Слоистое изделие для режущегоинструмента

Слоистое изделие для режущегоинструмента

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соеетсиик

Соирюалнс тически к

Ресиубини

<н>814987 (6I) Дополнительное к авт. свид-ву (22)ЗаЯвлено 17.04.79 (21) 2758779/29 33 с присоединением заявки РЙ э (51)М. Кл.

С 04 В 35/71

В 32.В 15/00

С 22 С 29/00

roeyAIPcToNw9 NNee

СССР оо делам N306plNN+ и otapw& (23) П рноритет

Опубликовано 23.03.81. Бюллетень М 11

Дата опубликования описания 23.03,81 (53) УДК 666.76 (088.8) Г-В. Б. Шипило и В. А. Пономаренко

Институт физики твердого тела и по упров@дн ков,.

AH Белорусской ССР (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СЛОИСТОЕ ИЗДЕЛИЕ ДЛЯ РЕ2КУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА

Изобретение относится к получению твердых композиционных материалов на основе кубического нитрида бора и алмаза, в частности к получению многофазных п ликрнсталлических образований, которые могут найти применение в инструментальной промышленности для оснащения лезвийных инструментов.

Известно изделие для режущего инструto мента, которое содержит кубический нит» рид бора и наполнитель - Ml,N, Be,ée, г1, Z,v . Cu, С .Со,АР 0 .Со,Веб;

ЙО,М П . Количество наполнителя в исходной смеси изделия составляет 6-30%. Спе35 канне порошков кубического нитрида бора с наполнителем ведется при давлениях 5090 кбар и температурах 1500-2400 С

0 в течение нескольких минут. Э полученных . компактных изделиях кубический нитрид .бора является основной режущей частью инструмента. Наполнитель осуществляет более прочное связывание зерен кубичес«ого нитрнда бора между собой jig.

Однако известное иэделие имеет недостаточно высокую прочность из-за слабого смачивания кубического нитрида бора наполннтелем.

Наиболее близким к предлагаемому является слоистое изделие для режущего. инструмента, содержащее подложку, выполненную из порошка переходных металлов— никеля, кобальта, марганца, железа, ванадия, хрома, а также иэ твердого сплава с добавкой алюминия, и сверхтвердый слой,. выполненный из порошка по крайней мере одного сверхтвердого материала из группы: алмаз, нитрид бора кубический. Крепление и спекание порошков сверхтвердого материала с подложкой и между собой осуществляется в процессе обработки высоки ми давлениями в 40 кбар и выше и температурами 1300-1600 С в течение нес0 кольких минут эа счет диффузии металлов в слой, состоящий из сверхтвердого мате" риала $2).

Однако в известном слоистом иэделии для режущего инструмента недостаточно

814987 высокая адгезия между слоями, что приводит к большому браку при получении слоис того изделия и при его эксп луа таци и.

Цель изобретения — увеличение адгезии между слоями изделия. 5

Поставленная цель достигается тем р ч то в с пои с том изделии д пя режущего инструмента, содержащем подложку, выполненную из порошка перехоцных металлов, и сверхтвердый слой, выполненный f0 из порошка по крайней мере одного сверхтвердого материала из группы: алмаз, нитрид бора кубической или вюрцитной модификации, Подложка выполнена из смеси порошков переходных металлов и диборидов переходных металлов 1У-УП групп, с размером частиц 0,1-10 мкм в соотношении

7:3 3:7, а сверхтвердый слой дополнительно содержит указанную смесь при следук цем соотношении .компонентов, вес.%:

См есь перехо цных металлов и диборидов металлов 1УУП групп 0,5-50

С верх тве р дый м а тери а л 50-95,5

Основным отличительным признаком предлагаемого слоистого изделия является использование в качестве наполнителя сверхтвердого материала и подложки исходной многослойной таблетки смеси порошков с размером зерна 0,1-10 мкм диборидов переходных металлов 1У-УП групп с переходными металлами и в соотношении 7:33:7 по весу, при укаэанных в формуле изобретения соотношениях ингредиентов.

