Металлическая связка

 

МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ СВЯЗКА для инструментов из алмазов и других сверхтвердых материалов, преимущественно для обработки титановых сплавов , включающая медь, олово, свинец, магний и титан, отличающ а я с я тем, что, с целью повышения эксплуатационных свойств инструмента , в состав металлической связки дополнительно введен металл из группы редкоземельных металлов или их смесь, алюминий, никель и железо , а компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%: Олово15,0-20,0 Свинец0,5-8,0 Магний1,0-5,0 Титан0,5-5,0 Металл из группы редкоземельных металлов 0,1-2,0 или их смесь 0,05-0,50 Алюминий (Л Никель 0,05-0,80 0,01-0,10 Железо Медь Остальное

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

PNNIlNC

РЕСПУБЛИК

0% 01) 3ДР В 24 D 3 06,I

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ;, ГОСУДАРСТВЕННЬЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н CBTOPCNOMV CBNBBTBBBCTB Y (21) 2704152/25-08 (22) 29.12.78 (46) 23.12.83. Бюл. Р 47 (72) И.В. Есаулов, В.A. Гладков, О.Б. Белявская, Ю.К. Кузьмина, .JI.Â. Вейлина, Г.A. Мкртчан, Я.N. Ко-. тур, Д.Ш. Гликман и Н.П. Пряхин (71) Всесоюзный научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт. природных алмазов и инструмента (53) 621.922.079(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ю 228553, кл. B 24 D 3/06, 1967. (54)(57) МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ СВЯЗКА для инструментов из алмазов и других сверхтвердых материалов, преимущественно для обработки титановых сплавов, включающая медь, олово, свинец, магний и титан, отличающаяся тем, что, с целью повышения эксплуатационных свойств инструмента, в состав металлической связки дополнительно введен металл из группы редкоземельных металлов или их смесь, алюминий, никель и железо, а компоненты взяты в следующем соотноиении, мас.ъ:

Олово 15, 0- 20, 0

Свинец 0,5-8,0

Магний 1,0-5,0

Титан 0,5-5,0

Металл из группы редкоземельных металлов или их смесь

Алюминий

Никель

Железо

Медь

1021093

Изобретение относится к области изготовления абразивных инструментов из алмазов и других сверхтвердых материалов, в частности к составам металлических связок, преимущественно для шлифования фасонных иэделий из титановых и других адгезионно-активных сплавов и может быть использовано на специализированных заводах для изготовления инструмента.

Известна металлическая связка для алмазного инструмента, включающая медь, олово, свинец, титан и магний при следующем соотношении компонентов, мас.Ъ:

Олово 18,0-21,.0, Свинец 9,0-11,0

Титан 0,4-1,0

Магний 0,2-0,5

Медь Ос таль ное (1).

При изготовлении инструмента зта связка не обеспечивает прочное закрепление алмазов, не устраняет явление "сватывания" связки с титановыми сплавами в процессе обработки.

Как следствие, инструмент на этой связке при обработке титановых сплавов выкрашивается, значительно увеличивается расход алмазов, снижается способность инструмента.

Цель изобретения - повышение эксплуатационных свойств инструмента за счет прочного закрепления алмазов, увеличения стойкости и режущей способности с одновременным сведе нием до минимума явления "схватывания" связки с титановыми сплавами в процессе обработки.

Для этого в известный состав металлической связки дополнительно вводят редкоземельный металл (церий, лантан, неодим и др.) или их смесь, а также алюминий,. никель, железо, при этом компоненты берут в следующем соотношении, мас.Ъ:

Олово 15,0-20,0

Свинец 0,5-8,0

Магний 1,0-5,0

Титан 0,5-5,0

Металл из группы редкоземельных металлов (церий, лантан, неодим и другие) или их смесь 0,1-2,0

Алюминий 0,05-0,80

Никель 0,05-0,80

Железо 0,01-0,1

Медь Остальное

Пределы содержания компонентов выбраны иэ следующих соображений.

Олово вводят в состав связки от 15,0 до 20,0 мас.Ъ, что определяет прочностные свойства связки, ее связки титан вводят в виде гидрида титана. Гидрид титана разлагается в процессе нагрева шихты выше 400 С

Ф с выделением водорода и атомариого, т.е. активного, несвязанного титана, Этим достигается эффект наилучшего использования межфазноактивного элемента для образования переходных слоев на границе алмаз — металлическая связка. Добавки титана гидрида титана) менее 0,5 мас.Ъ не оказывают заметного действия. Содержание более 5,0 мас.Ъ приводит к выделению значительных объемов водорода

65 твердость, хрупкость, антифрикционные свойства. Содержание олова ниже 15,0 нецелесообразно в связи с резким падением твердости, прочности связки, повышения схватывания ее с обрабатываемым материалом.

