RU2148490C1 - Method of diamond tool manufacture - Google Patents

Abstract

FIELD: manufacture of diamond tools designed for cutting, working and drilling of rocks. SUBSTANCE: method includes preparation of mixture, mechanical alloying of mixture with phosphorus, annealing of mixture, mixing with nickel, titanium carbide and diamond grains, granulation, pressing after granulation and caking at temperature of 850 C combined with infiltration. EFFECT: higher mechanical properties and cutting ability of tool. 4 cl, 1 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к области изготовления алмазного инструмента, предназначенного для резки, обработки и бурения горных пород. The invention relates to the field of manufacturing diamond tools for cutting, processing and drilling rocks.

Традиционно алмазный инструмент получают по двум технологическим схемам, включающим либо горячее прессование либо спекание под давлением [Захаров И. П. Алмазные инструменты и процессы обработки. Киев, "Технiка", 1980, 216 с.; Верещагин В. А. , Журавлев В.В. Композиционные алмазосодержащие материалы и покрытия. Минск. "Навука i тэхнiка", 1991, 208 с.]. Traditionally, diamond tools are produced according to two technological schemes, including either hot pressing or sintering under pressure [IP Zakharov. Diamond tools and processing processes. Kiev, "Technics", 1980, 216 p .; Vereshchagin V.A., Zhuravlev V.V. Composite diamond-containing materials and coatings. Minsk. "Navuka i tehnika", 1991, 208 pp.].

В обоих случаях технология производства деталей не может быть реализована в традиционном цикле порошковой металлургии, поскольку требуется специализированное оборудование и практически исключается возможность широкой автоматизации процессов. In both cases, the technology for the production of parts cannot be implemented in the traditional cycle of powder metallurgy, since specialized equipment is required and the possibility of broad automation of processes is practically eliminated.

В качестве прототипа выбран способ изготовления алмазного инструмента, не требующий горячего прессования или спекания под давлением, включающий: гранулирование и пропитку жидким металлом [Авторское свидетельство СССР N 346097, 1972]. As a prototype, a method of manufacturing a diamond tool is selected that does not require hot pressing or sintering under pressure, including: granulation and impregnation with liquid metal [USSR Author's Certificate N 346097, 1972].

Недостатками такого способа является высокая суммарная доля легкоплавкой составляющей и пор, что снижает износостойкость инструмента, и спекание в свободно насыпанном состоянии, требующее для каждого изделия спекания в индивидуальной форме. The disadvantages of this method is the high total proportion of the low-melting component and pores, which reduces the wear resistance of the tool, and sintering in a freely poured state, requiring sintering in an individual form for each product.

Заявляемый способ обеспечивает повышение механических средств и режущей способности инструмента при исключении спекания в свободно насыпанном состоянии. The inventive method provides an increase in mechanical means and cutting ability of the tool with the exception of sintering in a freely poured condition.

Предлагаемый способ изготовления алмазного инструмента, включающий приготовление шихты, грануляцию и спекание, совмещенное с инфильтрацией, отличается тем, что перед грануляцией дополнительно вводят операции механического легирования фосфором и отжиг шихты, а после грануляции осуществляют прессование. The proposed method of manufacturing a diamond tool, including the preparation of the charge, granulation and sintering, combined with infiltration, characterized in that before granulation, additionally enter the operation of mechanical alloying with phosphorus and annealing the mixture, and after granulation is carried out pressing.

Гранулированную шихту строго определенного состава, содержащую высокую долю энергонасыщенных частиц, перед проведением пропитки прессовали при относительно высоком давлении (400 МПа), что позволило получить требуемые прочность и пористость прессовки, а спекание совмещали с пропиткой, причем состав материала обеспечил активацию процесса и исключал графитизацию алмазов. Before the impregnation, a granular charge of a strictly defined composition containing a high proportion of energy-saturated particles was pressed at a relatively high pressure (400 MPa), which made it possible to obtain the required compressive strength and porosity, and sintering was combined with impregnation, and the material composition ensured the activation of the process and excluded graphitization of diamonds .

Из сравнения с известным способом производства алмазного инструмента ясно, что заявляемый метод позволяет получать детали из шихты заданного состава, содержащей энергонасыщенные порошки, кроме того, вводится дополнительная операция прессования, а спекание, совмещенное с инфильтрацией, осуществляется не в свободной засыпке, а по традиционной технологии порошковой металлургии. From comparison with the known method for producing diamond tools, it is clear that the claimed method allows to obtain parts from a charge of a given composition containing energy-saturated powders, in addition, an additional pressing operation is introduced, and sintering combined with infiltration is carried out not in free filling, but according to traditional technology powder metallurgy.

Предлагаемый способ включает получение механически легированной шихты, содержащей железо, фосфор и углерод, отжиг шихты, смешивание ее с карбидом титана, никелем и алмазом, гранулирование, прессование деталей, спекание по оптимальным режимам, совмещенное с инфильтрацией. The proposed method includes obtaining a mechanically alloyed charge containing iron, phosphorus and carbon, annealing the charge, mixing it with titanium carbide, nickel and diamond, granulation, pressing of parts, sintering under optimal conditions, combined with infiltration.

