Способ изготовления металлокерамических твердых сплавов

Класс 40 Ъ, 265067. СССР ффЪ АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ гистрировано в Бюро изобретений Госплана С Г А. Меерсон ЕНИЯ МЕТАЛЛОКЕРАМИЧ СПЛАВОВТВЕРДЬЖ ПОСОЬ ИЗГ в Нарксмцветмет за .6 1601 (334655)1 августа 945 голл ентября 1944 го Опубликован аявлсно Известно, что в состав металлокерамнческих твердых сплавов, предназначаемых для о 5 работки сталей, целесообразно вводить, помимо карбида вольфрама и цементирующего металла (кобальта или никеля), также один или несколько готовых сложных карбидов металла 1 У или У группы элементов (титан, цирконий, тантал, ниобий, ванадий).Однако принятый в существу 1 ошем производстве способ получения этих карбидов путем прокалпвания смеси их окислов с углем (сажей) в угольно-трубчатой печи типа Таммана при атмосферном давлении не обеспечивает получения кар 5 идов в чистом состоянии, так как вследствие высокого сродства металлов 17 и Ч группы элементов к кислороду и азоту их карбиды содержат примеси этих элементов, прочно удержива 1 ощихся в гомогенной кристаллической решеткекарбидов,Введение таких карбидов в состав твердых сплавов затрудняет процесс спекания последних и нарушает стандартность состава и свойств 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, что создает нестандартность его свойств.Для получения сложных кар 5 пдов металлов 1 Ъ и У группы элементов в чистом виде без примесей кислорода известны следчощие способы.Первый способ - получение карбидов в вакуумной печи - сложен и 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 неполный карбид титана или тантала и т. (п. вводится в тигель с расплавленным никелем или алюминием, в котором происходит,растворение указанных тугоплавких метал65067лов и углерода. При этом кислород выделяется в форме окиси углерода, а в процессе последующего остывания вольфрам и титан (тантал, ниобий и т. д.) суглеродом выкристаллизовываются в форме кристаллов чистого твердого раствопа карбидов (Т 1 С - ЮС, ТаС - %С и т. п.). Затем ооразовавшийся слиток обрабатывают царской водкой для,растворения никеля и полученный порошок смешивают с кобальтовым порошком и подвергают прессовке и спеканию.Зтот метод требует затраты дорогих материалов - соляной и азотной кислот для растворения никеля и затраты вспомогательного металла - никеля,или алюминия.Известен и третий способ получения более чистого и более активного в отношении процесса спекания сложного карбида ЧС - Т 1 С, 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 (ЮС - Т 1 С). Во избежание сильного епекания и роста зерен сложного карбида во время его ооразования, а также для облегчения его дальнейшего .дробления, исходные кар 6 иды (ЪС и Т 1 С) 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 метод 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 твердых 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 впервоначальную 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 в угольном патроне при температуре 1700 в 24 С и полученный материал размалыгаот в порошок крупностью зерна не более 5 микрон. В размолотый 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, вольфрама и кобальта.Смесь этих порошочков брвкетируется в угольном,патроне и прокаливается в угольно-труочатой печи типа Таммана в атмосфере водорода при 1700 - 2400, В результате происходит восстановление двуокиси титана или кислородсодержащего карбида титанакарбонизация титана и вольфрама и образование твердого раствора карбидов за счет их переристаллизациы через расплавленный кобальт, который смачиваети иокрывает жидкой пленкой зерна, карбида. При этом объем кобальтовой фазы увеличивается за счет значительного растворения в нем карбидов при указанной высокой температуре.В присутствии вольфрама и кобальта,процесс восстановления двуокиси( титана и процеос образования твердого раство 1 ра карбидов аа счет перекристаллизации через жидкую фазу сильно ускоряются; на проведение обоих этаких процессов в совокуаноств требуемся неболее 20 - 40 люинут, в зависимости от величины загрузки, После остывания получается спеченный блок, состоящий из хорошо перекристаллизованныхверен Чистого твердого раствора карбидов 1(%С - Т 1 С), окруженных пленками застывшей, богатой кобальтом, фаризы.В отличие от ранее описанного метода диффузионного образования сложното титано - вольфрамового карбида путем прокаливания смеси %С + Т 1 С, предварительно отмытой от следов цементирующего металла, предлагаемый процесс проводится в присутствии кобальта в качесте цементирующего металла, что однако не, создает затруднений при последующем раздроблении карбид- ного блока, так как, вследствие совмещения процессов восстановления окисла титана и образования сложного карбида, во вречя этого процесса происходит газовыделение, которое создает пористую и хрупкую структуру блока сложного карбида, После раздробления блока на куски, они,подвергаются размолу,в порошок, 1 с величиной зерен не более 3 - 5 микрон в шаровой мельнице, футерсванной изнутри, во нзбежание натирания железа пластинками твердого сплава с шарами из твердого сплава.В,составе исходной счеси Т 10 + +Ф - , Со+С нли В+ Со+ С соотношение весоз ЬС: Т 1 С должно быть не менее, чем 3: 1, что соответствует мономолекулярному соотношению карбидов, н не больше, чем соответствующее насыщенному твердому, раствору при температуре карбонизации 2000, т. е. 5: 1. Таким образом в сучме карбидов доля карбида вольфрама должна составлять от 50 до 70,4 мюлярных,После разчола перенристаллизованного блока его подвергают анализу на содержание углерода, к шихте дооавляют необходимое количество порошка вольфрама для связывания свободного утлерода и, в случае необходимости, карбида вольфрама и кобальта для получения нужного окончательного состава црихты; последняя перемешиваевся в шаровой мельнице, футерованной чвердым сплавом,или резиной, с шарами .из твердого сплава, в присутст 1 вио инертной жидкости (спи 1 рт и т,.п.), илыбез нее, и затем смесь после суики ирессуетсяи 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 производства титано-вольфрамовых кера-мических,сплавов. Это создает возможность широкого регулированиярежима спекания и позволяет получить нужную мелкозернистую структуру сплава,Ускорение процесса спекання благоприятствует также и сохранениюзаданного исходной шихтой составасплава по углероду, что весьмаважно для стабилизации его оптимальных свойств. В обычном жепроизводстве, при длительном сохраненни во время спеканиястого состояния сплава, происходитвзаимодей:твие его компонентов сокружающими газамн (разуглероживание, нитрация и т. п.). В предлагаемом же способе спекание протекает весьма бы:тро. поры, в основном, затягиваются г. течениеперзьх-часа выдержки намаксимальной температуре, чтоученьшает возможность изменениясостава сплава воздсйствнем наружных газов.Описанный метод применим дляизготовления аналогичных сплавов,в которых карбид титана частичноили полностью заменяется карбидомцирконяя, ванадия, ниобия. тантала,,кооальт - никелем. Предмет изобретенияСпособ изготовления металлокера,мических твердых сплавов из предварительнд изготовленных сложных карбидов, вольфрама и металлов 1 Ч и 7 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 количеств 6 не менее половины содержания этого металЬЪ боОб 7 Отв. редактор Д. А, Михайлов Техн, редактор М. В. Смольякова Л 43624. Подписано к печати 18/11-1947 г. Тираж 500 экз. Цена 65 к. Зак. 35 Типография Госпланиздата, им. Воровского, Калуга ла в конечном продукте, затем эту шихту прокалывают в угольном патроне при температуре 1700 - 2400 С, полученный материал размалывают в порошок к 1 рупностью верна не более 5 микрон и после соответствующей,дошихтовки вольфрамом и вспомогательнысми металлами из этого порошка изготовляют твердые сплавы,известными приемами металлокерамики.