта сначала 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, состоящее из TiC/TiCN/TiN общей толщиной 5-11 мкм. Полученная пластина имеет вязкую сердцевину и твердый поверхностный слой, что обеспечивает ее стойкость при обработке различных материалов.

Однако известный способ имеет следующие недостатки. Такой способ получения многослойного твердого сплава с градиентной структурой достаточно сложный, энергоемкий и длительный по времени, требует наличия сложного оборудования. Получение таким способом многослойного твердого сплава возможно только на ровной поверхности, не всегда достигается прочность сцепления нанесенного слоя покрытия с высококобальтовой подложкой.

Задачей предложенного способа является создание изделия из многослойного твердого сплава на основе карбида вольфрама для буровых коронок, используя простое, низкоэнергоемкое оборудование малых габаритов в виде портативной установки UR - 121, при этом появляется возможность на различных участках обрабатываемой поверхности производить сложные микрометаллургические процессы, несмотря на простоту ведения этого процесса, а также получать чрезвычайно высокую прочность сцепления нанесенного слоя покрытия с обрабатываемой поверхностью без коробления обрабатываемой детали. В этом случае менее прочная сердцевина выдерживает ударные нагрузки, а более твердая режущая кромка обладает повышенной износостойкостью, что обеспечит эксплуатационную стойкость твердого сплава.

Сущность состоит в том, что в способе получения изделия из многослойного твердого сплава на основе карбида вольфрама, включающем формирование на поверхности изделия из высококобальтового твердого сплава графитовой прослойки и последующее нанесение электроэрозионным методом одного слоя низкокобальтового твердого сплава или двух слоев низкокобальтового твердого сплава с формированием между ними графитовой прослойки. В результате получается изделие из многослойного твердого сплава на основе карбида вольфрама для буровых коронок с сердцевиной из высококобальтового сплава ВК10КС или ВК15КС, а периферийные участки - из малокобальтовых сплавов ВК6-ОМ и ВК3.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что изделия из многослойного твердого сплава на основе карбида вольфрама получаются способом электроэрозионного упрочнения легированием (ЭЭУЛ). Сущность процесса ЭЭУЛ состоит в том, что при искровом разряде происходит эрозия электрода и перенос продуктов эрозии на деталь-пластину из твердых сплавов ВК10КС и ВК15КС. В качестве электродов используются твердые сплавы ВК6-ОМ и ВКЗ.

Предлагаемый способ получения многослойных твердых сплавов (на примере ВК10КС и ВК15КС) реализован следующим образом: поверхность пластины высококобальтового твердого сплава перед процессом ЭЭУЛ обрабатывается до полного удаления следов масла и жира. Перед ЭЭУЛ на обрабатываемую поверхность высококобальтового твердого сплава наносится слой, состоящий из графита (для избежания образования поверхностного обезуглероживания и, как следствие, образования недопустимой ГОСТ 4411-79 охрупчивающей ₁-фазы - двойного карбида вольфрама и кобальта). После этого с помощью установки UR - 121, предназначенной для ЭЭУЛ, наносились последовательно на высококобальтовый твердый сплав ВК10КС или ВК15КС слой сначала ВК6-ОМ, а затем ВКЗ с применением режимов установки «Норма 3»+«Turbo». Между слоями вновь наносился графитовый слой. В результате получался упрочненный слой с градиентной прочностью толщиной 20-30 мкм. Результатом данного технического решения является повышение поверхностной твердости и износостойкости в 2 раза и эксплуатационной стойкости бурового инструмента. На высококобальтовый сплав возможно нанесение одного низкокобальтового слоя ВК6-ОМ или ВК3, либо двух слоев из ВК6-ОМ и ВК3 в зависимости от крепости обрабатываемых горных пород буровыми коронками.

Пример: процесс получения изделия из многослойного твердого сплава на основе карбида вольфрама заключает в себе следующее: поверхность пластины высококобальтового твердого сплава ВК10КС перед процессом ЭЭУЛ обезжиривается, а также на обрабатываемую поверхность этого твердого сплава наносится слой, состоящий из графита, с целью предотвращения поверхностного обезуглероживания и образования ₁-фазы - двойного карбида вольфрама и кобальта. Далее с помощью установки UR - 121, используя режим сначала «Норма 3», а затем «Turbo», наносились последовательно на высококобальтовый твердый сплав ВК10КС и ВК15КС сначала слой ВК6-ОМ, а затем слой ВК3. Между слоями вновь наносился графитовый слой. Таким образом, градиентная пластина состоит из вязкой сердцевины, которая служит демпфером и хорошо гасит ударные нагрузки, но может не обладать высокой износостойкостью, а поверхностный слой обладает повышенной износостойкостью по сравнению с вязкой сердцевиной.

Использование предлагаемого способа получения изделия из многослойного твердого сплава на основе карбида вольфрама (ВК10КС и ВК15КС) с графитовой прослойкой обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества: возможность на различных участках обрабатываемой поверхности производить сложные микрометаллургические процессы; чрезвычайно высокую прочность сцепления нанесенного слоя покрытия с обрабатываемой поверхностью; простоту ведения процесса; отсутствие коробления обрабатываемой детали; малые габариты и низкую энергоемкость оборудования.

Литература

1. Панов В.С. Технология и свойства спеченных твердых сплавов и изделий из них. / В.С.Панов, А.М.Чувилин, В.А.Фальковский. - М.: МИСИС, 2004 - 464 с.

2. Патент РФ 2302925, МПК B22F 3/26, С22С 29/00. Способ изготовления сменных многогранных пластин. / Аникин В.Н., Золотарева Н.Н., Казанцев Н.И. [и др.]. ФГУ ВНИИТС // № 2005137294/02; Заявл. 01.12.2005; Опубл. 20.07.2007 (прототип).