Механическое легирование применяли для повышения дисперсности смеси, роста активности порошков, исключения сегрегации фосфора при спекании за счет закрепления его в дислокационных скоплениях. В свою очередь фосфор понижает температуру плавления инфильтрата и обеспечивает равномерное распределение жидкой фазы. Mechanical alloying was used to increase the dispersion of the mixture, increase the activity of powders, and exclude phosphorus segregation during sintering by fixing it in dislocation clusters. In turn, phosphorus lowers the melting point of the infiltrate and ensures uniform distribution of the liquid phase.

Отжиг шихты в атмосфере водорода или диссоциированного аммиака проводили для снятия наклепа после механического легирования и удаления сопутствующих примесей. Карбид титана вводили для повышения износостойкости матрицы, а никель - для замедления реакции между матрицей и алмазами и улучшения смачиваемости прессовок инфильтратом. Для инфильтрации использовали оловянистую бронзу, имеющую низкую температуру плавления и высокую адгезионную способность. Прессование при давлении 400 МПа обеспечивает достаточную прочность прессовки и не разрушает алмазные зерна. Спекание при 850^oC позволяет осуществить пропитку прессовок бронзой, придать необходимые механические свойства связке и получить требуемый уровень взаимодействия алмазов с матрицей.The mixture was annealed in an atmosphere of hydrogen or dissociated ammonia to remove hardening after mechanical alloying and removal of associated impurities. Titanium carbide was introduced to increase the wear resistance of the matrix, and nickel was introduced to slow down the reaction between the matrix and diamonds and improve the wettability of the compacts by infiltrate. For infiltration, tin bronze was used, which has a low melting point and high adhesive ability. Pressing at a pressure of 400 MPa provides sufficient compressive strength and does not destroy diamond grains. Sintering at 850 ^° C makes it possible to impregnate the compacts with bronze, impart the necessary mechanical properties to the binder, and obtain the required level of interaction of diamonds with the matrix.

Способ поясняется на примере изготовления сегментов алмазного инструмента по следующей технологии:
- смесь, состоящую из 5,6 мас.% феррофосфора, 0,8 мас.% углерода и 93,6% железа, подвергали механическому легированию в планетарной мельнице до размера частиц 4-6 мкм, затем отжигали в восстановительной атмосфере при температуре 700^oC, 4 ч,
- к 67,5 г механически легированной и отожженной смеси добавляли 12,5 г синтетических алмазов, 5 г карбида титана и 25 г никеля, перемешивали в смесителе со смещенной осью вращения, полученную смесь гранулировали с 7%-ным водным раствором поливинилового спирта,
- гранулированную смесь прессовали при давлении 400 МПа,
- инфильтрат прессовали при давлении 200 МПа из смеси порошков меди и олова в соотношении 4:1,
- спекание производили в восстановительной атмосфере при температуре 850^oC в течение 4 ч, инфильтрацию осуществляли наложением брикетов из оловянистой бронзы на прессовки.The method is illustrated by the example of manufacturing diamond tool segments using the following technology:
- a mixture consisting of 5.6 wt.% ferrophosphorus, 0.8 wt.% carbon and 93.6% iron was subjected to mechanical alloying in a planetary mill to a particle size of 4-6 microns, then annealed in a reducing atmosphere at a temperature of 700 ^o C, 4 h
- to 67.5 g of the mechanically alloyed and annealed mixture, 12.5 g of synthetic diamonds, 5 g of titanium carbide and 25 g of nickel were added, mixed in a mixer with a rotational axis of rotation, the resulting mixture was granulated with a 7% aqueous solution of polyvinyl alcohol,
- the granular mixture was pressed at a pressure of 400 MPa,
- the infiltrate was pressed at a pressure of 200 MPa from a mixture of powders of copper and tin in a ratio of 4: 1,
- sintering was carried out in a reducing atmosphere at a temperature of 850 ^o C for 4 hours, the infiltration was carried out by applying briquettes of tin bronze to the compacts.

Испытания алмазного инструмента, изготовленного по способу-прототипу, показали более высокий расход алмазов по сравнению с заявляемым способом (см. таблицу). Tests of diamond tools manufactured by the prototype method showed a higher diamond consumption compared to the claimed method (see table).

Таким образом, предлагаемая технология позволяет повысить механические и эксплуатационные свойства и принципиально отличается от известных методов производства алмазного инструмента. Thus, the proposed technology can improve the mechanical and operational properties and is fundamentally different from the known methods for the production of diamond tools.

Claims (4)

1. Способ изготовления алмазного инструмента, включающий приготовление шихты, грануляцию и спекание, совмещенное с инфильтрацией, отличающийся тем, что перед грануляцией дополнительно вводят операции механического легирования шихты фосфором и отжига, затем отожженную шихту смешивают с никелем, карбидом титана и алмазными зернами, а после грануляции осуществляют прессование. 1. A method of manufacturing a diamond tool, including the preparation of the mixture, granulation and sintering, combined with infiltration, characterized in that before granulation, additionally enter the operation of mechanical alloying the mixture with phosphorus and annealing, then the annealed mixture is mixed with nickel, titanium carbide and diamond grains, and after granulation is carried out by pressing. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что шихту отжигают при 700^oC.2. The method according to claim 1, characterized in that the mixture is annealed at 700 ^o C. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что спекание осуществляют при 850^oC, а в качестве инфильтрата используют оловянистую бронзу.3. The method according to claim 1, characterized in that the sintering is carried out at 850 ^o C, and tin bronze is used as an infiltrate. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что прессование осуществляют при давлении, не превышающем 400 МПа. 4. The method according to claim 1, characterized in that the pressing is carried out at a pressure not exceeding 400 MPa.

Images