Слоистое изделие для режущегоинструмента
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ
Союз Соеетсиик
Соирюалнс тически к
Ресиубини
<н>814987 (6I) Дополнительное к авт. свид-ву (22)ЗаЯвлено 17.04.79 (21) 2758779/29 33 с присоединением заявки РЙ э (51)М. Кл.
С 04 В 35/71
В 32.В 15/00
С 22 С 29/00
roeyAIPcToNw9 NNee
СССР оо делам N306plNN+ и otapw& (23) П рноритет
Опубликовано 23.03.81. Бюллетень М 11
Дата опубликования описания 23.03,81 (53) УДК 666.76 (088.8) Г-В. Б. Шипило и В. А. Пономаренко
Институт физики твердого тела и по упров@дн ков,.
AH Белорусской ССР (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СЛОИСТОЕ ИЗДЕЛИЕ ДЛЯ РЕ2КУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА
Изобретение относится к получению твердых композиционных материалов на основе кубического нитрида бора и алмаза, в частности к получению многофазных п ликрнсталлических образований, которые могут найти применение в инструментальной промышленности для оснащения лезвийных инструментов.
Известно изделие для режущего инструto мента, которое содержит кубический нит» рид бора и наполнитель - Ml,N, Be,ée, г1, Z,v . Cu, С .Со,АР 0 .Со,Веб;
ЙО,М П . Количество наполнителя в исходной смеси изделия составляет 6-30%. Спе35 канне порошков кубического нитрида бора с наполнителем ведется при давлениях 5090 кбар и температурах 1500-2400 С
0 в течение нескольких минут. Э полученных . компактных изделиях кубический нитрид .бора является основной режущей частью инструмента. Наполнитель осуществляет более прочное связывание зерен кубичес«ого нитрнда бора между собой jig.
Однако известное иэделие имеет недостаточно высокую прочность из-за слабого смачивания кубического нитрида бора наполннтелем.
Наиболее близким к предлагаемому является слоистое изделие для режущего. инструмента, содержащее подложку, выполненную из порошка переходных металлов— никеля, кобальта, марганца, железа, ванадия, хрома, а также иэ твердого сплава с добавкой алюминия, и сверхтвердый слой,. выполненный из порошка по крайней мере одного сверхтвердого материала из группы: алмаз, нитрид бора кубический. Крепление и спекание порошков сверхтвердого материала с подложкой и между собой осуществляется в процессе обработки высоки ми давлениями в 40 кбар и выше и температурами 1300-1600 С в течение нес0 кольких минут эа счет диффузии металлов в слой, состоящий из сверхтвердого мате" риала $2).
Однако в известном слоистом иэделии для режущего инструмента недостаточно
814987 высокая адгезия между слоями, что приводит к большому браку при получении слоис того изделия и при его эксп луа таци и.
Цель изобретения — увеличение адгезии между слоями изделия. 5
Поставленная цель достигается тем р ч то в с пои с том изделии д пя режущего инструмента, содержащем подложку, выполненную из порошка перехоцных металлов, и сверхтвердый слой, выполненный f0 из порошка по крайней мере одного сверхтвердого материала из группы: алмаз, нитрид бора кубической или вюрцитной модификации, Подложка выполнена из смеси порошков переходных металлов и диборидов переходных металлов 1У-УП групп, с размером частиц 0,1-10 мкм в соотношении
7:3 3:7, а сверхтвердый слой дополнительно содержит указанную смесь при следук цем соотношении .компонентов, вес.%:
См есь перехо цных металлов и диборидов металлов 1УУП групп 0,5-50
С верх тве р дый м а тери а л 50-95,5
Основным отличительным признаком предлагаемого слоистого изделия является использование в качестве наполнителя сверхтвердого материала и подложки исходной многослойной таблетки смеси порошков с размером зерна 0,1-10 мкм диборидов переходных металлов 1У-УП групп с переходными металлами и в соотношении 7:33:7 по весу, при укаэанных в формуле изобретения соотношениях ингредиентов.
