Металлическая связка

 

Союз Советски к

Социалистические

Реслублик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 10.01.80 (21) 2867671/25-08 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл.

В 24 D 3/06

Гееудлрстеенный кемитет

Опубликовано 23.09.81. Бюллетень №35

Дата опубликования описания 28.09.81 (53) УДК 621.922. .079 (088.8) ho делам нзееретений н еткрытий (72) Авторы изобретения

М. С. Друй, P. С. Овсеевич, П. Н. Курочкий, 1О;-А-:-Онеиню,..., А. С. Дышеков и А. А.. Гоав...

) Всесоюзный научно-исследовательский институт - методики и техники разведки и Всесоюзный научно-.,:, исследовательский институт абразивов-и-ыиыфования (7! ) Заявители (54) МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ СВЯЗКА

Изобретение относится к области изготовления инструмента из высокотвердых материалов, в частности к связкам для инструмента из алмаза (типа СВСП) или нитрида бора (типа эльбора -P, белбор, ПТНБ), изготовляемого методом пропитки металли- S ческим расплавом каркаса из тугоплавких порошков„в том числе инструмента для бурения скважин.

Известна мет аллическая связка для изготовления алмазного инструмента (1), име- т4 ющая следующий состав, мас.о/о.

Медь 0,5 — 19

Металл, выбранный из группы олово, кремний 0,1 — 2

Металл, выбранный из группы титан, хром, цирконий 0,001 — 0,5

Металл, выбранный из группы железо, никель, кобальт 1,5 — 30

Фосфор : 005 — 05 щ

Марганец 0,25 — 10

Карбид вольфрама Остальное

Эта связка имеет следующие недостатки:

1. Необходимость проведения дополнительной технологической операции — металлизации высокотвердого материала;

2. Взаимодействие переходных металлов (титан, цирконий и т. д.) с компонентами газовой среды (водородом остаточным кислородом и азотом) при пропитке резко ухудшает смачивание высокотвердого материала;

3. Высокая температура пропитки из-за низкого содержания меди. Такая температура приемлема для природных алмазов, но для синтетических высокотвердых материалов черезмерна.

Целью изобретения является создание связки для бурового инструмента из высокотвердых материалов обеспечивающей повышение стойкости инструмента за счет улучшения смачивания высокотвердого материала, повышение технологичности за счет снижения температуры изготовления инструмента.

Поставленная цель достигается тем, что в связку, содержащую карбид вольфрама, металл подгруппы железа (кобальт, никель, железо), медь, олово, марганец, вводят высшие силициды переходных металлов I V—

865645

VI групп, например, дисилициды титана, хрома, молибдена при следующем содержании компонентов в связке, мас.о/о.

Медь 25 — 40

Металл, выбранный из группы железо, кобальт, 5 никель 1 — 10

Марганец 0,25 — 5

Олово 0,25 — 5

Дисилициды переходных металлов, выбранные из группы дисилицидов титана, хрома, молибдена 0,1 — 2

Карбид вольфрама Остальное

Дисилициды переходных металлов в контакте с расплавом на основе медь-металл подгруппы железа-марганец растворяются в расплаве с выделением атомов переходного металла и кремния. Атомы переходных металлов диффундируя в расплаве к поверхности высокотвердых материалов на основе алмаза или кубического нитрида бора, взаимодействуют с ними с образованием переходного слоя карбидов (по алмазной поверхности) или боридов и нитридов (по поверхности кубического нитрида бора), тем самым обеспечивая смачивание расплавом высокотвердых материалов. 25

Высшие силициды в частности дисилициды титана, хрома, молибдена, циркония, термодинамически устойчивы (не разлагаются при нагреве до температуры изготовления и не взаимодействуют с компонентами газовой среды, в частности не окисляются). Поэтому при введении дисилицидов в каркас из тугоплавких порошков переходные металлы находящиеся в устойчивых соединениях, вплоть до начала пропитки каркаса расплавившимся металлическим сплавом предохраняются от взаимодействия с компонентами газовой среды, тогда как при введении в каркас порошков переходных металлов в чистом виде или при введении этих металлов в предварительно приготовленный пропитывающий сплав в течение дли- 40 тельного периода разогрева указанные металлы подвергаются окислению, гидрированию, азотированию и тем самым теряют свою способность смачивать высокотвердые материалы.

Выделяющийся из дисилицидов при расстворении их в расплаве кремний входит в состав расплава, улучшая его свойства (повышает жидкотекучесть сплава и увеличивает твердость связки).

Пределы введения компонентов связки обусловлены следующим.

Медь — основной компонент расплава, определяющий температуру изготовления инструмента и в значительной мере его свойства (твердость и т. д.). При содержании 55 меди 25 мас. о/О температура изготовления инструмента выше допустимой для синтетических высокотвердых материалов

4 (-1000 — 1100 С); при содержании меди более 40 /О связка не будет обладать достаточной твердостью.

Металлы подгруппы железа служат как для повышения механических свойств связки, так и для растворения дисилицидов.

При содержании менее 1 /О их влияние на свойства связки не сказываются при повышении их количества более 10О/о связка становится очень тугоплавкой.

