Способ обработки изделий из твердосплавных композиционных материалов

(5)5 1 А ГЕНТ обработки метал 1. Длядавлением для буроимы и ихопераций 1,3, пуанссекции для фОМД;1.4. роликвытяжки;1.5, инстр1,6, пресс11. Обрабо ционно и и оправки для р умент для ППД;формы. тка металлов ре кем; ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство СССРР 779435, кл, С 23 С 20/52, 1975,Авторское свидетельство СССРИ. 114505, кл. С 23 С 8/34, 1982,(54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗТВ Е РДО СПЛАВ Н ЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для повышения эксплуатационной стойкости изделий из твердосплавных композиционных материалов; ьеры и пресс-штемпели;рицы и пуансоны штампаьных операций ОМД;оны, матрицы, прижормоизменяющих(57) Область применения; повышение эксплуатационной стойкости изделий из твердоспла вн ых ком пози цион ных материалов. Сущность способа: изделия из твердосплавных композиционных материалов, например сверла, резцы, фильеры, подвергают газотермической обработке в атмосфере молекулярного азота, находящегося под давлением 15 - 400 МПа при температуре 700-1200 С, в течение 0,5-4 ч, Возможна обработка в смеси молекулярного азота и аммиака, который подают под давлением 0,1 - 2 МПа, 1 з,п, ф-лы 11,1. пластины различной снащения резцов, фрез, сверл ежущего инструмента;11.2. фасонный инструмные сверла, зенкеры, разплашки, метчики.111. Инструмент длических материаломи:111,1. лезвийный инструмент вых головок;И 1.2. стеклорезы;111,3. дисковые фрезы для обработки дерева.1 Ч. Пары трения;1 ч,1. штока компрессоров высокого давьления,Известен способ поверхностного упрочнения твердосплавного инструмента путем осаждения покрытия методом КИБ ент - спирал ьвертки, фрезы, ь ля обработки неметалв с особыми свойства(С. Н, Полевой "Упрочнение металлов", У1986, с, 274-277), Недостатки известного способа следующие: малая толщина слоя - 5-20 мкм, что делает невозможным пере- точку инструмента: вследствие отсутствия переходной, диффузионной зоны покрытие - сердцевина слой легко скалывается в процессе эксплуатации; способ неприменим для крупномасштабного производства.Известен способ упрочнения иэделий иэ твердых сплавов путем хромотитанирования ЦОднако известный способ позволяет получать упрочненные слои толщиной 7 - 15 мкм, что делает невозможным переточку инструмента. В процессе эксплуатации изменяется угол заточки лезвия, что делает инструмент негодным для дальнеЙшей эксплуатации. Известный способ сложен при обработке крупных партий инструмента, поскольку изделие для обеспечения равномерной диффузии в поверхность надо размещать таким образом, чтобы оно равномерно омывалось реакционной средой, Вследствие этого при реализации известного способа наблюдается значительный разброс свойств в обрабатываемой партии изделий.Кроме того. известный способ приводит к повышению стойкости не столько за счет создания специальных карбидов, сколько за счет снижения пористости поверхности, образующейся при компактиравании изделий из исходной порошковой композиции. Укаэанная паристость, если ее значение Велико, есть следствие несоблюдения технологии компактиравания, Иэделия, полученные с соблюдением технологии, характеризуются слабой паристостью, Следствием чего будет незначителен и рост эксплуатационной стойкости после хромотитаниравания по сравнениа с необработанным инструментом,Наиболее близким к предложенному является способ получения диффузионных покрытий на твердых сплавах, Вкл 1 ачающий титанирование при 1000 - 1030 С в среде четыреххлористого углерода при Р=270 - 300 Па. после чего проводят карбонитрациа в атмосфере азота с добавлением четырех- хлористого углерода при Р=270-300 Па Я.. Известный способ технологически сложен и не обеспечивает технологическую васпраизводимость результата в условиях крупномасштабного производства (па причинам, обьясненным ранее), не позволяет получать слои большой глубины (переточка невозможна)и не приводит к значительному повышению эксплуатационной стойкости изделий иэ твердь.х сплавов, Кромеога, известный способ неэкологичен вследствие использования четыреххлористого углерода.Целью изобретения является повышение эксплуатационной стойкости и технологичности.Указанная цель достигается эа счет того, чта упрочнение осуществляют в атмосфере молекулярного азота, находящегося под давлением 15-400 МПа. Температуру процесса Выбирают в интервале 700-1200 С. Время обработки - 0,5 - 3 ч, В принципе, время можно и не ограничивать сверху при необходимости достикения сквозного насыщения инструмента,С целью дополнительного повышения стойкости в молекулярный азот добавляют аммиак, Его парциальное давление составляет 0,01 - 2 МПа в процессе обработки,Предлокенный способ предназначен для обработки изделий из композиционных твердых сплавов типа ВК, ТК, ТТК, Эльбора и др, Причиной повышения стойкости является, Видимо, организация в азотированнам слое изделий комплексных карбанитридов высокой стехиометрии (для иэделий на основе карбидов) и обеспечение стехиометрии кубического нитрида бора. Аналогичный результат будет и для эльбаровых композитов и композитных керамик, содеркащих карбиды и нитриды,Вследствие того, что величина азотного потенциала задается параметрами - давлением 15-400 МПа (0,01-2 МПа), температурой 700 - 1200"С, которые одинаковы во всех точках реакционного пространства в течение всего Времени вь,держки, обеспечивается стабильная и высокая стойкость изделий, обработанных в одной садке. Таким образом, обеспечивается технологическая воспроизводимость результата, Способ является экологичным, поскольку насыщающий гаэ можно испольэовать многократно, а основу его составляет азот, являющийся основной компонентой земнойатмосферы.