Металлическая связка для абразивного инструмента

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„10 796 А

В 24 D 3/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ л

20-30

0,1-2,0

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР.

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 3,571548/25-08 (22) 04.04.83 (46) 15.04.84. Вюл. 9 14 (72) М.С.Друй, Л.А.Никишкина, Н.Н.ХолодоК, П.Н.Курочкин,Ю.А.Оношко. и А.И.Осецкий (71) Всесоюзный научно-исследова тельский институт абразивов и шлифования и Всесоюзный научно-исследовательский институт методики и техники разведки (53) 621.922.079(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 602586, кл. В 24 D 3/06, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 563279, кл. В 24. D 3/06, 1974 (прототип). (54)(57) МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ СВЯЗКА ДЛЯ

АВРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА, содержащая карбид хрома, медь, марганец, фос1 фор,металл из группы железо, кобальт,: никель и металл из группы цинк, олово, свинец, алюминий, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышения стойкости инструмента путем снижения температуры спекания и повышения прочности связки, она дополнительно содержит церий и металл из группы магний, кальций при следующем соотношении компонентов, мас.Ъ:

Карбид хрома 1-40

Марганец 25-30

Фосфор 0,1-2,0

Металл из группы железо, кобальт, никель 1-10

Металл из группы цинк,.олово,. свинец, алюминий

Церий

Металл из группы магний, кальций 0,1-2,0

Медь Остальное

1085796

1-40,0

25,0-30,0

0 1-2,0

Металлы подгруппы железа повышают механические свойства связки и способствуют смачиванию связкой карбида хрома. При наличии их менее 1В их влияние не сказывается; при соИзобретение относится к изготовлению инструмента иэ синтетических высокотвердых материалов с пониженной термостойкостью, в частности к связкам для инструмента из синтетических монокристаллических алмазов типа CAN в том числе для инструмента для бурения скважин.

Известна связка для абразивного инструмента, содержащая карбид титана, хром, никель, молибден, железо, 10 .медь, кремний, углерод (1), На указанной связке изготавливается инструмент иэ природных алмазов и других материалов с относительно высокой термостойкостью (типа 15

СВСП и т.д.), но для материалов с более низкой термостойкостью (< 900 C) она не пригодна.

Известна связка, .содержащая, мас.Ъ: карбид хрома 5-90; металл подгруппы железа 2-30; медь 3-10; металл из группы .цинк, олово, алюминий, кадмий, свинец 2-30; марганец 1-25; кремний 0,5-5,0, фосфор

О, 05-1, 0 Г2 ).

Эта связка допускает термообработку при температуре до 800 С, что позволяет применить ее для инструмента из таких материалов, как зльбор-РН, зерно ЛД и т.д., однако для материалов типа САМ, теряющих до половины прочности при нагреве свыше 800 С зта связка непригодна из-эа низкой стойкости инструмента.

Это обусловлено следующими ее недостатками:

35 высокой температуры плавления металлической части связки (сплава ее металлических компонентов), превышающей 800оС; недостаточной адгезией связки к 40 сверхтвердому материалу при низкой температуре термообработки; недостаточной прочностью инструмента, изготавливаемого на тех составах связки, которые допускают ниэ- 45 кую термообработку. . Целью изобретения является повышение стойкости инструмента путем увеличения прочности связки, снижения температуры изготовления инструмента.50

Поставленная цель достигается тем, что в связку, содержащую карбид хрома, металл из группы железа (кобальт, никель, железо), медь, марганец, фосфор, металл из группы цинк, олово, свинец, алюминий, вводят церий и металл иэ группы магний, кальций при следующем содержании компонентов в связке, мас.Ъ:

Карбид хрома

Марганец 60

Фосфор

Металл иэ группы железо, кобальт, никель 1,0-10,0

Металл иэ группы 65 цинк, олово, свинец, алюминий 20,0-30,0

Церий 0,1-2,0

Металл иэ группы магний, кальций 0,1-2,0

Медь Остальное

От связки-прототипа предлагаемая связка отличается увеличением содержания марганца и введением магния (кальция ) совместно с церием, что способствует увеличению механической прочности связки (прочности на изгиб, ударной вязкости), снижению температуры плавления металлической части связки и улучшению смачивания алмаза.

Положительный эффект от введения новых компонентов достигается только при их совместном присутствии в связке. Так, магний (кальций), являющийся активным карбидообразователем и поэтому способствующий смачиванию расплавом алмаза, а также снижающий температуру плавления сплава предлагаемого состава, беэ наличия в сплаве церия не выполняет своей роли и резко охрупчивает сплав из-за легкого окисления при нагреве. Церий вызывает более тонкую кристаллизацию частиц металлической части сплава, тем самым повышая его прочность, и является активным раскислителем, предохраняя такие легкоокисляющиеся металлы, как магний, от окисления.

Но в сплаве на основе меди с большим содержанием марганца, цинка и т.д. церий растворяется плохо (при некоторых составах возможно даже разделение расплава на несмешивающиеся части ), тогда как щелочноземельные металлы повышают растворимость в сплаве церия и тем самым гомогенизируют расплав.

Пределы введения компонентов связки обусловлены следующим.

Карбид хрома создает, в основном, твердость и износостойкость связки.

Количество его во многом зависит от метода изготовления инструмента.

