RU2296727C2 - Способ получения композиционных материалов на основе сверхтвердых частиц для изготовления режущих элементов - Google Patents
Способ получения композиционных материалов на основе сверхтвердых частиц для изготовления режущих элементов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2296727C2 RU2296727C2 RU2005119395/03A RU2005119395A RU2296727C2 RU 2296727 C2 RU2296727 C2 RU 2296727C2 RU 2005119395/03 A RU2005119395/03 A RU 2005119395/03A RU 2005119395 A RU2005119395 A RU 2005119395A RU 2296727 C2 RU2296727 C2 RU 2296727C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- diamond
- grains
- size
- ultra
- sizes
- Prior art date
Links
Landscapes
- Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области инструментального производства, в частности к получению композиционных материалов для режущих элементов на основе сверхтвердых частиц с объемным их содержанием в материале 75÷92%. Для получения композиционных материалов готовят шихту, включающую связку и сверхтвердые частицы, по меньшей мере, двух размеров, из которых в качестве сверхтвердых частиц одного из размеров берут алмаз, а в качестве сверхтвердых частиц другого размера берут кубический нитрид бора размером 8÷40 мкм, при этом алмаз берут размером, равным (5,1-8) размерам кубического нитрида бора. Шихту подвергают горячему прессованию при температуре плавления связки. Кроме того, в шихту дополнительно вводят алмаз размером, равным (4-6) размерам зерен основных алмазов, при этом основные алмазы берут размером 81-320 мкм. Способ позволяет получить композиционный материал с широкими эксплуатационными характеристиками. 1 з.п. ф-лы.
Description
Изобретение относится к области инструментального производства, в частности к получению композиционных материалов на основе сверхтвердых частиц с объемным их содержанием в материале 75÷92%. Из композиционных материалов изготавливаются режущие элементы для таких инструментов, как инструмент для правки абразивных кругов, инструмент для бурения, для точения и др.
Известен способ получения композиционных материалов для изготовления режущих элементов, при котором в качестве режущих зерен берут зерна алмаза двух размеров: алмазные зерна размером 0,1÷2 мкм и размером - менее 0,1 мкм (патент США №4828611, кл. С22С 29/06, 1987 г.). Известен способ получения материала из поликристаллических алмазов и/или кубического нитрида бора (КНБ), при котором берут зерна алмаза и/или зерна КНБ, размером от субмикропорошков до 60 мкм, например, в виде смеси зерен трех размеров: 60÷80% крупных зерен, 5÷10% средних и 10÷35% мелких (патент США №4220455, кл.51-295, 1978 г.). Известен способ получения алмазного спеченного материала для изготовления режущих инструментов, в котором алмазные зерна берут двух размеров - больше 1 мкм и меньше 1 мкм (заявка Японии №3-33674, кл. С04В 35/52, 1983 г.). В заявке ЕПВ №0174546, кл. В01J 3/06, 1985 г. спеченный материал для режущих элементов содержит смесь алмазных зерен: зерна размером 3 мкм и зерна размером меньше 1 мкм. В заявке Японии №56-22676, кл. С04В 35/58, 1979 г. предложен композиционный материал на основе алмаза и КНБ со средним размером зерен менее 4 мкм. Все вышеописанные материалы содержат 40÷95 об.% мелких алмазных зерен и/или зерен КНБ, при этом зерна алмаза и кубического нитрида бора берут одного размера. Такой материал изготавливается в камерах высокого давления при давлениях и температурах, соответствующих области стабильности алмаза. В этих условиях мелкие алмазные зерна не подвергаются графитизации, сохраняя объемную концентрацию в готовом материале. Однако использование камер высокого давления существенно сокращает диапазон размеров изготавливаемых в них режущих элементов и значительно их удорожает.
В качестве прототипа взят патент США №5096465, кл.51-295, 1989 г., касающийся изготовления алмазно-металлического композиционного материала на основе зерен алмаза размером 25÷2000 мкм, при этом зерна алмаза берут в виде смеси зерен, по меньшей мере, двух размеров при соотношении 1:(6÷9). Для получения материала в пресс-форму помещают шихту, состоящую из послойно уложенных зерен алмаза и связующего материала, и подвергают шихту горячему прессованию при давлении 70-14000 кг/см2 и температуре 650-1300°С для обеспечения протекания связующего материала в поры между зернами алмаза. Предварительно, до укладки в пресс-форму на зерна алмаза наносят покрытие из сплава, имеющего температуру плавления выше 1300°С и способного смачиваться связующим сплавом. В результате получают материал с объемным содержанием зерен алмаза 40÷75%.
Недостаток композиционного режущего материала и способа его изготовления заключается в следующем.
