Металлическая связка для алмазного инструмента

 

МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ СВЯЗКА ДЛЯ АЛМАЗНОГО ИНСТРУМЕНТА, содержап5ая кобальт, медь и олово, о т л и ч а ю щ а я с я тем,что, с целью расширения техологических возможностей путем снижения температуры спекания, . она дополнительно содержит хлористый кобальт и гидрид титана или циркония, при этом компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%: 58,8 - 86,5 Кобальт 8,8 - 32,0 Медь 1,2 - 8,0 Олово Гидрид титана 1,0-: 3,0 или циркония Хлористый 0,2 - 0,5 кобальт (Л с

СОКИ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУВЛИН (19! 0и

Рд11 В 24 D 3/Об

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ll0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

:В» (":1) 3529647/25-08 (22) 30.12.82 (46} 30.04.84. Бюл. Р 16 (72) A.Ï.Панкевич, Е.К.Субботин, А.Ф.Чертович, А.A.Гоов и В.О.Кирищян: (71) Всесоюзный научно-исследовательский конструкторско-технологический институт природных алмазов и инструмента (53) 621.922.079(088,8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР по заявке Ф 3390055/25-08, кл. В 24 D 3/06, 1982 (прототип). (54)(57) МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ СВЯЗКА ДЛЯ

АЛМАЗНОГО ИНСТРУМЕНТА, содержащая кобальт, медь и олово, о т л и ч а— ю щ а я с я тем,что, с целью расширения техологических возможностей путем снижения температуры спекания,, она дополнительно содержит хлористый кобальт и гидрид титана или циркония, при этом компоненты взяты в следующем соотношении, мас,K:

Кобальт 58,8 — 86,5

Медь 8,8 - 32,0

Олово 1,2 — 8,0

Гидрпд титана или циркония 1,0 †. 3,0

Хлористый кобальт O„2 — 0,5

1 1088

Изобретение относится к изготовлению алмазных инструментов, в частности к составам связок для изготовления алмазных отрезных кругов для резки гранитов и мраморов.

Известна металлическая связка . для алмазного инструмента, содержащая кобальт, медь и олово (1) .

Однако инструмент на известной металлической связке изготавливается горячим прессованиеи при температуре

1010-1030 С, а следовательно, рассчи1 тан на использование только природных алмазов.

Цель изобретения - расши" рение технологических возможностей .путем снижения температуры спекания.

Поставленная цель достигается тем, что металлическая связка для алмазно го инструмента, включающая кобальт, медь и олово, дополнительно содержит хлористый кобальт и гидрид титана или цирконня» при этом компоненты взяты в следующем соотношении, мас.Х!

Кобальт 58»8 — 86,5

Медь 8,8 — 32,0

Олово 1,2 — 8,0

Гидрид Ti илн 7.r 1,О - 3,0

СоС1 0,2 - 0,5

В том случае, когда отрезные круги предназначаются для обработки абразивных материалов, например мраморов и гранитов со значительным содержанием кварца, в состав предлагаемой связки целесообразно добавить 12,0-ISÎ мас.X. карбида хрома.

В предлагаемой связке кобальт, как основа, обеспечивает высокую прочность и ударную вязкость режу40 щих элементов инструмента.

Медь и олово, образуя легкоплавкую бронзу, позволяют снизить температуру горячего прессования до

750-770 С и получить при этом прако тически беспорнстые изделия, кроме

45 того, выдавливаясь при горячем првссовании к стенкам графитовой прессформы, экраннруют (защищают) ее от взаимодействия с прессуемым изделием (со связкой).

При содержании меди и олова менее 8,8 и 1,2 мас.X соответственно наблюдается остаточная пористость» снижение Физико-механических свойств связки и частичное взаимодействие при высоких температурах (более

900 С) прессуемого изделия с графи4I том пресс-формы.

919 l

Предлагаемая связка предйазначена для резки как гранитов, так и мраморов, рассчитана на применение природных и синтетических алмазов и изготавливается поэтому в широком интервале температур (750-1025 С).

При этом чеи ниже температура и,сдедовательно, выше объемная вязкость основы, тем большее количество меди и олова приходится добавлять в состав связки, чтобы обеспечить высокую плотность сегментов н защиту нх от взаииодействия с граФитом. Для самой низкой рекомендуемой температури изготовления сегментов (750 С) необходимо добавлять в связку 32Х Си и SX ЯпЕсли это количество увеличить» то наблюдаются избыточные вытеки.

