Связка на основе меди для изготовления режущего инструмента со сверхтвердым материалом

Связка на основе меди для изготовления режущего инструмента со сверхтвердым материалом

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к порошковой металлургии, к способам получения композиционных материалов. Изобретение может быть использовано в качестве связок при изготовлении режущего инструмента со сверхтвердым материалом для стройиндустрии, тяжелого машиностроения, нефте- и газоперерабатывающей отрасли и др., включая отрезные сегментные круги различной конструкции (ОСК), применяемые при резке чугунов, и канатные пилы для резки массивных конструкций из стали и чугунов.

Связка оказывает влияние на конструкцию инструмента. В зависимости от связки выбирается материал корпуса, метод соединения абразивного слоя с корпусом. Физико-механические свойства связок предопределяют возможную получаемую форму и размеры режущего инструмента на основе CBN и/или алмаза.

Известна связка для изготовления алмазного инструмента (RU 2286241 С2, опублик. 2006.07.07), содержащая металл, выбранный из группы железа Периодической системы, карбид титана и соединение металла с металлоидом. С целью повышения прочности связки и надежности закрепления алмазного зерна в связке дополнительно содержится карбид циркония.

Недостатком известной связки является использование дорогостоящего и токсичного кобальта, а также более низкая скорость резания высокоармированного железобетона и снижение ресурса работы инструмента.

Прототипом заявленного изобретения является связка для изготовления алмазного инструмента (RU 2432247 С1, опублик. 27.10.2011, Бюл №30), содержащая основу в виде меди.

Недостатком известного материала на основе меди является недостаточная износостойкость, твердость, прочность, ударная вязкость и температурная стойкость, а также низкий удельный ресурс инструмента при резке стали, чугуна.

Технической задачей заявленного изобретения является увеличение ударной вязкости KCU, твердости HRB, предела прочности при трехточечном изгибе σ^изг, удельной износостойкости И_обр, удельного ресурса и скорости резания отрезных сегментных дисков при низкой остаточной пористости сегментов, содержащих CBN/алмаз.

Поставленная задача достигается тем, что в связку на основе меди, кобальта и железа дополнительно вводят от 1 до 45 мас.% никеля и легирующую добавку в количестве от 1 до 10 мас.%.

Связки могут быть получены методом порошковой металлургии: спеканием с последующим прессованием при температуре спекания. Этот метод является высокопроизводительным, т.к. продолжительность процесса нагрева до температуры спекания, выдержка при температуре спекания, прессование и охлаждение до комнатной температуры не превышают 15 минут. Высокие скорости нагрева и равномерное распределение температур в рабочей камере обеспечиваются за счет пропускания электрического тока через спекальную форму, которая одновременно является и пресс-формой.

По окончании выдержки при температуре отжига сразу же проводится прессование для обеспечения необходимой плотности и формы изделий. Конструкция пресс-формы позволяет проводить процесс в инертной и защитной атмосфере, что повышает качество инструмента.

Полученные сегменты с CBN и/или алмазом напаиваются на диск. Испытания дисков проводят при резке массивной отливки из серого чугуна марки СЧ20 с водным охлаждением.

Материалы связок по изобретению обеспечивают лучшие экономические показатели по сравнению с аналогами ведущих мировых производителей по критериям цена/ресурс и цена/производительность.

Пример. В связку на основе меди состава (мас.%):

Cu - 27,5-49,5

Со - 13,75-24,75

Fe - 13,75-24,75

Ni - 1-45

вводится легирующая добавка в количестве 1-10.

Влияние содержания никеля и количества вводимых легирующих компонентов приведено в таблицах 1-9.

Нижеприведенные примеры составов связки обосновывают нижний предел содержания никеля и содержание легирующей добавки.

Как видно из таблиц 1-9, содержание легирующей добавки менее 1,0 мас.% не обеспечивает достижение поставленной цели, т.к. их количества недостаточно для эффективного дисперсионного упрочнения связки и их влияние на структуру и свойства полученного материала незначительно.

Введение в связку более 10 мас.% приводит к увеличению пористости и других свойств, т.к. легирующие добавки являются более тугоплавкими, твердыми и имеющими высокие модули упругости материала по сравнению с медью и никелем, то они выступают в роли концентраторов напряжений, что сильно охрупчивает материал и приводит к снижению прочностных характеристик и износостойкости связки, а также требуют повышения температуры спекания и обладают плохой прессуемостью.

С целью увеличить удельный ресурс и скорость резания в связки вместе с CBN вводят алмаз. В таблице 10 представлены свойства связки и инструмента с сегментами, в которых в качестве абразива взят алмаз и CBN крупностью 45/50 mesh в пропорции 50/50%. Общая концентрация абразива в сегменте составляет 10% об.

На свойства связки оказывает влияние размер частиц легирующего элемента. Для получения заданной удельной поверхности порошки разделялись на фракции заданной дисперсности, обеспечивающей требуемые значения удельной поверхности. В таблице 11 представлена зависимость легирующих элементов от размера частиц (удельной поверхности).

Указанные диапазоны концентраций легирующих добавок 1-10 мас.% справедливы только для нанодисперсных порошков с удельной поверхностью 5-25 м²/г (таблица 11).

1. Связка на основе меди, используемая при изготовлении режущего инструмента, включающего сверхтвердый материал, содержащая кобальт, железо, никель и легирующую добавку с удельной поверхностью 5÷25 м²/г при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Cu	27,5-49,5
Со	13,75-24,75
Fe	13,75-24,75
Ni	1-45
легирующая добавка	1-10

2. Связка по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве легирующей добавки она содержит карбид вольфрама, или вольфрам, или молибден, или оксид алюминия, или диоксид циркония, или карбид ниобия, или карбид кремния, и/или нитрид кремния.

3. Связка по п. 1, отличающаяся тем, что сверхтвердый материал представляет собой кубический нитрид бора и/или алмаз.