Технология производства твердых спеченных сплавов

В качестве исходных материалов используют триоксид вольфрама WO₃, диоксид титана TiO₂, оксид кобальта Co₂O₃, тантал в виде порошка или жести и сажу. Типовая технологическая схема производства спеченного твердого сплава предусматривает получение порошков вольфрама, соответствующих карбидов (вольфрама, титана, тантала), кобальта, приготовление смеси карбидов с кобальтов, прессование заготовок из смесей, спекание заготовок, доводка спеченных изделий (механическая обработка или алмазная заточка).

Исходные материалы:

Вольфрамовый ангидрид WO₃ получают прокалкой технической вольфрамовой кислоты H₂WO₄ или паровольфрамата аммония при 500-800 градусах. Частота триоксида должна быть не менее 99,9 %.

Диоксид титана TiO₂ получают прокаливанием метотитановой кислоты (продукт переменного состава, содержащий TiO₂, H₂O и SO₃) в барабанных вращающихся печах с футеровкой из высокоглиноземистого кирпича при 850-1000 градусах в течение 6-8 часов. Иногда перед использованием в производстве твердых сплавов диоксид титана для удаления остатков P₂O₅, SO₃, SO₂ проливают при 700-800 градусах в муфельных электропечах.

Оксид кобальта Co₂O3 или Co₃O₄ получают либо из металлического кобальта, либо из технического гидроксида кобальта. В первом случае исходный металлический кобальт растворяют в соляной кислоте и очищают раствор от примесей (железа, марганца и т.д.). После этого из раствора осаждают оксалат кобальта CoC₂O₄ (щавелевокислый кобальт), который отфильтровывают, промывают, обезвоживают и прокаливают при 350-400 градусах, получая порошок оксида кобальта с насыпной плотностью не выше 0,75 г/см3. Во втором случае технический гидроксид кобальта, полученный при переработке конверторных шлаков восстанавливают при 600-700 градусах, а спекшуюся массу металлического кобальта обрабатывают горячей соляной кислотой.

В производстве твердых сплавов применяют ламповую или газовую сажу – продукт термического разложения углеводородов.

Порошок тантала получают натриетермическим восстановлением пентаоксида тантала или электролизом расплавленных сред.

Порошок вольфрама получают восстановлением WO₃ водородом или углеродом. Восстановление водородом производится в трубчатых или муфельных электропечах. Режим восстановления определяет зернистость получаемого порошка вольфрама. Для получения мелко- и среднезернистого порошка восстановление ведут в 2 стадии:

1 – до бурого оксида WO₂, при 600-700 градусах – мелкое зерно, при 700-800 – среднее зерно,

2 – до вольфрама, при 750-800 градусах – мелкое зерно, при 800-950 – среднее зерно.

Для получения грубозернистых порошков восстановление проводят в одну стадию при 1200 градусах.

При углеродном восстановлении WO₃ смешивают с сажей в шаровых вращающихся мельницах, и смесь пропускают через графито-трубчатую печь при 1500-1800 градусах.

Для получения кобальта оксидное соединение восстанавливают водородом в трубчатых или муфельных печах при 520-570 градусах в течение 4-5 часов.

Смешивание порошкообразных компонентов перед формообразованием проводят химическим или механическим способом. Наиболее распространен второй вариант в шаровых вращающихся, вибрационных или оттритарных мельницах в газовой атмосфере, в вакууме или жидкой среде. Мокрый размол предпочтительнее.

Перед формованием смеси классифицируют:

– раствор синтетического каучука в бензине, применяется все реже поскольку при спекании каучук удаляется не полностью, повышая содержание углерода в твердом сплаве на 0,1-0,2% и способствуя появления крупных пор в изделии

– чаще применяют обладающие высокой адгизионной способностью и пластичностью спирторастворимые пластификаторы – полиэтиленгликоль, поливинилацетат или их смесь

– парафин, применяется как пластификатор только при формовании по методу мундштучного прессования

Прессования проводят традиционно. Рекомендуется для повышения точности изготовления при прессовании на гидропрессе выдерживать заготовки под давлением 30-60 секунд. Целесообразно схему двустороннего прессования и разъемные пресс-формы. Давление прессования – 50-250 МПа.

Спекание

Сплавы ВК. Температура спекания зависит от содержания кобальта (чем его больше, тем ниже изотермической выдержки) и лежит в пределах 1350-1480 градусов. Спекание производят в водороде в защитной засыпке (прокаленный при 1500-1550 градусах Al2O3, к которому иногда добавляют порошок графита или сажу).

Сплавы ТК. Температура спекания не зависит от марки сплава и составляет 1500-1550 градусов в водороде.

Сплавы ТТК спекают только в вакууме. ТТ20К9 – 1450 градусов, ТТ10К8 и ТТ10К6 - … Изотермическая выдержка составляет 30-40 минут.