При введении к мелкодисперсным порош35 кам сверх твердого м ате риала с размером зерна 0,1-10 мкм наполнителя — диборидов переходных металлов 1У-УП групп периодической системы обладающих абразивной способностью, смачиваемостью большинством расплавленных металлов и наиболее близкими физико-механическими свойствами к сверхтвердым материалам — кубическому, вюрцитному нитриду бора, алмазу, в условиях высоких давлений и тем35 ператур происходит их взаимодействие между собой с образованием прочных связей между взаимодействующими частицами. Дополнительное введение B смесь сверхтвердых материалов и диборицов переходных металлов 1У-УП групп способствует более прочному сцеплению частиц между собой, поскольку дибориды переходных металлов хорошо смачиваются переходными металлами, При изготовлении подложки из того же 5 состава, что и наполнитель абразивного слоя, т.е. из смеси диборидов переходных металлов 1У-УП групп с переходными ме таллами в условиях вЬ соких давлений и температур достигается черезвычайно сильная адгезия слоев изделия. Причем при использовании порошков ингредиентов с размером зерна 0,1-10 мкм наблюцается наиболее сильное сцепление слоев изделия и наиболее высокие режущие свойства абразивного слоя. Экспериментально установлено, что цель изобретения достигается, когда дибориды переходных металлов 1УУП групп находятся в смеси с переход ными металлами в соотношении 7:3-3:7 по весу. При содержании переходных металлов и диборицов вне указанных пределов увеличивается расслаивание слоев иэделий.
Введение в материал наполнителя и подложки 0,5-5 вес.% катализаторов- заство-! рителей относительно сверхтвердого материала, например алюминия, диборида магния, бора, способствует частичному расстворению сверхтвердых материалов и диборидов переходных металлов, что приводит к их лучшему сцеплению между собой и с переходными металлами, т.е. к увеличению адгезии слоев изделия.
Повышенное содержа ние (более 5 вес.%) катализаторов-растворителей в наполнителе и подложке ухуцшает режущие свойства абразивного слоя, а при их содержании менее 0,5 вес.% они не создают заметного эффекта. Причем размер зерен катализаторов для достижения цели изобретения должен составлять 0,1-10 мкм. Размер зерна катализатора меньше О, 1 мкм трудно практически получить, а при размере зерна более 10 мкм уменьшается agreзия слоев из де г.ия.:.
Зкспериментально установлено, что смесь диборидов переходных металлов с переходными металлами относительно сверхтвердого матИриала должна находиться в пределах 0,5-эО вес.%. При нали- ии в изделии указанной смеси ниже 0,5 вес./0 уменьшается выход продукта синтеза и адгезия слоев, а при их наличии более
50 вес.% ухудшаются физико-механические свойства абразивного слоя. двухслойное изделие образовано из сверхтвердого слоя и паяющейся подложки или из абразивного стержня, окруженного паяющей втулкой. Толщина слоев подложки может быть сравнительно небольшой, однако в силу очень высокой адгезии слоев после их обработки высокими давлениями и температурами изделие представляет собой монолитную таблетку. Также можно получать многослойные изделия и при коаксиальном расположении слоев
814987 6 н фикаций нитрида бора и алмаза. При давлениях ниже 35 кбар продукт синтеза (слоистые изделия) выходит недостаточно высокого качества, а при давлениях более 100 кбар уменьшается стойкость аппаратов высокого давления. Время спекания 0,1-5 мин в указанной области давлений и температур является достаточным в для образования монолитного изделия. Ка»О чество слоистых изделий оценивается по ля- шлифам, наличию микротрещин и сколов в но- слоях, по разделению слоев изделия в прое- gecce их эксплуатации
В результате спекания получаются выых »5 рококачественные поликристаллические од,К» послойные, двухслойные и многослойные изделия диаметром 4-16 мм и высотой
4-6 мм. Рентгеновский фазовый анализ показал, что изделия по составу многогo фазные. В них наблюдается три основные у- фазы: вюрцитная, сфалеритная, гексагональная типа 48В г, характерная для диб- боридов переходных металлов.
В таблице приведены примеры практического осуществления предлагаемого слоо- истого изделия для режущего инструмента.
Указаны граничные значения интервалов ис;пользуемых режимов и компонентов, процент разделения слоев изделия и их выкрашивания в процессе эксплуатации. из сверхтвердого материала в виде цили дров и стержня, чередующихся с цилиндрами из диборидов переходных металлов и с переходными металлами. Укаэанные слоистые изделия отличаются высокими режущими свойствами и процент выхода качественного изделия близок к 100%.
Технология получения слоистого иэде лия для режущего инструмента состоит следующем.
Исходными компонентами изделия яв ются микропорошки кубического, вюрцит го нитрида бора, алмаза, диборидов пер ходных металлов 1У-УП групп -7» 5> 7,».