Гидриды, введенные в состав связки, разлагаются при нагреве (и выдержке) и выделяют активный атомарный водород, которчй защищает алмазы (особенно /синтетические) от графитизации, восстанавливает бескислородную легкоплавкую соль кобальта, например СоС1 и окислы на поверхности порошков-и тредиентов» улучшая образование между ними металлических контактов и взаимную диффузию.

Оптимальное количество гидрнда ти. тана или циркония 1,0-3,0 мас.X. С уменьшением его содержания количество выделяемого водорода может оказаться недостаточным. Увеличение его содержания более 3,0 час.X также нецелесообразно, так как при этом наблюдается снижение прочности и ударной вязкости связки. !

Введение в состав связки бескислородной термически устойчивой легкоплавкой соли кобальта, например

СоС12, в количестве 0,2-0,5 мас.X обеспечивает резкое увеличение прочности удержания алмазов в связке и, как следствие, увеличение стойкости алмазного инструмента при силовом резании. Возрастание прочности удержания алмазов обусловлено образованием на их поверхности (на границе раздела алмаз-связка), тонкого химико-адсорбционного металлического слоя, сформированного из химически активных, имеющих избыточную энергию атомов кобальта, образующихся в проI цессе нагрева при восстановлении расплава бескислородной (легкоплавкой) 3 1088 соли, например СоС12, водородом гидрида.

Восстановление легкоплавкой соли, на фимер СоС1, в твердой фазе тормозится кинематическими трудностями, протекает вяло, и хлористый кобальт, плавясь прн нагреве при 724 С, расо текается по объему изделия, а при нагреве (спекании, горячем прессовании и т.п.) — и на поверхность раздела 1р алмаз-связка, где, восстанавливаясь, обеспечивает "металлизацию" поверхности алмазов активными атомами кобальта.

Использование в составе предлагаемой связки бескислородной легкоплавкой соли кобальта (а не другого металла, например никеля, или железа) обусловлено тем, что кобальт хорошо смачивает алмаз (краевой угол смачивания близок к Оо),, не вызывает его о графитнзации вплоть до 1050-1110 C и не образует карбидов (образование карбидов на границе раздела алмазсвязка снижает прочность их удержа- р ния).

Выбор бескислородной термически устойчивой соли обусловлен тем, что кислородсодержащие соединения при высоких температургх способны активировать графитиэацию алмазов.

Оптимальное количество добавки в связку бескислородной легкоплавкрй соли, например СоС12, составляет 0,2-0,5 мас., что обеспечивает образование на поверхностях порошков необходимого количества атомных слоев активного кобальта ()0-15 слоев), Укаэанное количество легкоплавкой соли кобальта поэво40 ляет образовать слои атомов кобальта только на поверхности порошков, используемых для связки металлов, а также алмазов. Этому способствует также малая длительность процесса

45 спекания связки и относительно невысокие температуры, принятые при изготовлении алмазного инструмента.

С уменьшением количества СоС1 менее 0,2 мас.X стойкость отрезных N кругов начинает заметно уменьшаться (при содержании СоС12 0,)8 мас.X износ увеличивается на 10-)5X).

С увеличением содержания CoClg более 0,5 мас.X стойкость отрезных 55 кругов изменяется мало.

Карбид хрома в количестве 1218 мас,X вводят в состав связки для

919 4 повышения ее прочности и твердости в том случае, когда отрезные круги предназначены для силового резания мраморов, гранитов, содержащих значительное количество кварца. Однако с увеличением содержания Cr С < более 18 мас.X ударная вязкость связки уменьшается настолько, что инструмент, например сегменты отрезных кругов, в условиях динамических нагрузок начинает разрушаться. При содержании Cr>C 2 менее 12 мас.X износостойкость инструмента недостаточна.

Алмазосодержащие режущие элементы, например сегменты отрезных кругов, на предлагаемой связке изготавливают из исходных порошков-ингредиентов методом горячего прессования.

Исходные порошки, взятые в нужном соотношении, смешивают в шаровой мельнице типа "пьяная Фочка" со стальными шарами диаметром 4-10 мм. Время смешивания 1,5-2 ч при соотношении веса шихты к весу шаров l:3.

Приготовленную шихту-связку смешивают с алмазами (или гранулируют на них) и прессуют прн давлении .

