Металлическая связка на основе меди для изготовления инструмента на основе сверхтвердых материалов

Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано при изготовлении инструментов на основе сверхтвердых материалов, таких как алмаз, нитрид бора, применяемых для обработки металлических и керамических изделий. Металлическая связка содержит медь, олово, никель, бор, титан, гидрид титана и алюминий при следующем соотношении компонентов, мас.%: свинец - 3...10; никель - 2...5; бор - 0,5...3; титан - 2...12; гидрид титана - 1...2; алюминий - 2...4; медь и олово в соотношении 10:1 - остальное. В результате получаем абразивный инструмент, имеющий высокие значения коэффициента шлифования, высокую стойкость в условиях отсутствия интенсивного охлаждения при различных видах обработки. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к изготовлению инструмента на основе сверхтвердых материалов, например алмаза, нитрида бора, а именно металлической связки для изготовления шлифовальных кругов, брусков, сегментов, предназначенных для механической обработки металлических и керамических деталей.

Известна металлическая связка для изготовления алмазного инструмента (а.с. СССР №1021586 В 24 D 3/06), в состав которой входят следующие компоненты, мас.%:

Карбид хрома	10...18
Медь	7...9
Олово	1...1,5
Кобальт	остальное

Недостатком инструмента, изготовленного на указанной связке, является сравнительная дороговизна отдельных компонентов, например кобальта, высокие температуры спекания преимущественно с применением вакуума, а также сравнительно быстрое засаливание и потеря режущей способности, - особенно в отсутствие интенсивного охлаждения.

Известна металлическая связка для изготовления абразивного инструмента (Патент РФ №2113912 В 24 D 3/06), содержащая, мас.%:

Свинец	3...10
Никель	5...15
Бор	0,5...3
Медь + Олово в соотношении 4:1	остальное

Недостатком указанной металлической связки являются недостаточная твердость и относительно невысокая стойкость при механической обработке керамических материалов с высоким содержанием твердых включений (кварц, агат и др.).

Указанный состав металлической связки является наиболее близким к предлагаемому составу металлической связки и выбран в качестве прототипа.

Задачей предлагаемого изобретения является расширение области применения инструмента на основе сверхтвердых материалов - СТМ (алмаза, нитрида бора) - при обработке материалов с широким спектром твердости без снижения коэффициента шлифования при отсутствии интенсивного охлаждения.

Поставленная задача достигается тем, что связка на основе меди, содержащая медь, олово, свинец, никель, бор, дополнительно содержит титан, гидрид титана, алюминий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Свинец	3...10
Никель	2...5
Бор	0,5...3
Титан	2...12
Гидрид титана	1...2
Алюминий	2...4
Медь + Олово в соотношении 10:1	остальное

Размер частиц компонентов связки должен быть не более 2 мкм.

Гидрид титана вводят для улучшения прочности закрепления частиц сверхтвердых материалов в металлической связке. Алюминий вводят для снижения температуры начала экзотермической реакции при спекании.

Введение в металлическую связку титана приводит в процессе спекания к образованию боридов титана, обладающих высокой твердостью и износостойкостью, а гидрид титана, разлагаясь, образует активный титан, взаимодействующий с поверхностью частиц сверхтвердых материалов, усиливая их закрепление в связке через пленку карбидов, а также выделяет водород, являющийся хорошим восстановителем окисных пленок, что улучшает стойкость системы и ее высокую механическую прочность.

Инструмент, изготовленный на этой связке, обладает высокими значениями коэффициента шлифования, высокой стойкостью в условиях отсутствия интенсивного охлаждения при различных видах обработки гранитов, керамических и металлических материалов, в том числе абразивных инструментов на керамической связке. Высокие механические характеристики связки определяют также применение порошков компонентов с размером частиц, не превышающих 2 мкм.

Изготовление инструмента на предлагаемой металлической связке на основе сверхтвердых материалов осуществляется известными методами порошковой металлургии.

Смесь сверхтвердого материала (алмаз, нитрид бора и др.) и металлической связки в определенном соотношении засыпают в пресс-форму, производят холодное прессование смеси при удельном давлении ˜700 МПа. Затем пресс-форму нагревают до температуры 650-700°С и после фиксирования начала роста температуры (начала экзотермической реакции) осуществляют горячую допрессовку при удельном давлении ˜300 МПа.

Примеры составов связок, использованных для изготовления шлифовальных кругов на основе нитрида бора, конкретно поликристаллического Эльбора марки ЛД 630/500 для абразивного производства и их свойства приведены в таблице. Шлифовальные круги на предлагаемой связке и связке-прототипе были испытаны на операции шлифования гранита с высоким содержанием кварца. При изготовлении инструмента использовали компоненты с размером частиц не более 2 мкм.

Из приведенных экспериментальных данных видно, что указанные пределы содержания в связке бора и титана определяют широкое варьирование твердости металлической связки в пределах 70-120 НВ, что приемлемо для обработки большинства керамических и металлических материалов.

Круги на предлагаемой металлической связке имеют значение предела прочности на сжатие на ˜30% выше таковых на связке-прототипе, что позволяет использовать их для обработки твердых материалов при повышенных режимах обработки.

Повышенные механические характеристики кругов на предлагаемой металлической связке обусловили увеличение коэффициента шлифования на ˜20% (см. таблицу).

Выход за указанные пределы содержания ряда компонентов отрицательно сказывается на качественных характеристиках инструмента, а именно:

- снижается предел прочности на сжатие на 20% в случае увеличения содержания свинца, никеля, уменьшения содержания гидрида титана;

- понижается коэффициент шлифования на 15% в случае уменьшения содержания никеля, бора, титана.

Использование компонентов с размером частиц более 2 мкм приводит к снижению коэффициента шлифования на 15%.

Предлагаемая связка используется для изготовления абразивного инструмента, предназначенного для обработки керамических, металлических материалов, а также гранитов различной твердости.

Таблица
Компоненты	Составы связок	Связка-прототип
1	2	3	4	5
Свинец	10	8	6	5	3	3,0
Никель	2	2	3	3	5	10,0
Бор	0,5	1,0	2	2	3	1,0
Титан						-
Гидрид титана	1	1	2	2	2	-
Алюминий	2	2	3	4	3	-
Медь	76,8	78,2	76,4	76,4	76,4	68,8
Олово	7,7	7,8	7,6	7,6	7,6	17,2
Физико-механические свойства связок
Твердость, НВ	70	79	101	109	120	93
Предел прочности на сжатие, кг/мм2	150	160	180	181	190	141
Ударная вязкость, Дж/см2	65	69	70	70	71	61
Коэффициент шлифования	4300	4900	4600	4700	4850	4100
Примечание. 1. Твердость предела прочности на сжатие, ударная вязкость определялась по ГОСТ 25/503-80, ГОСТ 9454-78 соответственно. 2. Коэффициент шлифования - отношение объема снятого материала к объему изношенной части круга.

1. Металлическая связка на основе меди для изготовления инструмента на основе сверхтвердых материалов, например алмаза, нитрида бора, содержащая медь, олово, свинец, никель, бор, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит титан, гидрид титана и алюминий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Свинец	3...10
Никель	2...5
Бор	0,5...3
Титан	2...12
Гидрид титана	1...2
Алюминий	2...4
Медь и олово в
соотношении 10:1	Остальное

2. Металлическая связка по п.1, отличающаяся тем, что использованы размеры порошков компонентов связки, не превышающие 2 мкм.