При введении к мелкодисперсным порош35 кам сверх твердого м ате риала с размером зерна 0,1-10 мкм наполнителя — диборидов переходных металлов 1У-УП групп периодической системы обладающих абразивной способностью, смачиваемостью большинством расплавленных металлов и наиболее близкими физико-механическими свойствами к сверхтвердым материалам — кубическому, вюрцитному нитриду бора, алмазу, в условиях высоких давлений и тем35 ператур происходит их взаимодействие между собой с образованием прочных связей между взаимодействующими частицами. Дополнительное введение B смесь сверхтвердых материалов и диборицов переходных металлов 1У-УП групп способствует более прочному сцеплению частиц между собой, поскольку дибориды переходных металлов хорошо смачиваются переходными металлами, При изготовлении подложки из того же 5 состава, что и наполнитель абразивного слоя, т.е. из смеси диборидов переходных металлов 1У-УП групп с переходными ме таллами в условиях вЬ соких давлений и температур достигается черезвычайно сильная адгезия слоев изделия. Причем при использовании порошков ингредиентов с размером зерна 0,1-10 мкм наблюцается наиболее сильное сцепление слоев изделия и наиболее высокие режущие свойства абразивного слоя. Экспериментально установлено, что цель изобретения достигается, когда дибориды переходных металлов 1УУП групп находятся в смеси с переход ными металлами в соотношении 7:3-3:7 по весу. При содержании переходных металлов и диборицов вне указанных пределов увеличивается расслаивание слоев иэделий.

Введение в материал наполнителя и подложки 0,5-5 вес.% катализаторов- заство-! рителей относительно сверхтвердого материала, например алюминия, диборида магния, бора, способствует частичному расстворению сверхтвердых материалов и диборидов переходных металлов, что приводит к их лучшему сцеплению между собой и с переходными металлами, т.е. к увеличению адгезии слоев изделия.

Повышенное содержа ние (более 5 вес.%) катализаторов-растворителей в наполнителе и подложке ухуцшает режущие свойства абразивного слоя, а при их содержании менее 0,5 вес.% они не создают заметного эффекта. Причем размер зерен катализаторов для достижения цели изобретения должен составлять 0,1-10 мкм. Размер зерна катализатора меньше О, 1 мкм трудно практически получить, а при размере зерна более 10 мкм уменьшается agreзия слоев из де г.ия.:.

Зкспериментально установлено, что смесь диборидов переходных металлов с переходными металлами относительно сверхтвердого матИриала должна находиться в пределах 0,5-эО вес.%. При нали- ии в изделии указанной смеси ниже 0,5 вес./0 уменьшается выход продукта синтеза и адгезия слоев, а при их наличии более

50 вес.% ухудшаются физико-механические свойства абразивного слоя. двухслойное изделие образовано из сверхтвердого слоя и паяющейся подложки или из абразивного стержня, окруженного паяющей втулкой. Толщина слоев подложки может быть сравнительно небольшой, однако в силу очень высокой адгезии слоев после их обработки высокими давлениями и температурами изделие представляет собой монолитную таблетку. Также можно получать многослойные изделия и при коаксиальном расположении слоев

814987 6 н фикаций нитрида бора и алмаза. При давлениях ниже 35 кбар продукт синтеза (слоистые изделия) выходит недостаточно высокого качества, а при давлениях более 100 кбар уменьшается стойкость аппаратов высокого давления. Время спекания 0,1-5 мин в указанной области давлений и температур является достаточным в для образования монолитного изделия. Ка»О чество слоистых изделий оценивается по ля- шлифам, наличию микротрещин и сколов в но- слоях, по разделению слоев изделия в прое- gecce их эксплуатации

В результате спекания получаются выых »5 рококачественные поликристаллические од,К» послойные, двухслойные и многослойные изделия диаметром 4-16 мм и высотой

4-6 мм. Рентгеновский фазовый анализ показал, что изделия по составу многогo фазные. В них наблюдается три основные у- фазы: вюрцитная, сфалеритная, гексагональная типа 48В г, характерная для диб- боридов переходных металлов.

В таблице приведены примеры практического осуществления предлагаемого слоо- истого изделия для режущего инструмента.

Указаны граничные значения интервалов ис;пользуемых режимов и компонентов, процент разделения слоев изделия и их выкрашивания в процессе эксплуатации. из сверхтвердого материала в виде цили дров и стержня, чередующихся с цилиндрами из диборидов переходных металлов и с переходными металлами. Укаэанные слоистые изделия отличаются высокими режущими свойствами и процент выхода качественного изделия близок к 100%.

Технология получения слоистого иэде лия для режущего инструмента состоит следующем.

Исходными компонентами изделия яв ются микропорошки кубического, вюрцит го нитрида бора, алмаза, диборидов пер ходных металлов 1У-УП групп -7» 5> 7,».