Так, при изготовлении инструмента пропиткой расплавом из тугоплавких порошков, в частности того же карбида хрома, или центробежным литьем, его содержание может достигать 40% без повышения температуры изготовления инструмента, определяемой планлением расплава; при изготовлении горячим прессованием его содержание сокращается, так как. в противном случае температура изготовления превышает критическую (800 С). Содержание карбида хрома менее 1Ъ не влияет на свойства связки.

1085796

Средняя стойкость (проходка) на коронку, м

Тип коронки

4,4

Пример 1

Пример 2

5,6

4,8

Пример 3

Связка-прототип

3,4

Коронка на связке

М50

2,7 держании этих металлов более 10Ъ связка черезмерно тугоплавка.

Марганец снижает температуру изготовления инструмента и способствует смачиванию алмаза. Его содержание в пределах 25-30Ъ в сплаве с медью, железом, и .д. дает возможность иметь связк с температурой термообработки менее 800ОС, иначе связка становится тугоплавкой.

Легкоплавкие металлы из группы . 10 цинк, олово, свинец, алюминий вводятся в пределах 20-30Ъ, так как r.pu меньшем содержании связка тугоплавка, большем — охрупчивается. Целесо-; образность введения того или иного )5 иэ этих металлов в значительной мере определяется способом изготовления инструмента. Так, при горячем прессовании при короткой выдержке целесообразен менее дефицитный и де- 0 шевый Цинк; при более продолжительной пропитке — олово, так как цинк при этом "летит" из-за высокой упругости его паров.

Фосфор; металл из группы магний, кальций; церий очень активно влияют на свойства сплава и поэтому интервалы их варьирования невелики. При содержании их менее 0,1Ъ свойства связки практически не меняются; при введении фосфора или магния (кальция) более УЪ связка охрупчивается; введение церия более 2Ъ нецелесообразно изэа его дефицитности. Фосфор снижает точку плавления связи и повышает ее твердость. 35

Металл из группы магний, кальций . улучшает смачиваемость алмаза, снижает температуру плавления сплава и повышает растворимость церия. Изучение краевого угла смачивания алма- 40 за расплавом, содержащим медь, мар- . ганец, никель, олово, фосфор и 1Ъ церия при введении 0,1-2,0Ъ магния, показывает, что угол уменьшается от

110 до 80 о. 45

Церий ведет к резкому изменению зернистости металлической части связки, улучшая ее прочность; он является также раскислителем, позволяющим ввести магний (кальций). 50

Прочность на изгиб предлагаемого сплава с 40Ъ карбида хрома и 1Ъ маг-, ния при повышении содержания церия от 0 до 2,0 увеличивается от 50 до 65 кгс/мм2.

Медь — основной компонент связки, определяющий ее свойства. Ее содержание зависит от наличия других компонентов.

Примеры применения связки следую- 60 щие.

Пример 1. Буровые коронки диаметром 59 мм из алмаза CAN 630/500; изготавливают на связке состава, мас.Ъ: карбид хрома 1,0; железо 5,0; 65 никель 1,0; марганец 30,0; цинк 18,0; олово 2,0; свинец 5,0; фосфор 1,0; церий 0,1; магний 0,1, медь остальное. Изготовление ведется горячим прессованием в графитовой пресс-форме смеси порошков алмаза, карбида хрома и сплава при 720 С и выдержке

0,5 мин. Порошок сплава, содержащий остальные компоненты связки, изготавливается их сплавлением на установке ТВЧ и измельчением.

Пример 2. Буровые коронки диаметром 59 мм из алмаза САМ 630/500 ,изготавливают на связке состава, мас.Ъ: карбид хрома 15; 8,5; никель 1,5; марганец 27,5; цинк 30; фосфор 0,1; магний 0,75; кальций

0,25; церий 1,0; медь остальное.

Изготовление ведется аналогично примеру 1 при 780 С.

Пример 3. Буровые коронки диаметром 59 мм из алмаза CAN 630/500 изготавливают на связке состава., мас.Ъ: карбид хрома 40; 1,0; марганец 25; олово 10,0; алюминий

10,0; фосфор 2,0; магний 2,0; церий

2,0; медь остальное, Изготовление ведется методом центробежного литья в графитовой форме при 250 об/мин и 780ОС пропиткой каркаса из смеси порошков алмаза и карбида хрома расплавом остальных компонентов.

Изготавливают коронки диаметром

59 мм из алмаза CAN 630/500 на связке-прототипе состава, мас.Ъ: карбид хрома 15,0; железо 8,5; никель 1,5; марганец 24; цинк 30; кремний 0,5; фосфор 0,1; медь остальное. Изготовление ведется горячим прессованием при 830 С.

Коронки, изготовленные в соответствии с примерами 1-3 и на связкепрототипе, испытаны в сравнении с коронками иэ природного алмаза.,на промышленной связке N50. Коронки из алмаза CAN на связке М50 из-за высокой температуры их изготовления (1100 С) неработоспособны.

Результаты испытаний приведены в таблице..1085796

Составитель Н."àëàøîâà

Техред Л.Коцюбняк . Корректор А.Дзятко

Редактор С.Тимохина

Заказ 2136/14 Тираж 737 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4

Анализ результатов испытаний, проведенных в одинаковых условиях, показывает, что коронки на предла"aeMoA связке превосходят коронки на связке-прототипе и стандартные коронки в 1,3-2,0 раза. Это обьясняется тем, что в коронках на предлагаемой связке не нарушается структура и Физико-механические свойства алмаза САМ, Tîãäà как на связке-прототипе это имеет место. Кроме того, возрастают прочность связки и закрепление алмазс