2 тс/см в заготовки сегментов. За готовки подвергают горячему прессова о нию при 750-1025 С и давлении 250300 кг/см2 в течение 2-5 мин. Для изготовления алмазного инструмента для резания гранита и мрамора можно рекомендовать следующие варианты состава связки (мас,X): для резки мраморов крепких и средней прочности (например, Гаэганского и Уфалейского месторождений) — Со 58,8;

Си 32,0; Sn 8,0; Т1.Н 1,0; СоС1 0,2 температура изготовления 770 20 С); (для резки мягких мраморов (например. Коелгинского месторождения)

Со 73,0; Си 20,0; Sn 4,65; ZrHZ 2,0;

СоС12 0,35 (температура изготовления 850+20 С); для резки лабродаритов, габбро и т.п.. материа- лов Со 86,5; Си 8,8; Sn 1,2;

Т Н2 3,0; СоС1 0,5 (температура изготовления 1000 20 С); для резки мраморов с включениями кварца

Со 62,5; Си 20,0; Sn 4,0; Т Н 1,0;

СоС12 0,5; CrgCy )2,0 температура изготовления 900+20 С); для резки легкообрабатываемых гранитов (например, Жежелевского месторождения)

Со 64,0; Си 15,0; Sn 2,65; Т Н2 3,0;

CoC120,35; Cr C< 15,0 температура изS 1088919 ,ювеавлания 970120аС); для резки труднообрабатываемых гранитов (например, Янцевского месторождения)

Са 69,8; Си 8,8; Sn 1,2; TiH< 2,0;

СОС12 0,2; Са3С21890.

Эксплуатационные свойства алмазных отрезных кругов на предлагаемой связке оценены в лабораторных и промышленных условиях при резке мраморов

Производительность резания, см /мин

Расход алмазов карат/и

Обрабатываемый камень

Связка

Предлагаемая

0,035

1000

Со 58,8; Си 32,0; TiH 1,0; . 0,2; Sn 8,0.

Со 73,0; Си 20,0; Sn 4,65; . ZrHq 2,0; СоС1 0,35

0,04

1000

500 0,5

700-800 0,15

Мрамор

Вуравщинский

Гранит

Жежелевский

500-600 ),5

450-550 1,6-1,8

Со 69,8; Си 8,8;

Гранит Вуоксинского месторождения...

Sn l,2; TiH< 2,0;

СоС12 0,2; Ск С 18,0

2,4-2,8

Гранит Янцевско- . 200-250

ro месторождения

Мрамор Коелгинского и Уфалейского месторождений

Мl (Базовая) 0,07

1000

И50

Гранит Вуоксин" ского месторож- 450 55р дения ...

3,5-3,6

Гранит Янцевского месторождения..... 200-250

5,4-5,8

Круги испытаны в промышленных условиях (не отмеченные звездочкой в лабораторных условиях).

Со 86,5; Си &,8; Sn 1,2;

TiHg 3,0; СоС1 0,5

Со 62,5; Си 20,0; Sn 4,0;

Тьй2 1,0; СоС12 0,5;

Сг С 12,0

Со 64,0; Си 15,0; Зп 2,65;

Т1Н2 3,0; СоС12 0,35 ;

Cr C< 15 0 н гранитов. Испытаны сегментные круги диаметром 500 мм, оснащенные природными алмазами зернистостью

500/400 и 630/500 при концентрации

50Х, отрезной круг со связкой М50 (базовый объект) и отрезной круг со

c8HsKoA Ml (базовый объект).

Результаты испытаний приведены в таблице.

Мрамор Коелгинского, Уфалей- ского, Газганского месторождения

Мрамор Коелгинского месторождения

Габбро

1088919

Составитель Л.Сергеева

Редактор А.Лежнина Техред M.Tenep Корректор А.Знмокосов

Заказ 2838/13 Тираж 737 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Иэ приведенных данных видно, что стойкость отрезных сегментных кругов на предлагаемой связке при резке мраморов и гранитов в 2 раза вьппе, чем у кругов на базовых связках

М50 и М1.

1Экономическая эФФективность от внедрения изобретения заключается в снижении расхода алмазов при реза нии.

Использование предлагаемой связки позволяет расширить технологи5 ческие воэможности инструмента (pesка гранита, мрамора), а также снизить температуру спекания, что дает возможность использовать наряду с ,природными алмазами и синтетические.