Связка для изготовления алмазного инструмента
Владельцы патента RU 2432250:
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" (RU)
Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано при изготовлении металлической связки для алмазного инструмента, используемого в строительстве, например, для резки и сверления отверстий в фасадных панелях из материалов типа искусственных гранитов. Связка содержит кобальт, медь, олово и твердый наполнитель. В качестве последнего она содержит карбид вольфрама с размерностью частиц 40-50 мкм при следующем соотношении компонентов, в мас.%: кобальт 40,0-80,0; медь 10,0-30,0; олово 1,0-10,0; карбид вольфрама с размерностью частиц 40-50 мкм 5,0-20,0. Дополнительно она содержит нанодисперсные частицы материала, выбранного из группы: карбид вольфрама, оксид алюминия и оксид циркония или смеси частиц из этих материалов, в количестве 1,0-3,5% от веса связки. В результате повышается износостойкость инструмента при обработке труднообрабатываемых материалов.
Изобретение относится к производству алмазного инструмента, в частности к составам металлических связок для изготовления алмазного инструмента, используемого в строительстве, например, для резки и сверления отверстий в фасадных панелях, изготавливаемых из материалов типа "искусственный гранит" и подобных.
Известны металлические связки для обработки природных и искусственных строительных и других материалов, содержащие в качестве основы сплав медь-олово и включающие кобальт и карбид вольфрама (авт. свид. СССР №673442, кл. B24D 3/06, 1977 г., №709350, кл. B24D 3/06, 1978 г.). Однако при обработке материалов, типа искусственных гранитов, такие связки имеют недостаточную износостойкость, в частности из-за плохого удержания алмаза в связке.
Известна металлическая связка, содержащая в качестве основы кобальт и включающая медь, олово и карбид хрома (авт. свид. №1021586, кл. B24D 3/06, 1983 г.). В этой связке кобальт, являющийся основой, обеспечивает надежное удержание алмазов за счет адгезионного сцепления зерен с кобальтом при горячем прессовании, а также достаточно высокую прочность и ударную вязкость. Карбид хрома, введенный в связку, служит упрочняющим компонентом, повышая его твердость и износостойкость. Однако при работе инструмента в условиях силового резания и динамических нагрузок износостойкость такого инструмента недостаточна.
Технической задачей изобретения является создание металлической связки, которая позволит повысить износостойкость инструмента при обработке труднообрабатываемых материалов с высоким содержанием абразивного наполнителя.
Технический результат достигается тем, что связка для изготовления алмазного инструмента, содержащая кобальт, медь, олово и твердый наполнитель, в качестве твердого наполнителя содержит карбид вольфрама с размерностью частиц 40-50 мкм при следующем соотношении компонентов, в мас.%:
| кобальт | 40,0-80,0 |
| медь | 10,0-30,0 |
| олово | 1,0-10,0 |
| карбид вольфрама | |
| с размерностью частиц | |
| 40-50 мкм | 5,0-20,0, |
при этом она дополнительно содержит нанодисперсные частицы материала, выбранного из группы: карбид вольфрама, оксид алюминия и оксид циркония или смеси частиц из этих материалов, в количестве 1,0-3,5% от веса связки.
Высокое содержание кобальта 40,0-80,0 вес.% обеспечивает прочное удержание частиц алмаза в связке, прочность и высокую ударную вязкость инструмента. Медь и олово обычно вводят в связку для снижения температуры спекания инструмента, при которой алмазный порошок сохраняет свои свойства, имеет минимальное окисление, графитизацию и т.п. Количество меди и олова выбрано таким, чтобы образующаяся при горячем прессовании легкоплавкая бронза не вытекала из пресс-формы и обеспечивала температуру спекания связки не выше 800°С.
Карбид вольфрама в количестве 5-20% вместе с кобальтом придает связке прочность, но в отличие от карбида хрома сообщает ей необходимую вязкость. Однако при обработке высоконаполненных абразивных материалов инструмент с таким содержанием карбида вольфрама имеет недостаточную износостойкость. Введение карбида вольфрама в больших количествах для дальнейшего повышения износостойкости инструмента недопустимо, т.к. при больших количествах карбида вольфрама связка будет охрупчиваться. Поэтому предлагается в связку вводить дисперсный упрочнитель - твердый компонент в виде нанодисперсных частиц материала, выбранного из группы карбида вольфрама и оксидов алюминия и циркония. Содержание наночастиц в количестве 1,0-3,5 вес.% достаточно для дисперсного упрочнения связки, повышения ее износостойкости с сохранением достигнутой прочности и вязкости.
Количество всех компонентов выбрано таким образом, чтобы получить требуемые характеристики инструмента. Отклонение от выбранного содержания любого компонента приведет к нарушению этих характеристик связки.
В качестве материала наночастиц выбраны карбид вольфрама, оксиды алюминия и циркония. Эти материалы могут играть роль дисперсного упрочнения связки на кобальтовой основе. Однако предпочтительными являются карбид вольфрама и оксид алюминия, введение которых позволяет получить максимальные результаты.
Все компоненты связки для изготовления инструмента обычно берут размерностью 40-50 мкм, частицы наноразмерного твердого компонента связки имеют размерность предпочтительно 1-100 нм.
На основе предложенной связки были изготовлены сверла для сверления "искусственного гранита". В качестве режущих зерен в связку вводили алмаз марки АС 160 зернистостью 315/250 в количестве 8-15% концентрации (75-150% по алмазной методике расчета содержания алмазов в алмазном инструменте). Сверла изготавливали методом порошковой металлургии: в пресс-форму укладывали шихту, содержащую алмазный порошок, и связку и подвергали ее горячему прессованию при давлении 2000-3000 кг/см2 и температуре 750°С.
Ниже приведены составы связок для изготовления инструмента для сверления. Компоненты связки даны в мас.%:
| Составы связок | №1 | №2 | №3 |
| Кобальт | 40,0 | 67,0 | 80,0 |
| Медь | 30,0 | 20,0 | 10,0 |
| Олово | 10,0 | 8,0 | 1,0 |
| Карбид вольфрама | 20,0 | 5,0 | 9,0 |
| Твердый компонент - наночастицы оксида алюминия, оксид циркония, карбида вольфрама, введенный в связку выше 100,0% | 1,0 | 2,5 | 3,5 |
Полученным инструментом сверлили «искусственный гранит» марки керамогранит при следующих режимах обработки: скорость вращения сверла 7000 об/мин, подача - 10 мм/мин, СОЖ - вода. Были получены следующие результаты: сверлом на связке №1 было просверлено 420 отверстий, на связке №2 - 485 отверстий, на связке №3 - 457 отверстий. Контрольным сверлом, состав связки которого аналогичен составу связки по прототипу, было просверлено 320 отверстий.
Как видно из результатов испытаний, разработанный состав связки позволил повысить износостойкость инструмента в 1,3-1,5 раза.
Связка для изготовления алмазного инструмента, содержащая кобальт, медь, олово и твердый наполнитель, отличающаяся тем, что в качестве твердого наполнителя она содержит карбид вольфрама с размерностью частиц 40-50 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| кобальт | 40,0-80,0 |
| медь | 10,0-30,0 |
| олово | 1,0-10,0 |
| карбид вольфрама | |
| с размерностью частиц | |
| 40-50 мкм | 5,0-20,0, |
при этом она дополнительно содержит нанодисперсные частицы материала, выбранного из группы: карбид вольфрама, оксид алюминия и оксид циркония или смеси частиц из этих материалов, в количестве 1,0-3,5% от веса связки.
