Способ изготовления твердых металло-керамических сплавов с комплексной карбидной составляющей

Зарегистрировано в Бюро последующей регистрацииизобретениц Госплана при СНК СССР Г А Меерсон Способ изготовления твердых металлокерамических сплавов с комплексной карбидной составляющей.и Уже известен способ получен я комплексной карбидной составляющей для твердых сплавов из смеси окислов, например, титана и вольфрама, т. е. двух карбидообразующих металлов, из которых один не восстанавливаемый газовыми восстановителями. Известно также проведение операции восстановления исходя из смеси окислов карбида, образующих металлов и цементирующего металла. К способам изготовления подобных твердых металло-керамических сплавов с комплексной карбидной составляющей относится и настоящее изобретение.Исследованиями последних лет установлено, что введение в состав твердых сплавов карбидов тугоплавких металлов, главным образом, карбидов, кристаллизующихся в кубической системе (1 У и Ч группы элементов), как например, карбидов циркония, титана, ванадия, ниобия, тантала, сильно повышающих режущие свойства, твердость сплавов и т. д., затрудняется тем, что в отличие от вольфрама соответствующие металлы (цирконий, титан, ванадий, ниобий,тантал) восстанавливаются значительно труднее, В частности, их нельзяполучить путем применения такихобщепринятых газообразных восстановителей, как водород или окисьуглерода. Поэтому обычно получаютсоответствующие карбиды путем прокаливания окислов с сажей.Это требует высоких температури продолжительного прокаливания,уменьшает производительность печейвследствие большого объема загружаемой шихты, состоящей из такихлегких порошков, как окислы и сажа,и дает при совмещении процессоввосстановления и карбонизации неоднородный продукт, что и наблюдается, например, при изготовлениитвердых сплавов на основе карбидатитана,Кроме того введение в сплав такихкарбидов, как карбиды циркония, титана и др, затрудняет процесс спека ния сплава и поэтому; операцию спекания приходится удлинять, что также понижает производительность печей.Согласно настоящему способу, значительно облегчается получение твердых сплавов, содержащих тугоплавкие карбиды металлов 1 У и Ч группы.Способ заключается в том, что для снижения температуры и ускорения реакции восстановления окислов указанных металлов в шихту смеси окисла с углем добавляется небольшое количество нескольких металлов ускорителей реакции (катализаторов) в форме соответствующих окислов или солей. При этом, по меньшей мере два из металлов ускорителей должны быть из группы восстанавливаемых водородом и окисью углерода, но не карбонизующихся (медь, серебро, кобальт, никель),Процесс восстановления карбонизации при этом предпочтительно проводить в две операции вместо обычно применяющейся одной, В первой операции проводится в основном восстановление при пониженной температу. ре (понижение температуры за счет присадок), во второй операции проводится окончательная карбонизация при повышенной температуре спрессованной шихты из первой стадии; при этом, вследствие спрессованного состояния предварительно восстановленной шихты, производительность. печи сильно повышается, а продукт подвергается рекристаллизации, что увеличивает его однородность и улучшает качество,Затем полученный таким образом карбид, содержащий, небольшие присадки других карбидов и не карбонизующихся металлов, размалывается, к нему примешиваются отдельно полученные карбид вольфрама или молибдена и цементирующий металл - кобальт или никель; смесь размалывается, прессуется и спекается,При таком способе весь или большая часть карбида вольфрама или;молибдена и кобальта или никеля,могут быть получены при самых низких температурах в наиболее мелкозернистой форме и будет избегнутоизвестное ухудшающее воздействиена них высоких температур. Небольшие же комплексные присадки к карбиду 1 Ч или Ч группы произведутдостаточное действие, чтобы ускорить,и снизить температуру восстановления данного окисла, чтобы на второй:.высокотемпературной стадии сосре-,, доточить процесс окончательной кар бонизации (уже без большего выделения газа - окиси углерода) и процесс рекристаллизации карбида, Последний процесс благодаря наличиюприсадок также облегчается, а в последующем карбид легче взаимодей, ствует с остальными компонентамисплава и процесс спекания ускоряется.В случае необходимости для неко.торых областей применения твердогосплава (резание некоторых металлови др.) сохранения наименьшей зерни.стости карбида металла 1 Ч или Чгруппы температуру второй стадиикарбонизации снижают или же весьпроцесс восстановления (карбонизации) проводят в одну операцию безупрессовывания шихты во второйстадии,Данный способ поясняется следую щим конкретным примером (количественные соотношения показаны вобъемных процентах для облегчениярассуждений о взаимозаменяемостианалогичных компонентов).Замешиваются в форме мелких порошков или в форме водной суспензии в шаровой мельнице следующие;вещества:Окись титана,Окись вольфрама (илн окись дена),Уксуснокнслый кобальт илнкобальта (илл никеля)Уксуснокислая медь илн окисьСажа Из расчета на образование 55 объемныхпроцентов карбида титана молнбИз расчета на образование 6 объемныхпроцентов карбида вольфрама (или карбида молибдена)окись Из расчета на образование 1,5 объемных процента металлического кобальта (нли никеля) Из расчета на образование 0,25 объемных процента металлической мели Необходимое количество для воеетановлення н карбонизацни.