Марганец способствует снижению температуры изготовления инструмента и растворению силицидов. При наличии его менее

0,25О/О действие его незаметно; при введении марганца более 5О/z связка становится излишне склонной к окислению.

Олово также снижает температуру пропитки при изготовлении инструмента. Однако при содержании его более 5/о ухудшается смачивание карбида вольфрама металлическим расплавом, при введении его менее

0,25О/О действие олова не сказывается.

Дисилициды переходных металлов способствуют смачиванию связкой высокотвердых материалов. Так как для смачивания поверхности высокотвердых материалов достаточно образования переходных слоев толщиной в десятки ангстрем то количество дисилицидов не должно быть значительным, а присутствие в связке некоторого количества переходных металлов и кремния улучшает ее прочность и повышает жидкотекучесть расплава. В то же время при введении в каркас значительных количеств растворяющегося материала (дисилицидов) имеет место усадка при пропитке и потеря размеров инструмента. Поэтому введение дисилицидов в количестве более 2 /о нецелесообразно, менее О,lo/o не влияет на свойства связки.

Карбид вольфрама — основной элемент связки определяющий ее механические свойства. Его содержание зависит от количества других компонентов и практически составляет 40 — 70 /о.

Пример 1. Буровые коронки диаметром

59 мм из эльбора — P были изготовлены на связке состава, мас. о/о. меди 33; железа 1; марганца 0,25; олова 5; дисилицида титана 0,1; карбида вольфрама — остальное. Изготовление велось пропиткой каркаса из порошков карбида вольфрама, дисилицида титана и заготовок эльбора — P расплавом, содержащим медь железо, олово и марганец при 1050 С в водородной печи. Время разогрева — 50 мин, выдержка при пропитке 10 мин.

Пример 2. Буровые коронки диаметром

59 и 76 мм из СВСП были изготовлены на связке состава, мас. /p, меди 40; кобальта 4; марганца 1,5; олова 2,5; дисилицида молибдена 1,0; карбида вольфрама — остальное. Изготовление велось пропиткой каркаса из порошков карбида вольфрама, кобальта и дисилицида молибдена а также заготовок

СВСП расплавом, включающим медь, мар865645

Формула изобретения

Составитель В. Каражас

Техред А. Войкас Корректор М. Демчик

Тираж 918 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП сПатентэ, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор В. Иванова

Заказ 7949/25

5 ганец, олово при температуре 1020 С в водородной печи. Время разогрева 60 мин, выдержка 11ри пропитке — 10 мин.

Пример 3. Буровые коронки диаметром

59 мм из СВСП были изготовлены на связке состава, мас. о/о. меди 25; кобальта 5: никеля 5; олова 0,25; дисилицида хрома 2; карбида вольфрама — остальное. Изготовление велось пропиткой каркаса из порошков карбида вольфрама, кобальта дисилицида хрома и заготовок СВСП расплавом, включающим медь„никель, марганец, олово при температуре 1100 С в водородной печи. Время разогрева — 50 мин, выдержка при пропитке 10 мин.

Были также изготовлены коронки диаметром 59 мм из СВСП на известной связке (1) состава, мас. /о. меди 19; олова 1; кремния 1; хрома 0,5; кобальта 5; никеля 5; фосфора 0,25; марганца 8; карбида вольфрама — остальное. Изготовление велось пропиткой каркаса из порошков карбида вольфрама, кобальта и предварительно хромированных заготовок СВСП расплавом, содержащим медь, никель, марганец, олово, кремний, фосфор и часть хрома при температуре 1150 С в водородной печи при подьеме температуры 60 мин и выдержке при пропитке 10 мин.

Коронки, изготовленные из СВСП в соответствии с примером 2, были испытаны в сравнении с коронками, изготовленными на известной связке и стандартной связке № 50 из этого же материала.

Анализ результатов испытаний показывает, что при эксплуатации в одинаковых условиях по стойкости (проходке на коронку) коронки на связке с дисилицидами превосходят коронки на известной связке и на

6 стандартной связке на 20о/о вследствие того, что в коронках на связке с дисилицидами не нарушалась структура СВСП, сохранялись физико-механические своиства, тогда как при применении стандартных связок имели место вышеуказанные явления. Кроме того поликристаллы СВСП лучше удерживались в матрице на связке с дисилицидами.

Металлическая связка, преимущественно для изготовления инструмента из алмаза или кубического нитрида бора, содержащая карбид вольфрама, один из металлов Ч111 группы периодической системы, медь, олово и марганец, отличающаяся тем, что, с целью повышения стойкости инструмента и технологичности его изготовления, в связку дополнительно введен один из дисилицидов переходного металла IV — VI групп периоди20 ческой системы при следующем соотношении компонентов, мас. %, Медь 25 — 40

Один из металлов Ч111 группы периодической системы (железо, кобальт, никель) 1 — 10

Марганец 0,25 — 5

Олово 0,25 — 5

Один из дисилицидов переходного металла IЧ вЂ” VI групп периодической систещ мы (титан, молибден, хром) Ц1 — 2

Карбид вольфрама Остальное

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 572371, кл. В 24 D 3/06, 1975.