Вакуумная металлургия твердых сплавов

В связи со все возрастающим применением в твердых сплавах частиц карбидов титана и тантала, а также с разработкой и созданием новой группы безвольфрамовых твердых сплавов на основе системы TiC— Ni—Мо возникла необходимость в разработке вакуумной технологии производства указанных материалов.

Применение водородной среды в процессах спекания, как это принято для вольфрамовой группы твердых сплавов, вызывает образование хрупких гидридных фаз, что сопровождается ухудшением режущий свойств титановольфрамовых и титанотанталовольфрамовых твердых сплавов. Высокая активность титана и тантала к кислороду, а также охрупчивающее воздействие кислорода на молибден как основу без-вольфрамовых твердых сплавов привели к необходимости применения вакуума при приготовлении исходных твердосплавных смесей.

Замешивание указанных смесей в мельницах в воздушной среде вследствие повышенной геттерной способности титана и тантала приводит к увеличению адсорбированного кислорода на частицах порошковых смесей, что при спекании вызывает заметное обезуглероживание и окисление компонентов смеси. Вакуумирование порошковой шихты в процессе смешения в мельницах требует соответствующей герметизации корпуса мельницы от окружающей среды и установки форвакуумных насосов для создания необходимого разрежения и удаления адсорбированных газов.

О вакуумном спекании твердых сплавов в литературе имеется ограниченное количество работ.

Основы вакуумной металлургии твердых сплавов были рассмотрены в работе [131]. В более поздних работах [132, с. 64 и 68] применительно к отечественным маркам твердых сплавов проведены подробные исследования влияния вакуумного спекания на качество указанных материалов. Так, были проведены [132, с. 64] сравнительные исследования некоторых физико-механических и режущих свойств титановольфрамоваго сплава Т15К8, спеченного в водороде и в вакууме при одинаковых условиях. Вакуумное спекание вели в методической вакуумной печи. Результаты исследований приведены в табл. 39.

Полученные данные показывают, что сплав, спеченный в вакууме, по сравнению с полученным водородным спеканием достаточно компактен, содержит в структуре меньше графита и характеризуется более высокими режущими свойствами.

Таблица 39

Физико-механические и режущие свойства твердого сплава Т15К6, спеченного в вакууме и в водороде [132]

Среда	Пористость, %	Содержание графита, %	Коэрцитивная сила, кА/м	Временное сопротивление при изгибе, МПа	Коэффициент стойкости при точении стали
Вакуум . . .	0,2	__-	11,62	1264	2,98
Водород . .	0,2	0,2	11,7	1226	1,91
Вакуум . . .	0,2	0,2	11,14	1226	2,31
Водород . . .	0,2	0,2	12,34	1168	2,23
Вакуум . . .	0,1	0,2	14,57	1148	2,82
Водород . . .	0,2	0,2	12,9	1284	2,46
Вакуум . . .	0,2	0,2	11,78	1226	2,50
Водород . . .	0,2	0,2	13,05	1148	Не опред.

Последнее авторы объясняют более благоприятными условиями при вакуумном спекании для сохранения минимального количества свободного углерода, что обеспечивает высокие режущие свойства при достаточной прочности.

Подробно изучено [132, с. 68] влияние температуры предварительной отгонки пластификатора, температуры спекания, степени разрежения и других факторов на структуру и свойства спеченных в вакууме титановольфрамовых и безвольфрамовых твердых сплавов. Исследования выполнены на образцах и режущих пластинках из сплава Т16К6, а также безвольфрамового сплава системы TiC—Ni—Мо.

Поэтому при проведении исследований авторами работы [132] прежде всего было обращено внимание на выявление влияния предварительного низкотемпературного спекания на структуру и качество твердых сплавов, получаемых вакуумным спеканием.

В результате проведенной работы было установлено, что вакуумное спекание сплавов без предварительной отгонки пластификатора способствует образованию в изделиях значительной пористости (до 0,8 %). Предварительное спекание для отгонки пластификатора, проведенное в среде водорода при 700° С, привело к появлению в микроструктуре сплава хрупкой трфазы. Снижение температуры предварительного спекания до 550—600° С позволяет получать предварительно спеченные заготовки с удовлетворительной микроструктурой.

Эта температура предварительного спекания и была выбрана в качестве оптимальной.

Окончательное вакуумное спекание проводили в промышленной методической вакуумной печи типа СТВ (печь спекания твердых сплавов вакуумная), состоящей из трех тепловых зон (подробно конструкцию печи см. с. 239). В I и II зонах с температурами 500± ±20° С и 900±20° С соответственно происходит медленный и предварительный прогрев изделий во избежание коробления и трещинообразования; в III высокотемпературной воне производится окончательное спекание..

На основании проведенных исследований о влиянии температуры на механические и некоторые физические свойства твердых сплавов было установлено, что оптимальной температурой окончательного спекания сплава Т15К6 в вакууме следует считать 1420° С при скорости перемещения садки в горячей зоне 6,7 мм/мин.

При изучении влияния остаточного давления на свойства сплавов было установлено, что при увеличении степени разрежения наблюдается значительное испарение кобальта, приводящее к снижению механических свойств твердого сплава. Поэтому рекомендуется в процессе спекания поддерживать остаточное давление на уровне 66,5 Па. Во избежание сильного обезуглероживания и связанного с этим снижения прочности твердых сплавов окончательное спекание предлагается проводить в графитовых контейнерах с засыпкой графитовой крупкой.

В соответствии с установленными условиями и режимами спекания изготовлена промышленная партия изделий из сплава Т15К6 и проведены всесторонние исследования их структуры и свойств. Сравнительные данные свойств сплава Т15К6 приведены в табл. 40.

Полученные данные показывают, что при спекании в вакууме по сравнению со спеканием в водороде улучшается микроструктура сплавов, отсутствуют включения графита и т]-фазы, а также повышается плотность сплавов, твердость и коэффициент стойкости при резании (на 20—30%). Прочность сплавов несколько снижается, но остается в допускаемых пределах по ГОСТ 3882—67. Некоторое снижение прочности, по-видимому, связано с повышением чистоты. Установлены также оптимальные режимы ,спекания безвольффщмо-вых твердых сплавов системы TiC—Мо—Ni: температура спекания 1300° С в вакууме 6,6 Па при скорости движения садки 6,7 мм/мин.

Рассмотренные выше первые работы в области вакуумной металлургии твердых сплавов указывают на их большую перспективность. В применении к производству титановольфрамовых и титанотанталовольфрамовых твердых сплавов, а также к безвольфрамовым сплавам методы вакуумной металлургии в ближайшие годы должны стать основными.