разнообразного набора, или при применении последующего размола карбида до нужной мелкой зернистости в мельницах с ударным действием шаров можно применять метод карбонизации в две операции с рекристалливацией запрессованной шихты во второй операции. При этом производижльность, операции сильно возрастает.Для вышеприведенного примера шихта на первой операции после загрузки в 1400 прогревается в печи, например, до 1600 в 170 в течение 30 минут, затем проталкивается в холодильник и размалывается; содержимое двух патронов набивается (запрессовывается) в один патрон (благодаря уменьшению в объеме) и вновь подвергается прогреву в течени 45 минут при 1600 в 19 (в зависимости от желательного роста зерна).Полученный в одну или две операции карбид титана с небольшими присадками карбида вольфрама (молибдена), кобальта (никеля) и меди размалывается и смешивается в шаровой мельнице с мелкими порошками отдельно полученных при минимальных температурах карбида вольфрама и никеля из следующего расчета: Карбид титана с присадками, .Мелкий низкотемпературный карбид вольфрамаМелкий низкотемпературный никель движение материала всех компонентов, в результате чего процесс спекания и заполнения пор облегчается и ускоряется и получается сплав с высокими твердостью, плотностью, прочностью, режущими и истирающими свойствами.В результате же ускорения процессов карбонизации и спекания повышается производительность труда и оборудования в производстве, а продукт удешевляется.Указанный в вышеприведенном примере карбид титана может быть полностью или частично заменен карбидами циркония, ванадия, ниобия, тантала. При этом соответственно изменяется температура восстановления и карбонизации.Количественные соотношения комХорошо перемешанная и высушенная смесь загружается в угольные патроны и последние медленно задвигаются в печь Таммана в атмосферу водорода или окиси углерода при 1300 в 140,При этом в первую очередь восстанавливается медь и затем кобальт (или никель); их присутствие катали- тически ускоряет и снижает темперачуру восстановления и карбонизации вольфрама (или молибдена), а затем происходит восстановление окиси титана, температура которого снижается, а скорость увеличивается за счет воздействия всей цепи вышеуказанных ускорителей, последнее звено которой - карбид вольфрама (или молибдена) образует твердый раствор с карбидом титана и над этим твердым раствором допустимо более высокое равновесное давление окиси углерода (продукта восстановления), чем над чистым карбидом титана.В результате карбонизацию можно закончить в течение 1 - 1/, часов при температуре 1450 в 17 (в зависимости от величины загрузки и количества присадок - ускорителей),В случае возможности или желательности некоторого укрупнения вел- чины зерен карбида или получения их Смесь после размола прессуется и спекается обычным путем при 1400 - 1500 о. При этом кобальт (или никель) и медь (или серебро), введенные как присадки к карбиду титана, переходят в цементирующий твердый раствор, присоединяясь к никелю, введенному в окончательную смесь, Наличие же меди в цементе увеличивает вязкость сплава, а карбид вольфрама (карбид молибдена), введенный как присадка в карбид титана, совместно с карбидом вольфрама, введенным в окончательную смесь, частично распределяются в твердых растворах в карбиде титана и в никелевом цементе и частично выкристаллизовываются в форме самостоятельных зерен карбида вольфрама (молибдена),В итоге происходит активное пере 02,5 объемных процента 30,0 объемных процента 7,5 объемных процента.понентов могут изменяться в зависимости от нужных свойств сплава, однако, общее количество карбидов 1 Ч и Ч группы элементов в сумме карбидов всего сплава должно быть не меньше 30 объемных процентов. Кро.ме того увеличение содержания присадочных металлов железной группы в шихте перед карбонизацией карбидов 1 Ч и Ч группы металлов ведет к слишком сильному спеканию карбида, поэтому количество этих металлов в ускоряющей присадке не должно превосходить 5 объемных процентов по отношению к карбиду. Присадка же меди или серебра не должна, во избежание снижения твердости сплава, превосходить 5 объемных процентов по отношению ко всему количеству цементирующих металлов в сплаве.Предмет изобретения.Способ изготовления твердых металло-керамических сплавов с комплексной карбидной составляющей из карбидов по крайней мере одного не восстанавливаемого водородом металла (например, титан, цирконий и др,) и одного легко восстанавливаемого газовыми восстановителями (например, вольфрама, молибдена) с проведением операции восстановления и карбонизации, исходя из порошков окислов или солей или их водной суспензии, отличающийся тем, что, с целью ускорения процессов восстановления и карбонизации, в исходную смесь окислов или солей дополнительно вводят в форме окислов или солей по меньшей мере два металла из группы восстанавливаемых газовыми восстановителями, но не карбонизующихся (медь, серебро, кобальт, никель), причем количество металлов железной группы в этой присадке не должно превосходить 5 объемных процентов по отношению к карбиду, а количество меди или серебра - 5 съемных процентов по отношению к общему количеству цементирующих металлов в сплаве.