НЮ2, Ь г, НЬ Ь г 7с» Ь г,C r Ьг,М и Ь переходи металлов -Ti,Zr,Hf,×,МЬ Va,Cr, Mn,ГВ,Co алюминия, диборидов магния, бора с раз мером зерна 0,1-10 мкм.

Для изготовления исходных изделий приготавливают шихту, состав и материап ингредиентов которой указаны в форм ле изобретения. Предварительно ингредиенты дробят в шаровой мельнице или ви ромельнице с твердосплавными шарами в течение одного и более часов до зернистости, например, 0,3-0,5 мкм. Затем п рошки перемешиваются и прессуются в и делие под давлением 3-8 т/см . llnsr улуч шения прессования слоев изделия в них добавляется декстрин 6-10 вес.9o (водный раствор). Спрессованные изделия после их тщательного просушивания при температуре 60-200 С помещаются во о внутреннее отверстие графитового нагревателя, вставленного в контейнер иэ литографского камня. При нагревании изделий путем пропускания через них электрического тока графитовый нагреватель может отсутствовать. Для получения профильных изделий в виде трех, четырех-, шестигран

40 ника внутреннее отверстие контейнера или нагревателя выполняется соответствующей формы. Контейнер устанавливается в аппа рат высокого давления, затем изделия подвергаются воздействию давления в 35100 кбар и температур 1200-2600 С в течение 0,1-5 мин. Параметры синтеза выбирают из фазовых диаграмм нитрида,бора и углерода, они соответствуют термодинамической устойчивости плотных модиКак видно из таблицы, в результате использования в качестве подложки и наполчителя сверхтвердых материалов сме, си порошков переходных металлов -Ч »,7,г

qf q Ng, o,Cr, Мп,Ре, Со, М» и диборидов переходных металлов 1У-КП групп

Т ьг,z, Вг,Я г ye<,ЙЬЬ г,та Вг,СгВ„МпВг, в соотношениях укаэанных в формуле изобретения и с размерами зерен 0,1-10 мкм существенно увеличилась адгезия слоев изделия. В результате использования известного слоистого изделия из-еа недостаточно высокой адгеэии слоев брак из-юа разделения слоев таблетки и их выкрашивания составляет 29-35%, а в предлагаемом способе 2-10%. Режущие свойства слоистого изделия находятся на уровне режущих свойств поликристаллов кубического нитрида бора.

814987

tg о

0 ц а о

О -1 1 I I

I I.

l I I 1

4

I о3 ж Е О m

Щ С Я С ) CQ 0) С ) С ) 0) Ñ

° \

tg

Э Ж

2 а а >

Ч (О (Q

С )

3

2 а

«Ъ эаo о

3; а

О Q О О О О О О О

О О О О О О О О О О

С9 С9 Ф СО O 0) О . 03 Ю Ф

1 т- т-1 т-1 1-1 тЧ

О

О

Ь) О

О (D

O

О

О

О

С

О Я О Ф Ф

О Q Ф а 3 Ф П С9

8 и

О О O О О

Ф Ф Ф <О

О (g б

Е g

О Ф

CG

С. 2

О

3О

° 3

FO

О

О

g4

О

fCj

1 о Ф

О о

Ср cD

«С С

CV 3О

ЮФ

СО О

СO О

О C. @

О О е-1 СЧ СО.

СО 0) О 4

Ф t0 С0

8( а g

Ф Cl щ

Ф Э

Э а р) М

0.e>

° W о

С4

dl, Рй

Ю ((О (О б3 СА

Ф

О

Ъ

cL

Я

О

«р, Ж cCI

О

О

Л

h3

О

О

СО (O

М

d3

О

М1

1О

О

Ь

СЧ (9

l4

О сО

О 4

Я

О 0

FD 3 т

\Ч

Ю

FO

4Г

О (47

М

Ю

О с 4

О 4

+сч с0

Ю

g4

О

СГ

C)

О

4«Е

С0

М)

Cl

8 14987

8

Л.. ф ф

1 а

3 к

В а

«1 о

Т о о т-1 т" 1 о т-1 о

О1 о о

СЧ о

IQ о

« о

3 4 о у-1 о (Q о о о

С0 о о

С") о о о о

Щ о о

С0 о о

CQ о о Ф

СЧ о о

0) о о. о о

С о о

lQ о о

С4 о о

3-1 о о

С4 о о с1 о о о лЗ

Ю .О .У

LФ

СО б

Е о

СС

С0

Со о

° ч

:и ь

М о о

Ф

О с0 о о ) о

tQ

Eо

+ о

CJ о

) о

1«»