За счет использования смеси газов, находящихся пад высоким давлением, невазмокна диссоциация молекул аммиака иначе, чем на поверхности изделия, после чего происходит восстановление (синтез) молекул аммиака благодаря высокому давлению молекулярного азота. Этим обеспечивается высокая насыщающая способность реакционного газа в течение всего времени выдержки, следствием чего будет дополнительное повышение стойкости.В предложенном способе Выдержка при температуре ниже 700"С недостаточна для45 50 активной диффузии азота в глубь изделия, вследствие чего эксплуатационная стойкость была бы ниже требуемой. Выдержка выше 1200 С приводит тоже к падению стойкости,Чпрочнение при давлении молекулярного азота ниже 15 МПа (если смесь, то ниже Рмнз=0,01 МПа) не позволяет достичь необходимой стойкости, и, кроме того. синтез молекул аммиака происходить не будет. Использование Ри 2 выше 400 МПа не представляется возможным иэ-за отсутствия промышленного оборудования, При использовании смеси газов с Ринз 2 МПа наблюдается снижение стойкости за счет охрупчивания,Предлокенным способом обработаны партии изделий по 100 штук в каждой,П р и м е р: обработке подвергают следующие иэделия из композиционных материалов; стеклорезы (ВКЗ); резцы (ВКЗ-М, Т 15 К 6, ТТК 17 К 12); режущие пластины для сверл, фрез и другого инструмента (ВК 6); цельнотвердосплавные мелкоразмерные сверла (ВК 10-М); метчики (ВКЗ); фрезы (Т 14 К 8), резцы (ТТ 7 К 12); лезвийный инструмент для буровых головок (ВК 8 КС), многогранные неперетачиваемые пластины (ВК 6-ОМ); фрезы, резцы (Т 5 К 10); дисковые фрезы для обработки дерева (ВК 15); фильеры (ВК 6-ОМ, ВКЗ-М); резцы (Эльбор).Изделия помещают в рабочую зону газостата, герметизируют камеру и вакуумируют ее (или продувают азотом). После чего камеру заполняют из баллона молекулярным азотом и повышают его давление посредством компрессора до 15 - 400 МПа, При работе со смесью газов сначала в камеру через редуктор подают аммиак до получения давления 0,01 - 2 МПа, после чего камеру подключают к азотной магистрали и повышают компрессором давление газа до требуемого, По достижении давления включают нагревательное устройство и повышают температуру до 700 - 1200 С, выдерживают при этой температуре и давлении 0,5-3 ч., после чего нагревательное устройство выключают, охлаждают камеру с садкой и разгерметизируют ее.Упрочненные согласно заявленному способу изделия подвергают натурным стойкостным испытаниям, За оценочный параметр стойкости принимают ее повышение относительно максимальной стойкости изделий, обработанных известным способом, За оценочный параметр технологично 5 10 15 20 25 30 35 40 сти способа (технологической воспроизводимости) берут количество иэделий из одной садки (в Я, стойкость которых ниже максимальной,Проведенные натурные испытания показали, что стойкость изделий, обработанных газотермобарическим способом в 2,3-8,5 раз выше, чем в случае известного, Кроме того, установлено, что для изделий сложной формы, как, например, фильер иэ сплава ВКЗ-М, В К 6-ОМ, с внутренним отверстием ф 0,1 мм известный способ неприемлем, в то время как предложенный способ позволяет упрочнить поверхность отверстия по всей его глубине без изменения геометрических параметров. Изделия, обработанные газотермобарическим способом, имеют одинаковую стойкость, в то время как в случае известного разброс эксплуатационной стойкости достигает 15-40, Это свидетельствует о высокой технологичности способа, позволяющей четко воспроизводить требуемый результат.Предложенный способ не требует тщательной установки изделий при химико-термической обработке - их можно устанавливать с максимальной плотностью упаковки в контейнере или россыпью, что в случае известного способа недопустимо,Изделия (инструмент), подвергнутые газотермобарической обработке, можно подвергать многократной переточке вследствие большой толщины диффузионного слоя.Таким образом, предложенный способ газотермобарического легирования весьма перспективен для обработки изделий из твердосплавных композиционных материалов.Формула изобретения 1. Способ обработки изделий из твердосплавных композиционных материалов, включающий химико-термическую обработку в азотсодержащей среде, о т л и ч а ю щи й с я тем, что, с целью повышения эксплуатационной стойкости и технологичности процесса, химико-термическую обработку проводят газотермобарическим методом при давлении 15-400 МПа при 700-1200 С, в течение 0,5-3 ч, а в качестве азотсодержащеи среды используют молекулярный азот, 2. Способ поп,1, отлича ю щийся тем, что в качестве азотсодержащей средыиспользуют смесь молекулярного азота иаммиака. причем аммиак подают поддавлением 0,01 - 2 МПа.