Для получения композиционного материала методом горячего прессования, обеспечивающего протекание расплавленного связующего материала в промежутки между зернами алмаза, на последние наносится покрытие из сплава, имеющего температуру плавления выше 1300°С и способного смачиваться связующим сплавом. Нанесение покрытия на зерна алмаза увеличивает трудоемкость технологического процесса. Металлизация значительно усложняет оптимизацию технологических режимов пропитки и взаимодействия материалов на границах: алмаз - покрытие, покрытие - пропитывающий расплав, выбор оптимальных пар металлов, сплавов покрытия - пропитывающий материал, что ограничивает возможность получения материалов с различными режущими и износостойкими свойствами. Также покрытие на алмазных зернах не позволяет получать композиционный материал с максимальной для выбранных зернистостей концентрацией алмазов, а следовательно, такие материалы менее износостойки. Кроме того, при горячем прессовании зерна алмаза размером 35-40 мкм без применения каких-либо дополнительных условий, например, создания вакуума или защитной атмосферы, подвергаются интенсивной графитизации в результате чего объемная концентрация алмаза в готовом материале снижается, а наличие графита в конечной структуре материала приводит к уменьшению его прочности и износостойкости. Нанесенный слой материала покрытия на алмазные зерна, хотя способствует процессу пропитки, но каталитический ускоряет процесс графитизации и, кроме того, способствует протеканию процессов карбидообразования, что также связано с потерями алмазного вещества.
Целью изобретения является упрощение способа получения композиционного материала для изготовления режущих элементов с объемным содержанием сверхтвердых материалов 75÷92%, а также получение композиционного материал с широкими эксплуатационными характеристиками, позволяющими расширить область его использования.
Цель достигается тем, что в способе получения композиционных материалов на основе сверхтвердых частиц для изготовления режущих элементов, при котором готовят шихту, включающую связку и сверхтвердые частицы, по меньшей мере, двух размеров, из которых в качестве сверхтвердых частиц одного из размеров берут алмаз, и подвергают шихту горячему прессованию при температуре плавления связки, в качестве сверхтвердых частиц другого размера берут кубический нитрид бора размером 8÷40 мкм, при этом алмаз берут размером, равным (5,1-8) размерам кубического нитрида бора.
Кроме того, в шихту дополнительно вводят алмаз размером, равным (4-6) размерам зерен основных алмазов, при этом основные алмазы берут размером 81-320 мкм.
Сущность изобретения заключается в том, что в шихте зерна алмаза размером ниже 40 мкм заменяют зернами КНБ, которые имеют более высокую, чем алмаз термостойкость, в тоже время по режущим свойствам существенно не отличаются от алмаза, а с учетом их высокой термостойкости, в некоторых случаях превосходят алмаз, например при точении сталей, чугунов и др. материалов. Гарантия отсутствия в этом случае заграфитизированных зерен алмаза (размером ниже 40 мкм) в объеме композиционного материала, приводит к значительному повышению его прочности (особенно на удар) и износостойкости. Для получения объемного содержания сверхтвердых частиц в диапазоне 75÷92% предлагается брать их в виде смеси зерен двух или трех размеров. В композиции, содержащей зерна КНБ (8-40 мкм) и алмаза (44-320 мкм) общее содержание сверхтвердых частиц составляет 75-82% об. Максимальное содержание сверхтвердых частиц получается в материале, который содержит зерна КНБ (8-40 мкм), зерна основного алмаза (81-320 мкм) и зерна дополнительного алмаза, размером свыше 320 мкм. При выбранном соотношении размеров (зернистостей) сверхтвердых частиц более крупные частицы при их укладке создают прочный скелет, в котором частицы практически контактируют друг с другом, а более мелкие частицы заполняют пространство между крупными частицами, обеспечивая их высокое объемное содержание, а следовательно, максимальную прочность и износостойкость композиционного материала. Отклонения от указанных размеров сверхтвердых частиц и от указанных соотношений их размеров приведет к ошибкам в укладке и снижению содержания сверхтвердых частиц в объеме и ухудшению физико-механических и режущих свойств композиционного материала. При этом при любом выборе размеров зерен, в качестве зерен, размер которых ниже 40 мкм следует брать зерна КНБ.
В качестве связки используют металлы и сплавы, имеющие на алмазе, КНБ угол смачивания не более 40°, например, бронзы, латуни с содержанием никеля, циркония, кремния более 4÷5 мас.% или кобальта, никеля и их сплавов.
Способ осуществляется следующим образом.
Готовят шихту для получения композиционного материала на основе сверхтвердых частиц для изготовления режущих элементов. Для этого в пресс-форму помещают зерна алмаза и кубического нитрида бора, уплотняют их любым известным способом, предпочтительно - шликерное литье или виброукладка. Количество сверхтвердых частиц рассчитывают таким образом, чтобы более крупные зерна при укладке и последующем прессовании практически, входя в контакт друг с другом, образовывали каркас, а более мелкие зерна заполняли свободное пространство между более крупными зернами. В результате более крупные зерна алмаза располагаются в один или несколько слоев, а более мелкие зерна кубического нитрида бора располагаются в промежутках между зернами алмаза. Сверху на уложенные сверхтвердые частицы помещают связку - пропиточный материал, после чего шихту подвергают горячему прессованию при давлении 350-500 кгс/см2 и при температуре плавления связки.
