Связующее для сверхтвердого композиционного материала на основе кубического нитрида бора

 

Изобретение касается производства сверхтвердых материалов и инструмента на их основе. Цель изобретения - увеличение режущих свойств материала в условиях прерывистого резания. В качестве связки в сверхтвердом материале на основе кубического нитрида бора используют сплав из квазибинарной системы TiNi - TiCo со следующим содержанием компонентов, мас.%: Ti 44,0-45,2; Co 5-35, Ni - остальное. Сверхтвердый материал с указанным металлическим связующим может успешно работать в лезвийном режущем инструменте по обработке широкого класса чугунов, сталей и других материалов в условиях ударных циклических нагрузок. 1 табл., 1 ил.

Изобретение касается производства сверхтвердых материалов и инструмента на их основе. Цель изобретения - улучшение режущих свойств материала в условиях прерывистого резания. В качестве связки для сверхтвердого материала на основе кубического нитрида бора предложен сплав, выбранный из квазибинарной системы интерметаллидов TiNi - TiCo, содержащий, мас.%: Ti 44,0-45,2; Co 5-35; Ti - остальное. На чертеже приведена диаграмма тройного сплава Ti - Ni - Co, где предлагаемый состав связки находится в рамках четырехугольника А₁АВВ₁, расположенного вдоль линии TiNi - TiCo. Предлагаемый интервал по содержанию титана (1,2 мас.%) для различных составов этой связи является достаточным для обеспечения точности выплавки сплава и не нарушает стехиометрии системы TiNi - TiCo. Отклонение состава сплава по титану от линии TiNi - TiCo на большую величину приводит сначала к снижению температуры плавления, а затем к выходу сплава из квазибинарной системы, что снижает прочностные свойства сплава. Нижний предел содержания кобальта 5 мас.% (точки А₁ и А) обуславливается тем, что при дальнейшем уменьшении содержания сплав обладает недостаточной жидкотекучестью, что снижает качество получаемого сверхтвердого композиционного материала (СКМ). Такой сплав близок по своим характеристикам к интерметаллиду TiNi, который редко применяется в качестве связки в СКМ. Верхний предел содержания кобальта 35 мас.% (точки В и В₁) обуславливается тем, что этому содержанию соответствует максимум ударной стойкости за счет максимальной жидкотекучести и прочности сплава и дальнейшее увеличение содержания кобальта не приводит к улучшению свойств сверхтвердого материала. Увеличение содержания кобальта в сплаве приводит только к удорожанию материала за счет дефицита металла. Предлагаемые сплавы являются жаропрочными (температура плавления их не ниже 1240^oC), а по прочностным показателям они превосходят сплавы, известные по прототипу, а также интерметаллиды TiNi и TiCo. Установлены некоторые прочностные показатели сплава Ti - Ni - Co с составом 45 - 45 - 10 мас.% соответственно. Приводим средние значения показателей: Предел прочности σ_B, МПа - 721,0 Предел текучести σ_η, МПа - 624,0 Относительное удлинение δ, % - 7,33 Поперечное сужение Ψ, % - 3,45 Твердость, HRC - 54 Как следует из указанных свойств, сплав обладает совокупностью высоких показателей по прочности, пластичности и твердости, что не свойственно ни одному из известных сплавов. Кроме того, заявляемые сплавы обладают высокой жидкотекучестью, и наиболее выгодно использовать их при получении сверхтвердых материалов методом направленной пропитки под давлением. Сверхтвердые материалы с металлическим связующим предложенного состава обладают высокой износостойкостью и ударной стойкостью при механической обработке сырых и закаленных сталей, а также чугунов и других труднообрабатываемых материалов в условиях прерывистого резания. Пример 1. В объем реакционной ячейки контейнера помещают слой порошка связки массой 1,4 г из сплава Ti - Ni - Co с массовым составом 45 - 15 - 40% соответственно. На этот слой помещают слой порошка кубического нитрида бора с размером зерен 10-14 мкм и массой 1,6 г и два слоя массой по 1,5 г из смеси порошка кубического нитрида бора с частицами сплава связки зернистостью 200-360 мкм. Пропорция порошка и частиц этих слоев составляет 1:3 и 1:1 соответственно. Слои закрывают крышкой и снаряженный контейнер помещают в камеру высокого давления и температуры. Дают давление 25 кбар, нагревают посредством электрического тока до плавления связки и выдерживают при этой температуре 5 с. Расплав металлической связки пропитывают последовательно в три слоя: слой порошка кубического нитрида бора и два слоя смеси этого порошка с частицами сплава связки. После охлаждения извлекают трехслойную заготовку для режущего элемента из СКМ, предназначенную для обработки сырых сталей в условиях ударных нагрузок. Материал по прототипу не предназначен для этого вида работы. Пример 2. В объем реакционной ячейки контейнера помещают слой порошка связки из сплава Ti - Ni - Co по примеру 1 с массовым составом 45 - 5 - 50% соответственно. Далее ячейку заполняют и проводят процесс пропитки металлическим расплавом под давлением трех слоев. Получают заготовку для режущего элемента, предназначенного для обработки углепластиков в условиях ударных нагрузок. Материал по прототипу уступает заявляемому по стойкости на 30%. Другие составы металлического связующего из сплава квазибинарной системы интерметаллидов TiNi - TiCo, режим обработки и показатели режущей стойкости сверхтвердого композиционного материала приведены в таблице. Сравнительные испытания проводили на токарном станке модели 16К20 при точении сырой стали (Сталь У8), углепластика и высокопрочного чугуна (СПХН-60) в условиях ударных циклических нагрузок. Инструмент - проходной резец, оснащенный предлагаемым СКМ и материалом по прототипу. Геометрия режущей части инструмента: γ = -5^o; α = 8^o; ϕ = 45^o; ϕʹ = 45^o; r = 0,4 мм. Цикличность удара при обработке обеспечивалась точением через шпоночную канавку, расположенную по образующей цилиндрической поверхности заготовок стали и чугуна, а при обработке углепластика - точением поверхности заготовки многогранной формы. Критерием стойкости (Т) являлся износ по задней грани режущей части инструмента h₃ = 0,4 мм. Из результатов сравнительных испытаний следует, что сверхтвердый материал со связующим предлагаемого состава показывает большую износостойкость по сравнению с прототипом при обработке резанием различных материалов в условиях прерывистого резания.

Формула изобретения

Связующее для сверхтвердого композиционного материала на основе кубического нитрида бора, включающее титаноникельсодержащий компонент, отличающееся тем, что, с целью улучшения режущих свойств материала в условиях прерывистого резания, связующее дополнительно содержит кобальт и выполнено в виде сплава квазибинарной системы интерметаллидов TiNi - TiCo, со следующим содержанием компонентов, мас.%: Титан - 44,0 - 45,2 Кобальт - 5 - 35
Никель - Остальноен

РИСУНКИ

Рисунок 1