Способ получения режущего инструмента

 

Изобретение относится к получению сверхтвердых материалов в аппаратах высокого давления и температуры. Способ получения керамических композиционных материалов позволяет получать пластины заданной формы и повышать их режущие свойства при обработке чугунов. Композиты получают в составном графитовом нагревателе методом пропитки расплавленным металлическим связующим смеси порошков керамики и кубического нитрида бора режущего слоя, смеси порошков и волокна подложки и спрессованного волокна контактного слоя. Металлическое связующее из смеси эвтектического состава Ti с металлами из группы Cu, Sn, Ag, легированного 0,5 - 3% Nb, с добавкой 3 - 5 мас. % порошка формуют в таблетку и размещают в нижней цилиндрической части графитового нагревателя, в верхней части нагревателя (заданной формы) в контакте с металлическим связующим размещают смесь порошков режущего слоя, на него помещают подложку, спрессованную из смеси, содержащей оксидно-карбидную керамику с волокном тугоплавкого металла, металлизированным тем же легкоплавким металлом, который использован в эвтектическом сплаве, в количестве 4 - 6% от веса волокна, причем подложка выполнена с увеличивающимся вверх по сечению содержанием волокна, затем размещают контактный слой. Заполненный графитовый нагреватель подвергают действию высокого давления и температуры. Способ может быть использован при изготовлении режущего инструмента.

