Способ изготовления алмазного инструмента

 

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АЛМАЗНОГО ИНСТРУМЕНТА, при котором готовят массу смешиванием поликристаллических алмазов с размером зерен 315- 2000 мкм, монокристаллических алмазов с размером 60-250 мкм в количестве 10-50% от массы поликристаллических алмазов и связки, полученную массу формуют и спекают , отличающийся тем, что, с целью стабилизации режущих свойств породоразрушающего инструмента до полного его износа и улучшения закрепления поликристаллических зерен в связке, предварительно 40-80 мае. % связки накатывают на поликристаллические алмазы, а оставшуюся часть связки смешивают с монокристаллами алмаза и продолжают накатку поликристаллических алмазов.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3499081/25-08 (22) 25.08.82 (46) 23.11.85. Бюл. № 43 (71) Ордена Трудового Красного Знамени институт физики высоких давлени" AH СССР (72) А. В. Довбня, В. И. Бугаков и Ю. С. Коняев (53) 621.922.079 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 643317, кл. В 24 D 3/06, 1979.

Сб. Алмазы и сверхтвердые материалы.

M. НИИМАШ, 1982, вып. 3, с. 7. (54) (57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АЛМАЗНОГО ИНСТРУМЕНТА, при котором готовят массу смешиванием поликристал„„SU„„1192955 A дц 4 В 24 D 17/00 лических алмазов с размером зерен 315—

2000 мкм, монокристаллических алмазов с размером 60 †2 мкм в количестве 10 — 50% от массы поликристаллических алмазов и связки, полученную массу формуют и спекают, отличающийся тем, что, с целью стабил изации режущих свойств породоразрушающего инструмента до полного его износа и улучшения закрепления поликристаллических зерен в связке, предварительно

40 — 80 мас. 0 0 связки накатывают на поликристаллические алмазы, а оставшуюся часть связки смешивают с монокристаллами алмаза и продолжают накатку нолик ристалл ическ их ал мазов.

1192955

1 ! Ь)>брстенис относится к порошковой ме-,а,i.; ргии, в частности к способам изготовлсни r1;ã; 11;)зног0 инструмента, и может быть

lI) í)>, ) ьзов.: >и> при изготовлении режущего и))струх)с))та из синтетических алмазов, при изготовлснии буровых коронок, долот, отрезных дисков, п)лифовальных кругов и т. д. !

)с,)ь из)>брстсния -- поддержание стаои II>EI()cти высоких режущих свойств породор))зрушаюгцего инструмента до полного его износа и повышение надежности закрепления поликристаллов алмаза.

Для осуществления способа берут поликристаллические алмазы с размерами зерен

315 †20 мкм, накатывают на них порошок связки, взятой в количестве 40 — 80О, а оставшуюся часть порошка связки смешивают с износостойкими частицами, в . качестве которых берут монокристаллические алмазы с размерами зерен 60 — 250 мкм в количестве 10 — 50Я от массы поликристаллических алмазов и продолжают дальнейшую накатку поликристаллических алмазов.

Накатка зерен поликристаллов сначала п>лько порошком связки — металлокерамической матрицы позволяет повысить надежность закрепления зерна в матрице, так как не образуется контакт между алмазными зернами, и дальнейшая накатка смесью порошка матрицы с порошком монокристаллов уже не влияет на степень закрепления поликристаллов в матрице. Накатка поликристаллов позвол)яет равномерно распределить зерна поликристаллических алмазов по всему объему матрицы и тем самым достигнуть поддержание стабильности высоких режущих свойств породоразрушаюшего инструмента до полного его износа.

Накатка поликристаллов порошком матрицы, взятой в количестве менее 40 мас. Я от общего веса матрицы, приводит во время прессования и спекания к контакту поликристаллов с монокристаллами и частично между собой, что снижает прочность их закрепления, использование порошка матрицы болсс 80 мас. Я приводит к высокой кони и i1>ации монокристаллов в оболочке, что сш>собствует дополнительным микронапряжсниям в матрице.

l1акатка поликристаллов размером

315>- 2000 мкм порошком матрицы, взятой н ко. нчестве 40 — 80О от общего веса матриiiьь обеспечивает толщину оболочки из связующего, равной 0,3 — 0,8 радиуса поликристаллического зерна алмаза. Содержание монокристаллов менее 10 мас. о от веса

I1<),Ièê1)II) T>.Iлов недостаточно для образования в )лнмс алмазных осколков для разрыхлсни i ).;)рной породы и образования развитой II0I) pxHocTH на поликристалле, болсс .50 мас. о монокристаллов снижает эффективность работы поликристаллов иззп их частичного перетирания с оскол5

1О

2 ками монокристаллов в шламе. При введении монокристаллов размером меньше 60 мкм не образуется достаточно глубоких царапин на поверхности горной породы, что малоэффективно способствует образованию развитой поверхности на поликристалле. Использование монокристаллов размером больше

250 мкм приводит к недостатку в шламе алмазных осколков, что влечет за собой недостаточное размягчение горной породы и воздействие на поверхность поликристалла и тем самым приводит к зашлифовке поверхности поликристаллических зерен. Использование поликристаллических алмазов размером меньше 315 мкм неэффективно изза малого обнажения поликристаллов и их

15 растрескивания, алмазы размером более

2000 мкм малоэффективны из-за уменьшения активной поверхности зерен, на зернах появляются при работе площадки (зашлифовка), которые резко снижают производительность инструмента.