НЮ2, Ь г, НЬ Ь г 7с» Ь г,C r Ьг,М и Ь переходи металлов -Ti,Zr,Hf,×,МЬ Va,Cr, Mn,ГВ,Co алюминия, диборидов магния, бора с раз мером зерна 0,1-10 мкм.
Для изготовления исходных изделий приготавливают шихту, состав и материап ингредиентов которой указаны в форм ле изобретения. Предварительно ингредиенты дробят в шаровой мельнице или ви ромельнице с твердосплавными шарами в течение одного и более часов до зернистости, например, 0,3-0,5 мкм. Затем п рошки перемешиваются и прессуются в и делие под давлением 3-8 т/см . llnsr улуч шения прессования слоев изделия в них добавляется декстрин 6-10 вес.9o (водный раствор). Спрессованные изделия после их тщательного просушивания при температуре 60-200 С помещаются во о внутреннее отверстие графитового нагревателя, вставленного в контейнер иэ литографского камня. При нагревании изделий путем пропускания через них электрического тока графитовый нагреватель может отсутствовать. Для получения профильных изделий в виде трех, четырех-, шестигран
40 ника внутреннее отверстие контейнера или нагревателя выполняется соответствующей формы. Контейнер устанавливается в аппа рат высокого давления, затем изделия подвергаются воздействию давления в 35100 кбар и температур 1200-2600 С в течение 0,1-5 мин. Параметры синтеза выбирают из фазовых диаграмм нитрида,бора и углерода, они соответствуют термодинамической устойчивости плотных модиКак видно из таблицы, в результате использования в качестве подложки и наполчителя сверхтвердых материалов сме, си порошков переходных металлов -Ч »,7,г
qf q Ng, o,Cr, Мп,Ре, Со, М» и диборидов переходных металлов 1У-КП групп
Т ьг,z, Вг,Я г ye<,ЙЬЬ г,та Вг,СгВ„МпВг, в соотношениях укаэанных в формуле изобретения и с размерами зерен 0,1-10 мкм существенно увеличилась адгезия слоев изделия. В результате использования известного слоистого изделия из-еа недостаточно высокой адгеэии слоев брак из-юа разделения слоев таблетки и их выкрашивания составляет 29-35%, а в предлагаемом способе 2-10%. Режущие свойства слоистого изделия находятся на уровне режущих свойств поликристаллов кубического нитрида бора.
814987
tg о
0 ц а о
О -1 1 I I
I I.
l I I 1
4
I о3 ж Е О m
Щ С Я С ) CQ 0) С ) С ) 0) Ñ
° \
tg
Э Ж
2 а а >
Ч (О (Q
С )
3
2 а
«Ъ эаo о
3; а
О Q О О О О О О О
О О О О О О О О О О
С9 С9 Ф СО O 0) О . 03 Ю Ф
1 т- т-1 т-1 1-1 тЧ
О
О
Ь) О
О (D
O
О
О
О
С
О Я О Ф Ф
О Q Ф а 3 Ф П С9
8 и
О О O О О
Ф Ф Ф <О
О (g б
Е g
О Ф
CG
С. 2
О
3О
° 3
FO
О
О
g4
О
fCj
1 о Ф
О о
Ср cD
«С С
CV 3О
ЮФ
СО О
СO О
О C. @
О О е-1 СЧ СО.
