ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ И ИХ СПЛАВОВ ПРИ ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЯХ. включающее силовые элементы, сосуд из тепло- и электроизоляционного материала и графитовую оболочку для размещения прессуемого материала, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения качества изделий, оно снабжено выполненной из металлосодержащего порошкового материала втулкой, размещенной между сосудом и графитовой оболочкой с возможностью контактирования с последними.

1223517

Иэобрете!!Ие ОтнОсится к произе!Одству композиционных алмаэосодержащ!лх материалов методами порошковой металлургии, в частности к производству материалов для оснащения бурового, правящсго и других инструментов, работающих в условиях интенсивного абразивного износа.

Целью изобретения является повыше:.:. ле качес Гва изделий.

Сущность изобретения поясняется чертех<ом, ./Отройство содерж: т силовые элементы (например, наковальни с углублениями) 1 и 2, сосуд 3 иэ тепло- и электроизоляционного материала, уплотнение 4, Прессуемый

; гатериал 5 помещен в графитовую оболочку

6. Б улка 7 из порошкового металлосодер:-кав!4е! о матерлала расположена между сосудом 3 и графитовой оболочкой 6 без

;, воров, т.е. контактирует с ними, Нагрев

Осу!цествл:!ется через кольцевые токонод,oды 8, Д!! уменьшения теплоотдачи на ! орцах располо>кены теплоизоляционные диски 9, Для г!редотвращения взаимодействия окоподподов 8 с прессуемым материалo:ë устройг rao содержит графитовые диски 10 и 11, !ежду которыми установлен длск 12 из того х<е материала, что и втулка 7, В некоторых случаях при определенных соотношениях размеров сосуда и прессуемо О ма ериала диск 12 в устройстве может э !--Сутс! вовать. Пр!л этом вместо дисков 10 и

11 ус; ройсгво дол!жно быть снабх<ено одним . Оа!лтовым диском, расположенным мея<ду токоподводами 8 и, прессуемьнл материал. ь м з.

Силовые элементы 1 и 2 устройства из:ото;;.!!ен!л>! иэ твердого сплава или быстрорежущей сгали твердостью Н1<С 60...62, осуд 3 и диски 9 вЂ” !лз пирофиллита или ! итографского камня, уплотнение 4 вЂ” из эластичного материала, например поливинилхлорида или резины.

Токоподводы 8 изготовлены прессованием иэ смеси порошков графита и неэлектропровог4ного материала, например литографского камня !лли хлористого наT РИЯ.

Устройство работает следующим образом. Для создания давления в устройстве

Brо помещают под пресс(на чертеже íe показан) и нагружа!от осевым усилием. При этом силовые элементы 1 и 2 сбллх<з!отся и сжи!мают сосуд 3 с прессуемым материалом

5 в графитовой оболочке 6 и втулкол 7. В процессе сжатия происходит внедрение металлических части!4 l3T>!ë ки в Оболочку. "1ас гь материала сосуда выдавливается в:..àçîð между силовыми элементами, образуя прокладку, герметизирующую полость, в оторой создается высокое давление. Равномерность формирования прокладки обеспечивается уплогнением 4.

По достижении необходимого давления осуществляют нагрев прессуемого материала, для чего через сборку пропускают электрический ток, При воздействии высокого давления и температуры в течение заданного времени происходит горячее прессование алмазосодержащего композиционного материала и материала втулки. После отключения нагрева происходит охлаждение устройства за счет отвода тепла охлаждаемь!ми деталями прессовой установки, После охлажцения производится сии>кение давления в устройстве, при этом подвергнувшаяся горячему прессовани!о втулка 7, механически связанная с графитовой оболочкой 6 и обладающая высокой сопрот!лвляемостью разрушению при ударных нагрузках, тормозит расширение оболочки, 3То приводит к снятию ударных нагрузок со спрессованного алмазосодержащего композиционного материала, благодаря чему исключается его расслоение и образование в нем микротрещин. После сних<ения давления горячепрессованный материал извлекают из .-ра< итовоЙ оболочки.

30 Внутренний диаметр втулки равен наружному диаметру графитовой оболочки, а ее наружный диаметр от 1,1 диаметра графитовой оболочки до 0,8 диаметра сосуда.

При меньшем наружном диаметре втулки ее механические характеристики могут оказаться недостаточными для компенсации ударных нагрузок и торможения расширения оболочки: произойдет расслоение и спрессованного материала и втулки, При большем наружном диаметре значительно увеличится теплоотвод через боковую стенку сосуда, нарушится однородность теплового поля в сосуде, что приведет к неравномерности в свойствах спрессованI ного материала, в частности к низкой износостойкости его центральной части.

Втулка может быть выполнена свободной засыпкой металлического порошка вокруг графитовой оболочк!л, установленной. в сосуде, или прессованием металлического порошка. Так как в последнем случае при размере частиц порошка более 100 вЂ” 200 мкм требуется значительное усилие, втулка мо;кет быть выполнена из гомогенной смеси порошков металла и наполнителя (обычно вещества, характеризующего хорошей прессуемостью), например хлористого натрия, природного графига, гексагонального иитрида бора, талька и т.д. В этом случае усилие прессования при изготовлении втул1223517 ки значительно снижается, а сборка устройства с прессованной втулкой упрощается, .

Соотношение компонентов составляет (об, g,): металл вЂ” 30-80; наполнитель вЂ” 2070, 5

При меньшем содержании наполнителя ухудшается прессуемость втулки, а при меньшем содержании металлической составляющей втулка после горячего прессования не обладает достаточной 10 механической прочностью для компенсации ударных нагрузок при разгрузке устройства.