С4

С0 о

f47

0 о (Ч)

С0

0 о

1-" о

LС3 о

44 о

le

t4

CA

»Ф4

:г о

C. 7 о

ЮЯ

C)

1«»

IA о

СО Оф % м

Ф

3 о

1 »

)«»

Ф

Гм о

СО м о

О о

O) С0

С4 б)

С4 Ф о

С4

Ж

Щ о

СЧ

С0

Н4

:ю

Я о

С4

Ю м

ЗЙ о

СО

О о

1« сч

CD

) о (С)

Se

;й

CO о

О ,0 ,-й о

СС1

Ф ,0 о

I о

ССЭ

Ж л с0 о

Ф х о Ф сч

С0 б

Уо

4) о

А

СЭ о Ф о +„, СС1 СО й» (О:Е о

С1 о о

° » М

nfl .. . о

$a,ф, Лй

С0

Х м о

О л о

СГ\ о

1«» о

Ю

Ю

ie

CG о

СО

С. о

If

+ сО

L Л о

1»

«ф, Щ

v о сА

g4 о о

Щ 1

?»

Ю

4О

IA о о

fO

+ ее с0

S14 о с» о

CO

Ф

CA о

4 л

CD

ECl

О °

CV

С0

И о

L.

С.1 о

О

Ф

<Ч

CO о3

Х

СО

41

СЧ

С0

Й о

СО

L. о

С(Ъ

С7

?С

С0 м

СО

1.3

Ю (О

Ф йа о

О Э

СФ

ЛВ

С0

С4 Я о о

Се

СО СО

° r о о о

CA h

+ Ф + о ™ и

О О с

+ + +

СУ1

Х ф С0 CD о

С4

Ф о о

СС)

;а о

СЧ

Ф

Со о

С()

Ф

««» о

1»ю о

«1»

814987

I 1

Ф

Щ

v о

Г о

Ф

Cl

6 о

М у

6 о

Ц

МР

Ф

lC ж

Ф

М

3 о о.

Q ,С и

Ф

Ф

Ci.

И

3ф

Ф

Cf

Й 4 о

Ю а.

Ю о

Х

0, Al о о

Щ о

С о

1- о, o аO

Ф

<ц а

Ф ъ (i E о о

00 о о

l о о о о о о (0

О о

Р4

cQ

Ро 0

4. 7 о "1 (Ч (Q

Д о и

-.и о

fthm

С4

Ю

Я о о 4 о 0 и

О Э

М

Ф

Э ж

Э (ч и о о (.Р

С) и

С4 (О

Sь3 о 0

C) Ф и

Ж о О о

Ю

Я

Р о о

Г. с0 о

О

"х

Э и о

Б а

6l 2

Э g

Ф и

Ф а

Щ дф.

4

1 о

Ф Я

v щ Ф

Ю

Ж в) о ,"3 о

Ф о

Х

Ю

®

0 с.) о

CV

Ю о 0 ГФ м

Ю

00 о о

Ю

Ы о

d)

ill

CJ ь

< )

FCO о . IQ аО

+ с0

О 6

Я л (Й

Lll

13 814987

Формула изобретения ч

Слоистое изделие для режущего инструмента, содержащее подложку, выполненную из порошка переходных металлов и

5 сверхтвердый спой, выполненный из порошка по крайней мере одного сверхтвердого материала из группы: алмаз, нитрид бора кубической или вюрцитной модификации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения адгезии между слоями, подложка выполнена из смеси порошков переходных металлов и диборидов переходных металлов 1У-УП групп, с размером

14 астиц 0,1-10 мкм в соотношении 7:33:7, а сверхтвердый спой дополнительно содержит указанную смесь при следующем соотношении компонентов, вес.%:

Смесь переходных металлов и диборидов металлов 1УУП групп 0,5-50

Сверхтвердый материал 50-95,5

И сточ ники и нформации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент CIIJA N 3233988, кл. 51/307, опублик. 1966.

2. Патент ФРГ N 2232227, кл. С 04, В 39/46, опублик. 1972.

Составитель В. Шилило

Редактор H. Лазаренко Техред Е.Гаврилешко Корректор М. Демчик

Заказ 953/3 9 Тираж 660 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж 5, Раушская наб., a. 4/5

Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4