При изготовлении композиционного материала, содержащего сверхтвердые частицы трех размеров, дополнительные алмазные зерна, как наиболее крупные образуют каркас, основные алмазные зерна занимают пустоты между дополнительными алмазными зернами, а мелкие зерна КНБ заполняют пустоты между основными и дополнительными алмазными зернами.
Использование для получения композиционного материала обычных прессов горячего прессования позволяет изготавливать режущие элементы с широким диапазоном размеров. Полученные режущие элементы - заготовки закрепляют на корпусе инструмента, например пайкой, либо заготовки разрезают на более мелкие режущие элементы и также закрепляют их на корпусе инструмента.
Таким образом, способ получения композиционных материалов, из смеси зерен алмаза и КНБ позволяет изготавливать композиционный материал:
- с максимальным объемным содержанием сверхтвердых частиц (75-92 об.%);
- без предварительной металлизации алмазов, что позволяет снизить трудоемкость процесса;
- с гарантированным отсутствием заграфитизированных сверхтвердых частиц в структуре готового материала;
- с минимальными технологическими потерями сверхтвердых частиц - алмаза - из-за графитизации, карбидообразования.
Claims (2)
1. Способ получения композиционных материалов на основе сверхтвердых частиц для изготовления режущих элементов, при котором готовят шихту, включающую связку и сверхтвердые частицы, по меньшей мере, двух размеров, из которых в качестве сверхтвердых частиц одного из размеров берут алмаз, и подвергают шихту горячему прессованию при температуре плавления связки, отличающийся тем, что в качестве сверхтвердых частиц другого размера берут кубический нитрид бора размером 8÷40 мкм, при этом алмаз берут размером, равным 5,1-8 размерам кубического нитрида бора.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в шихту дополнительно вводят алмаз размером, равным 4-6 размерам зерен основных алмазов, при этом основные алмазы берут размером 81-320 мкм.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005119395/03A RU2296727C2 (ru) | 2005-06-22 | 2005-06-22 | Способ получения композиционных материалов на основе сверхтвердых частиц для изготовления режущих элементов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005119395/03A RU2296727C2 (ru) | 2005-06-22 | 2005-06-22 | Способ получения композиционных материалов на основе сверхтвердых частиц для изготовления режущих элементов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2296727C2 true RU2296727C2 (ru) | 2007-04-10 |
Family
ID=38000505
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005119395/03A RU2296727C2 (ru) | 2005-06-22 | 2005-06-22 | Способ получения композиционных материалов на основе сверхтвердых частиц для изготовления режущих элементов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2296727C2 (ru) |
-
2005
- 2005-06-22 RU RU2005119395/03A patent/RU2296727C2/ru not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7585342B2 (en) | Polycrystalline superabrasive composite tools and methods of forming the same | |
US3871840A (en) | Abrasive particles encapsulated with a metal envelope of allotriomorphic dentrites | |
CN105229255B (zh) | 超硬结构体及其制造方法 | |
EP0946332B1 (en) | Abrasive tool | |
JP5567566B2 (ja) | 研磨部品を担体に接合するための連続金属相を有する研磨工具 | |
JP2006501068A (ja) | 焼結支持多結晶ダイヤモンド成形体の製造方法 | |
JPH02160429A (ja) | 超研削材切削要素及びその製造方法 | |
CN1014306B (zh) | 低压粘结金刚石聚晶体及其制造方法 | |
JP2004505786A (ja) | ダイヤモンド含有研磨用製品の製法 | |
JP5826324B2 (ja) | 溶浸した研磨セグメントを組込んだ研磨物品 | |
EP2633094B1 (en) | Method of manufacturing a cutting element | |
JPH11165261A (ja) | 多孔質砥粒砥石とその製造方法 | |
AU2006277665A1 (en) | Polycrystalline diamond abrasive element and method of its production | |
JP5456948B2 (ja) | 多結晶質立方晶窒化硼素の切削工具インサートの製造方法 | |
JPS61201751A (ja) | 高硬度焼結体およびその製造方法 | |
JPH0530897B2 (ru) | ||
US20050226691A1 (en) | Sintered body with high hardness for cutting cast iron and the method for producing same | |
CN111266573B (zh) | 一种聚晶立方氮化硼复合片的制备方法 | |
RU2296727C2 (ru) | Способ получения композиционных материалов на основе сверхтвердых частиц для изготовления режущих элементов | |
JP6528516B2 (ja) | ダイヤモンド−金属炭化物複合焼結体の製造方法 | |
AU2020308028B2 (en) | Abrasive article and method of forming | |
JP2020504684A (ja) | 研磨物品を形成するプロセス | |
JPS6311414B2 (ru) | ||
JPS6319585B2 (ru) | ||
KR102439209B1 (ko) | 철-함유 결합제를 갖는 다결정질 다이아몬드 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080623 |