Пример l. Для приготовления массы для алмазного инструмента берут 15 кар поликристаллических синтетических алмазов

АСПК с размерами зерен 400/315 мкм и гранулируют с 14,4 г порошка матричной шихты, что составляет 40 мас. Я от общего веса матрицы, состоящей из смеси порошка твердого сплава и никеля карбонильного, и обеспечивает толщины оболочки 0,4 радиуса зерна АСПК, а затем 1,5 кар монокристаллов алмазов АСК с размерами зо зерен 80 — 63 мкм смешивают с 21,6 г порошка матрицы, что составляет 60 мас. о от общего веса матрицы, и этим составом продолжают дальнейшую накатку АСПК. 3атем изготовленную массу подвергают холодному прессованию и спекают под давле35 нием 12 кбар и при 1050 С.

Буровые коронки КСК-04-59И), изготовленные с использованием массы, приготовленной по примеру 1 в производственных условиях, при бурении горных пород IX—

XI категорий буримости имеют среднюю проходку 10,6 м при средней скорости 2,3 м/ч, тогда как коронки 01АЗЛ40К20 (из природных алмазов) в аналогичных условиях имеют проходку 4,8 м при скорости 0,9 м/ч.

Пример 2. Для приготовления массы

4 для алмазного инструмента берут 8 кар

АСПК с размерами зерен 2000/1600 мкм и гранулируют с 28,8 г порошка матричной шихты, что составляет 80 мас. Я от общего веса матрицы, состоящей из смеси порошка твердого сплава и карбонильного ни о келя, и обеспечивает толщину оболочки 0,8 радиуса зерна АСПК, а затем 8 кар монокристаллов алмазов АСК размером 250/

200 мкм смешивают с оставшимися 7,2 г порошка матрицы, что составляет 20 мас. О (55 от общего веса матрицы, и этим составом продолжают дальнейшую накатку АСПК. 3атем изготовленную массу подвергают холодному прессованию и спекают под давлением 10 кбар при 1000 С.

1192955

Составитель Н. Ьа,<а<иова

Техред И. Всрес Копре<.r<»< Л. Знчокосов

Тираж-768 1lо н<нсн<к

ВНИИПИ Государственного комитета (ССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )К вЂ” 35, Рау каска я наб., д. 4 5 филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор О. Головая

Заказ 7210/16

Буровые коронки КСК-04-59Из, изготовленные с использованием массы, приг«товленной по примеру 2, в производственных условиях имеют среднюю проходку 34,5 м при скорости 4,2 мj«> тогда как буровые коронки ОIАЗД40К20 имеют среднюю проходку 18,3 м при скорости 1.9 м/ч.

Пример 3. Для и риготовления массы для алмазного инструмента берут 30 кар

АСПК с размерами зерен 1600/1250 мкм, гранулируют с 40 г порошка матричной шихты, что составляет 50 мас. ооо от общего веса матрицы, состоящей из смеси порошка твердого сплава и никеля карбонильного, и обеспечивает толщину оболочки

0,55 радиуса зерна АСПК, а затем 10 кар монокристаллов АСК размером зерен 125/ <з

100 мкм смешивают с оставшимися 40 r порошка матрицы, что составляет 50 мас. о от веса матрицы, и этим составом продолжают дальнейшую грануляцию зерен АСПК.

Затем изготовленную массу подвергают холодному прессованию и спекают под дав20 лением 8 кбар при 950 С.

Шлифкруги ШГК-95/50, изготовленные с использованием массы, приготовленной по примеру ¹ 3 в производственных условиях, при шлифовании огнеупоров показывают ресурс 24 м с удельным расходом алмазов

1,80 кар/м, тогда как сегментные круги из природных алмазов имеют соответственно

8 м при удельном расходе алмазов

4,15 кар/м .

Алмазный инструмент (буровые коронки, 30 шлифкруги, долота), изготовленный по предложенному способу, включа1ощий грануляцию синтетических поликристаллических алмазов АСПК порошком металлокерамической матрицы с монокристаллами АСК, имеет высокую работоспособность и стабиль- 35 ность до полного. износа инструмента.

Изготовленные буровые коронки по предложенному способу типа КСК-04-59Из показыва1от высокие механические скорости бурения и проходки на коронку по сравнению с серийными коронками из природных алмазов, типа ОIАЗД40К20 и О!АЗД40К40, изготовленных по известному способу, преимуп1ественно применяющихся при бурении тех же пород. 1ак при бурении трещиноваты. гранитов, кварцитов, магматизированных гнейсов (I X — XI,. категорий буримости), коронки КСК-04-59Из имеют среднюю проходку 8,4 м против 3,2 м у коронок

О 1 АЗД40К20, среднюю механическукз скорость бурения у КСК-04-59И < 2,6 м/ч против 1,4 м/и у О! АЗД40К20, удельный расход d,lìàçoâ у КСК-04-59Из 2,25 кар/м Ilpoтив 3,48 у ОIАЗД40К20.

Из и!зивеленно! о сравнения вил!ю, ITo буровые коронки, изготовленные по предложенному способу, имеют высокие эксплуатационные характеристики и конкурентноспосооны с буровыми коронками из дорогостоящих природных алмазов.

Эксплуатация буровых коронок КСК-0459Из без грануляции матричной шихтой поликристаллических зерен при бурении горных пород 1Х вЂ” Х1 категорий буримости приводит к частичной зашлифовке рабочей поверхности зерен поликристаллов. ГIри этом резко снижается механическая скорость бурения, коронка теряет работоспособность при износе матрицы всего на 20 — ЗОЯ.

Удельный расход алмазов на 1 м проходки у этих коронок выше за счет выкрашивания зерен поликристаллов, контактирующих без прослойки между собой.

Предложенный способ изготовления алмазного инструмента су1цественно отличается от известного, позволяет простить технологию изготовления алмазного инструмента, повысить надежность закрепления поликристаллическиx алмазов и поддерживать стабильность высоких режугцих свойств инструмента до полного износа.