При горячем прессовании в области термодинамической стабильности алмаза 15 целесообразным является выбор в качестве наполнителя для втулки графита или гексагонального нитрида бора, а металлической составляющей из группы металлов (сплавов), являющихся инициаторами превраще- 20 ния наполнителя в сверхтвердый материал вЂ” алмаз или кубический нитрид бора.

В последнем случае при горячем прессовании алмаэосодержащего композицион- 25 ного материала. дополнительно обеспечивается получение сверхтвердого материала, чем повышается эффективность использования устройства, При выполнении устройства в качестве 30 горячепрессуемого материала использовали смесь порошка твердого сплава ВК6 и синтетических алмазов марки АС50 зернистостью 400/315.

Сравнительные испытания износосгой- 35 кости полученного. материала проводили при правке абразивных кругов. Оценку износа производили по величине удельного расхода алмазов мг/кг.

Пример 1. Размеры прессуемой 40 заготовки; диаметр 8 мм, высота 8 мм. Наружный диаметр графитовой оболочки 10 мм. Втулка, наружный диаметр которой составлял 21 мм, выполнена свободной засыпкой гомогенной смеси порошков молотого 45 талька и алюминия с размером частиц 50вЂ”

100 мкм при соотношении компонентов (об. О ): тальк вЂ” 20, алюминий вЂ” 80.

Параметры горячего прессования: дав- 50 ление 30 кбар, температура 1150ОС, время

3 мин.

Изготовлено 125 изделий, случаев расслоя нет.

Среднее значение удельного расхода 55 алмазов при правке абразивных круговвЂ”

1,5 вЂ” 1,6 мг/кг.

Пример 2. Размеры заготовки из алмазосодержащего композиционного материала; диаметр 10 мм, высота 10 мм.

Наружный диаметр графитовой оболочки 12 мм, втулки -25 мм. Втулка изготовлена прессованием под давлением 350 кгм/см из смеси порошков железа марки ПЖ2 и хлористого натрия при соотношении компонентов (об./,): железо вЂ” 30, хлористый натрия вЂ” 70.

Параметры горячего прессования . давление 40 кбар. температура 1190 С, время

3,5 мин.

Изготовлено 90 изделий, случаев расслоя нет.

Среднее значение удельного расхода алмазов при правке абразивных круговвЂ”

1,45-1,55 кг/мг.

Пример 3. Размеры заготовки: диаметр 12 мм, высота 15 мм.

Наружный диаметр графитовой оболочки 14 мм, втулки вЂ” 25 мм.

Втулка изготовлена прессованием иэ смеси порошков природного графита марки

ГСУ-1, искусственного графита марки ГМЗОСЧ-7-3 с размером части менее 250 мкм и сплава никеля с марганцем(размеры частиц

200-250 мкм) при соотношении компонентов (об.%): графит вЂ” 60, сплав вЂ” 40.

Параметры горячего прессования: давление 50 кбар, температура 1240 С, время

3,5 мин.

Изготовлено 250 изделий, случаев расслоя нет.

Средний удельный расход алмазов при правке абразивных кругов вЂ” 1,4 вЂ” 1,5 мг/кг.

Кроме того, за один цикл горячего прессования получено во втулке 9,5 карат алмазов.

Пример 4, То же, что и в примере 3, но втулка изготовлена прессованием при давлении 150 кгс/см иэ смеси порошков магния марки МПФ-1 и нитрида бора при соотношении компонентов (об. ): магнийвЂ”

30, нитрид бора вЂ” 70.

Параметры горячего прессования: давление 55 кбар, температура 1270 С, время

35 мин.

Изготовлено 150 изделий, случаев расслоя нет.

Средний удельный расход алмазов при правке абразивных кругов вЂ” 1,4 вЂ” 1,5 мг/кг, Кроме того, за один цикл горячего прессования во втулке получено 8,2 карата кубического нитрида бора.

Пример 5 (иэвестное устройство).

Размеры заготовки, как в примерах 4 вЂ” 3.

Наружный диаметр оболочки (нагревателя иэ графита) 14 мм.

Параметры горячего прессования: давление 50 кбар, температура 1240"С, время

3,5 мин.

1223517

Составитель

Техред M,Ìîðãåíòàë

Корректор E.Ïàïï

Редактор Л.Письман

Заказ 544 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производсseeннo-иэдагельский комбинат "Патент", г. Ужгород, уп.Гагарина, 101

Изготовлено 110 изделий, случаев расслоя вЂ” 58, годных (без расслоя) вЂ” 52.

Среднее значение удельного расхода алмазов при правке абразивных кругов изделиями без расслоя вЂ” 2,0-2,5 мг/кг, 5

Таким образом, предлагаемое устройство для горячего прессования алмазосодержэщего композиционного материала

10 обеспечивает 100 -н ый выход годных изделий, что в 2 раза превышает выход годных в известном устройстве. Кроме того, зти изделия за счет отсутствия микротрещин имеют в 1,5 раза более высокую износостойкость, оцениваемую по удельному расходу алмазов при правке абразивных кругов по сравненик с изделиями, изготовленными в известном устройстве.

Устройство для горячего прессования алмазосодержащего композиционного материала на основе тугоплавких соединений переходных металлов и их сплавов при высоких давлениях

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при изготовлении из металлов и сплавов с хорошей адгезионной способностью в безокислительных условиях заготовок с высокой рельефностью и эластичностью остова, а также со сквозными полостями

Способ получения сверхтвердых материалов // 1218568

Изобретение относится к области получения сверхтвердых материалов и может быть использовано при изготовлении деталей аппаратов высокого давления, а также при изготовлении абразивно-режущего инструмента