Содержание олова выше 20,0 мас.Ъ приводит к значительному охрупчиванию связки, появлению трещин, сколов режущего слоя, т.е. значитель10 ному росту износа и расхода алмаза.

Свинец выполняет роль твердой смазки, снижающей коэффициент трения, склонность к схватыванию с обрабатываемым материалом. Однако добавки свинца снижают прочностные свойства, увеличивают пластичность. Увеличение содержания свинца выше 8,0 мас.Ъ нежелательно также с технологической точки зрения, так как происходит ликвация свинца в процессе нагрева и формования инструмента, что приводит к неоднородности его содержания и свойств режущего слоя инструмента. Содержание свинца ниже

0 5 мас.Ъ нецелесообразно в связи с тем, что уже незаметно действие на антифрикционные свойства и противозадирность связки.

Магний вводят в состав в количестве от 1,0 до 5,0 мас.В. Магний

30 образует с медью мелкодисперсные интерметаллиды типа Cu>Mg и значительно снижает деформируемость основы сплава, склонность ее к схватыванию с титановыми и другими спла35 вами. Повышение содержания магния выше 5,0 мас.% значительно охрупчивает сплав, снижает его прочность.

Ниже 1,0 мас.Ъ не наблюдается устойчивого действия на снижение схватывания связки с титановым сплавом.

Титан в связке является межфаэноактивным элементом, способствующим образованию переходных слоев на границе алмазное зерНо — металлическая связка. Однако заметное. действие титана проявляется лишь при температурах выше 850 С. Кроме того, титан в меднооловянной основе связкн образует интерметаллиды, т.е. находится в связанном виде и его активность проявляется только после рас.-.. плавления связки. Поэтому в состав

1021093 и повышению пористости связки, что снижает ее прочность и износостойкость, Металлы редкоземельной группы церий, лантан, празеодим, неодим н дРугие) являются нанбслее сильными межфазноактивными элементами. Эти металлы вводят для обеспечения более прочного закрепления зерен алмаза или других СТМ в металлической связ ке за счет образования переходных, 10 слоев. Кроме того, добавки редкоземельных металлов полезны с точки зрения стабилизации, защиты от коагуляции включений свинца, распределяемых в основе связки. Свинец образует с РЗМ на поверхности тонкие пленки тугоплавких интерметаллидов типа С1РЬ, C1Pb . Нижняя граница содержания РЗМ вЂ” 0,1 мас.Ъ.соответствует границе, ниже которой не проявляется действие этих металлов на прочность удержания алмазов и CTM..

Верхняя граница — 2,0 глас.Ъ определена из технологических условий, так как при этом необходимы специальные меры защиты шихты от окисления.

Кроме того, при высоком содержании

РЗМ в связке снижается коррозионная стойкость связки. Выбор металла из группы РЗМ определяется в первую очередь экономическими соображениями и дефицитностью этих металлов.

Наиболее экономичен сплав церия, лантана, неодима, празеодима и других РЗМ с приглесью железа или магния — мишметалл (ТУ48-4-280-73) . 35

Разные марки миихлеталла содержат

40,0-70,0 мас.Ъ церия, до 20,0 мас. З неодима, до 5 мас.Ъ празеодима.

Небольшое количество алюминия—

0,05-0,50 вводят в связку главным @» образом в составе порошка лигатуры, содержащей РЗМ для защиты легкоокисляемых порошков. Меньшее содержание

РЗМ требует и меньшего количества алюминия, использование добавок РЗМ по верхнему предельному содержанию требует добавок алюминия до

0,5 мас.Ъ. Увеличение содержания алюминия нежелательно, так как образуется большое количество тугоплавких окислов и интерметаллидов, в которых оказываются связанными РЗМ.

Никель вводится в связку также с порошком лигатуры, содержащей

РЗМ. Никель связывает РЗМ в легкоплавкие, нестойкие при повышенных температурах интерметаллиды. При низких температурах РЗМ находится в связанном состоянии в интерметаллидах никеля, олова, меди и тем самым защищаются от окисления и других 60 химических реакций с окружающей средой. В процессе нагрева шихты, при температурах 450-á50ОС происходит расплавление и разложение этих интерметаллидов и РЗМ переходит в жидкую фазу, что способствует наиболее эффективному использованию этих активных элементов для образования переходных слоев на границе алмаза иии

СПМ со связкой. Никель также полеаэгтельно влияет на прочностные свойства связки, способствует измельчанию зерна.