Изобретение относится к получению сверхтвердых материалов в аппаратах высокого давления и температуры и может найти применение в машиностроении в качестве лезвийного режущего инструмента. Целью изобретения является получение пластин заданной формы и повышение режущих свойств инструмента при обработке чугунов. П р и м е р 1. Графитовый нагреватель выполняли составным: нижнюю часть в форме цилиндра, верхнюю часть с внешней цилиндрической поверхностью, диаметр которой равен наружному диаметру нижней части, и внутренней поверхностью, соответствующей форме пластины. Внутреннюю поверхность графитового нагревателя изолировали от содержимого слоем слюды. Металлическое связующее брали в виде сплавов эвтектического состава титана с металлом из группы Cu, Sn, Ag, легированных ниобием в количестве 0,05-3 мас. % : 1. Ti - Cu, легированный Nb в количестве 1,5 мас. % . 2. Ti - Sn, легированный Nb в количестве 3 мас. % . 3. Ti - Ag, легированный Nb в количестве 0,5 мас. % . Полученные три сплава измельчали до дисперсности порошка алюминия и смешивали с порошком алюминия в соотношении: 96 мас. % размола легированного сплава, 4 мас. % порошка алюминия. Полученные смеси спрессовывали в таблетки, размеры которых соответствовали размерам внутреннего объема нижней части графитового нагревателя, и помещали таблетки металлического связующего на дно нагревателя. Режущий слой композита приготавливали, смешивая порошок оксидно-карбидной керамики (ГОСТ 25003-81) ВОК 63 с микропорошком кубического нитрида бора в соотношении 50 мас. % ВОК 63 и 50 мас. % ЛПМ 10/7. Приготовленную смесь режущего слоя помещали на металлическое связующее в верхнюю часть графитового нагревателя. Подложку получали, смешивая порошок ВОК 63 с кубическим нитридом бора ЛПМ 10/7 и с вольфрамовым волокном при содержании кубического нитрида 7 мас, % . Подложку приготавливали и помещали на режущий слой в верхнюю часть графитового нагревателя слоями: первый слой, который непосредственно размещали на режущем слое, получали из смеси ВОК 63 и ЛПМ 10/7 (без волокна), в следующий слой добавляли немного волокна вольфрама, в последний слой помещали максимальное количество волокна. При этом вольфрамовое волокно перед использованием было металлизировано химическим путем Cu, Sn или Ag. Причем, когда металлическое связующее брали в виде сплава Ti - Cu, то использовали волокно, покрытое Cu, когда металлическое связующее брали в виде сплава Ti - Sn, использовали волокно, покрытое Sn, когда в виде сплава Ti - Ag использовали волокно, покрытое Ag. При использовании вольфрамовой нити диаметром 10-20 мкм волокно покрывали 6 мас. % Sn, диаметром 30-50 мкм волокно покрывали 5 мас. % Cu, диаметром ≈ 100 мкм волокно покрывали 4 мас. % Ag. Контактный слой изготавливали из металлизированного Cu, Sn, Ag (соответственно материалу пропитки) вольфрамового волокна, которое укладывали с взаимным перекрещиванием в прессформу, соответствующую по форме и размерам верхней части графитового нагревателя, спрессовывали и затем помещали спрессованное волокно в верхнюю часть нагревателя на слой подложки. Сверху на контактный слой помещали порошок карбида бора. Заполненный графитовый нагреватель размещали в аппарате высокого давления и температуры и подвергали действию давления 30 кбар и температуры, достаточной для расплавления металлического связующего. После изотермической выдержки, понизив температуру до комнатной и давление до атмосферного, получали композиты. Из полученных композитов с тремя составами связующего (в соответствии с материалом пропитки) изготавливали резцы с механическим креплением пластин. Эти резцы испытывали при механической обработке чугуна СЧ21-40 (ГОСТ 1412-79), HB 220 на режиме: V= 205 м/мин, S= 0,3 мм/об, t= 1,5-2,0 мм, без охлаждения. Стойкость до переточки составляла для резцов 1-го состава T= 80-85 мин, для резцов 2-го состава столько же, однако наблюдались выкрошивания на режущих кромках, для резцов 3-го состава стойкость составляла T= 75-78 мин. Таким образом, испытания показали, что резцы из композитов с использованием сплава Ti-Cu, легированного 1,5% Nb, показали наиболее высокую стойкость при хорошем качестве режущей кромки, при легировании Nb менее 0,5 мас. % не наблюдалось положительного эффекта, при легировании Nb выше 3 мас. % повышалась хрупкость композитов. На этих же режимах обработки чугуна СЧ21-40 были испытаны пластины из режущей керамики ВОК 60, ВОК 63. Стойкость до переточки составляла ≈60 мин. По сравнению с резцами из оксидно-карбидной керамики стойкость резцов из композитов увеличивается на 30-40 % . При обработке чугуна резцами с напайной пластиной ВК-8 на режиме: V= 40 м/мин, S= 0,27 мм/об, t= 1,5-2,0 мм, без охлаждения стойкость твердосплавных резцов составляла 60 мин, т. е. резцы из полученных композитов по сравнению с резцами из твердого сплава позволяют увеличить и скорость резания ( в 5 раз). Резцы из материала прототипа на тех же режимах резания чугуна СЧ21-40 показали стойкость T= ≈ 50 мин. Свойства инструмента в зависимости от состава композиции и параметров представлены в таблице. (56) Авторское свидетельство СССР N 1354639, кл. C 04 B 35/58, 1985.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА путем последовательного размещения в графитовом нагревателе связующего слоя из порошкообразной смеси на основе титана с добавкой металла, режущего слоя из смеси 30 - 70 мас. % карбидной составляющей и 30 - 70 мас. % кубического нитрида бора, и подложки, спрессованной из порошка карбидной составляющей с 5 - 10 мас. % кубического нитрида бора, с последующим нагревом под давлением до расплавления металлической смеси, отличающийся тем, что, с целью получения пластин заданной формы и повышения режущих свойств инструмента при обработке чугунов, в качестве связующего слоя используют смесь двухкомпонентного эвтектического сплава титана с металлом из группы: медь, олово, серебро, легированного 0,5 - 3% ниобия с добавкой 3 - 5 мас. % алюминия, в качестве карбидной составляющей режущего слоя и подложки используют оксидно-карбидную керамику марки В3 или ВОК 60, или ВОК 63, причем в смесь подложки дополнительно вводят волокно тугоплавкого металла, металлизированного тем же легкоплавким металлом, который использован в эвтектическом сплаве, в количестве 4 - 6% от веса волокна, подложку формируют с увеличивающимся вверх по сечению содержанием металлического волокна, а поверхностный слой выполняют только из металлизированного волокна.