СО 0) О 4
Ф t0 С0
8( а g
Ф Cl щ
Ф Э
Э а р) М
0.e>
° W о
С4
dl, Рй
Ю ((О (О б3 СА
Ф
О
Ъ
cL
Я
О
«р, Ж cCI
О
О
Л
h3
О
О
СО (O
М
d3
О
М1
1О
О
Ь
СЧ (9
l4
О сО
О 4
Я
О 0
FD 3 т
\Ч
Ю
FO
4Г
О (47
М
Ю
О с 4
О 4
+сч с0
Ю
g4
О
СГ
C)
О
4«Е
С0
М)
Cl
8 14987
8
Л.. ф ф
1 а
3 к
В а
«1 о
Т о о т-1 т" 1 о т-1 о
О1 о о
СЧ о
IQ о
« о
3 4 о у-1 о (Q о о о
С0 о о
С") о о о о
Щ о о
С0 о о
CQ о о Ф
СЧ о о
0) о о. о о
С о о
lQ о о
С4 о о
3-1 о о
С4 о о с1 о о о лЗ
Ю .О .У
LФ
СО б
Е о
СС
С0
Со о
° ч
:и ь
М о о
Ф
О с0 о о ) о
tQ
Eо
+ о
CJ о
) о
1«»
С4
С0 о
f47
0 о (Ч)
С0
0 о
1-" о
LС3 о
44 о
le
t4
CA
»Ф4
:г о
C. 7 о
ЮЯ
C)
1«»
IA о
СО Оф % м
Ф
3 о
1 »
)«»
Ф
Гм о
СО м о
О о
O) С0
С4 б)
С4 Ф о
С4
Ж
Щ о
СЧ
С0
Н4
:ю
Я о
С4
Ю м
ЗЙ о
СО
О о
1« сч
CD
) о (С)
Se
;й
CO о
О ,0 ,-й о
СС1
Ф ,0 о
I о
ССЭ
Ж л с0 о
Ф х о Ф сч
С0 б
Уо
4) о
А
СЭ о Ф о +„, СС1 СО й» (О:Е о
С1 о о
° » М
nfl .. . о
$a,ф, Лй
С0
Х м о
О л о
СГ\ о
1«» о
Ю
Ю
ie
CG о
СО
С. о
If
+ сО
L Л о
1»
«ф, Щ
v о сА
g4 о о
Щ 1
?»
Ю
4О
IA о о
fO
+ ее с0
S14 о с» о
CO
Ф
CA о
4 л
CD
ECl
О °
CV
С0
И о
L.
С.1 о
О
Ф
<Ч
CO о3
Х
СО
41
СЧ
С0
Й о
СО
L. о
С(Ъ
С7
?С
С0 м
СО
1.3
Ю (О
Ф йа о
О Э
СФ
ЛВ
С0
С4 Я о о
Се
СО СО
° r о о о
CA h
+ Ф + о ™ и
О О с
+ + +
СУ1
Х ф С0 CD о
С4
Ф о о
СС)
;а о
СЧ
Ф
Со о
С()
Ф
««» о
1»ю о
«1»
814987
I 1
Ф
Щ
v о
Г о
Ф
Cl
6 о
М у
6 о
Ц
МР
Ф
lC ж
Ф
М
3 о о.
Q ,С и
Ф
Ф
Ci.
И
3ф
Ф
Cf
Й 4 о
Ю а.
Ю о
Х
0, Al о о
Щ о
С о
1- о, o аO
Ф
<ц а
Ф ъ (i E о о
00 о о
l о о о о о о (0
О о
Р4
cQ
Ро 0
4. 7 о "1 (Ч (Q
Д о и
-.и о
fthm
С4
Ю
Я о о 4 о 0 и
О Э
М
Ф
Э ж
Э (ч и о о (.Р
С) и
С4 (О
Sь3 о 0
C) Ф и
Ж о О о
Ю
Я
Р о о
Г. с0 о
О
"х
Э и о
Б а
6l 2
Э g
Ф и
Ф а
Щ дф.
4
1 о
Ф Я
v щ Ф
Ю
Ж в) о ,"3 о
Ф о
Х
Ю
®
0 с.) о
CV
Ю о 0 ГФ м
Ю
00 о о
Ю
Ы о
d)
ill
CJ ь
< )
FCO о . IQ аО + с0 О 6 Я л (Й Lll 13 814987 Формула изобретения ч Слоистое изделие для режущего инструмента, содержащее подложку, выполненную из порошка переходных металлов и 5 сверхтвердый спой, выполненный из порошка по крайней мере одного сверхтвердого материала из группы: алмаз, нитрид бора кубической или вюрцитной модификации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения адгезии между слоями, подложка выполнена из смеси порошков переходных металлов и диборидов переходных металлов 1У-УП групп, с размером 14 астиц 0,1-10 мкм в соотношении 7:33:7, а сверхтвердый спой дополнительно содержит указанную смесь при следующем соотношении компонентов, вес.%: Смесь переходных металлов и диборидов металлов 1УУП групп 0,5-50 Сверхтвердый материал 50-95,5 И сточ ники и нформации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент CIIJA N 3233988, кл. 51/307, опублик. 1966. 2. Патент ФРГ N 2232227, кл. С 04, В 39/46, опублик. 1972. Составитель В. Шилило Редактор H. Лазаренко Техред Е.Гаврилешко Корректор М. Демчик Заказ 953/3 9 Тираж 660 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж 5, Раушская наб., a. 4/5 Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4