Железо является сопутствующим элементом — примесью к РЗМ. Железо вводят в состав связи с порошками лигатуры. Содержание железа ограничено содержанием 0,10 мас.%, так как же-. лезо придает пирофорность порошкам лигатуры, содержащей РЗМ.

Выбор меди в качестве основы металлической связки обеспечивает со». отношение эксплуатационных и технологических свойств, хотя в состав связки входят легкоокисляющиеся металлы, нагрев шихты и формование инструмента производится без специальных мер защиты (вакуум, защитная атмосфера и т.д.) . .Формование инструмента осуществляют при сравнительно невысокой температуре 700-750 С в о пресс-формах из конструкционных штамповых сталей, а не дефицитных жаропрочных сплавов.

Механические свойства состава связки без наполнителя <лало отличаются от прототипа. Однако за счет луч шегo закрепления зерна композиции с алмазом разупрочняются в гораздо меньшей степени, чем у известного состава. Так при содержании алмаза

АСВ 250/200 50 об.Ъ в известном составе прочность уменьшается в

2,15 раза, а в предлагаемом — в

1,4 раза. Это влияет и на эксплуатационные свойства инструмента. Так при шлифовании в одинаковых условиях фасонных деталей из титанового сплава ВТ9 удельный износ алмазного круга на известной связке иглеет значения 1,9-4,2 об.Ъ, а на предлагаемой при тех же характеристиках всего 0,65-1,24 об.Ъ, т.е. в 3 раза меньше. Алмазные круги на новой связке в одинаковых условиях допускают работу на режимах, обеспечивающих повышение производительности шлифования титановых сплавов в 1,52,0 раза по сравнению с авалогичным кругом на основе известной связки. !

Примеры составов, использованных для изготовления алмазных кругов, приведены в таблице.

Изготовление алмазных инструментов осуществляют методом порошковой металлургии. Алмазосодержащую смесь загружают в прессформу, производят брикетирование, смеси. Затем смесь вместе с пресс-формой нагревают до температуры горячего прессования

700-750 С и при этой теглпературе производят окончательное формование

1021093

Примечание

СосОлово

1 0 2 5 ..0 1 .0 05 0 05 0 01 69 29 В качестве

РМЗ-церий

1 20,0 . 8,0

2 18,0 4,0

3 18,0 0 5

0,05 73,75

2,0 2,0 0,5 0,1 0,.1

2,0 2,5 0 5 0 1 0,1.0,05 76,75

В качестве

РМЗ-смесь, мас.%:

Церий 75

Лантан 18

Неодим 5 одим 2

Празе

0,10 75,60 То же

4 15,0 0,5 5,0 0,5 2,0 0,5 0,8

5 15,0 4,0 3,0 5,0 1,0 0,2 0,4

0,05 71,35 итан введен в виде гидрида титана.

Составитель В.Каражас

Редактор Е.Зубиетова ТехредЛ.Микеш Корректор A,Äýÿòêî

Тираж 795 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 10654/7 филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

5- б алмаэосодержащего слоя в прессформе. вишенную стойкость по сравнению с

Изготовлены опытные шлифовальнЫе кру- аналогичными кругами на известной ги с использованием природных и син- связке. Так в сравнительных условиях тетических алмазов ACB 160 / 125- при одинаковых режимах круг на иэАСВ315 250, АСК160 125-315/250, а вестной связке обрабатывают До цолкак>ке зерен дробленых сверхтвердых э ного износа режущего слой от 70 материалов." ACpK u ACB. до 137 деталей, а на новой связке .Проведены лабораторные и произ-, от 211 до 400 деталей. водствениые испытания опытных кругов при строчечном шлифовании фасонных Экономический эффект от применеиэделий из титановых сплавов ВТ8, 10 ния новой металлической связки эа

ВТ9 на модернизированном копироваль- счет более высокой производительном станке ЛШ1А. Режимы шлифования: ности и стойкости составляет 1,0окружная скорость круга - 25-30 м/с, 1 5 руб. в пересчете на 1 карат исугловая .подача на строчку — 24-30," польэованных алмазов или 750продольная подача - 10-12 м/мин 5 950 руб . в пересчете на 1 кг металглубина резания — 0,1-0,4 мм. В рабо лической связки. Ожидаемый экономите использованы COI †электролиты ческий эффект от изготовления и при состава, Ъ: KNOq — 15, Na 003 — 3, менения алмазного инструмента при

NaqPO4 — 3, NsNO д - 0,5. В реэульта- освоении серийного выпуска этого те испытаний установлено, что алмаз- инструмента составляет 2,0-,,. ные круги по изобретению имеют по- 3,0 млн.руб. в год.