RU2286242C1 - Bond for manufacture of diamond tools - Google Patents

Bond for manufacture of diamond tools Download PDF

Info

Publication number
RU2286242C1
RU2286242C1 RU2005135025/02A RU2005135025A RU2286242C1 RU 2286242 C1 RU2286242 C1 RU 2286242C1 RU 2005135025/02 A RU2005135025/02 A RU 2005135025/02A RU 2005135025 A RU2005135025 A RU 2005135025A RU 2286242 C1 RU2286242 C1 RU 2286242C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
alloying additive
manufacture
cobalt
tungsten
diamond
Prior art date
Application number
RU2005135025/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Александрович Левашов (RU)
Евгений Александрович Левашов
Владимир Алексеевич Андреев (RU)
Владимир Алексеевич Андреев
Виктори Владимировна Курбаткина (RU)
Виктория Владимировна Курбаткина
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный институт стали и сплавов" (технологический университет)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный институт стали и сплавов" (технологический университет) filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный институт стали и сплавов" (технологический университет)
Priority to RU2005135025/02A priority Critical patent/RU2286242C1/en
Priority to US12/084,923 priority patent/US9764448B2/en
Priority to ES06812911T priority patent/ES2775950T3/en
Priority to PCT/RU2006/000491 priority patent/WO2007055616A1/en
Priority to EP06812911.3A priority patent/EP1971462B1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2286242C1 publication Critical patent/RU2286242C1/en

Links

Landscapes

  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)

Abstract

FIELD: powder metallurgy; cobalt-based bonds for manufacture of diamond cutting tools for construction engineering and treatment of stones.
SUBSTANCE: proposed bond contains cobalt and alloying additive in form of nano-powder; content of alloying additive is equal to 1-15 mass-%; used as alloying additive is tungsten carbide or tungsten or aluminum oxide or zirconium dioxide or niobium carbide or ultra-dispersed diamonds coated with silver or nickel.
EFFECT: enhanced wear resistance with no increase of sintering temperature; enhanced hardness, strength and impact viscosity.
3 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к порошковой металлургии, к способам получения изделий из твердосплавных материалов. Изобретение может быть использовано в качестве связок на основе кобальта при изготовлении алмазного режущего инструмента для стройиндустрии и камнеобработки, включая отрезные сегментные круги (АОСК) различной конструкции и канаты для резки железобетона и асфальта, применяемые при реконструкции шоссейных дорог, взлетно-посадочных полос аэродромов, реновации металлургических предприятий, АЭС, мостов и других сооружений; сверла для резки монолитного железобетона; диски и канаты для карьерной добычи натурального камня и крупно-серийного производства облицовочных материалов.The invention relates to powder metallurgy, to methods for producing products from carbide materials. The invention can be used as cobalt-based ligaments in the manufacture of diamond cutting tools for the construction industry and stone processing, including cutting segment wheels (AOSK) of various designs and ropes for cutting reinforced concrete and asphalt used in the reconstruction of highways, runways of airfields, renovation metallurgical enterprises, nuclear power plants, bridges and other structures; drills for cutting reinforced concrete; disks and ropes for quarrying of natural stone and large-scale production of facing materials.

Связка оказывает влияние на конструкцию инструмента. В зависимости от связки выбирается материал корпуса, метод соединения алмазоносного слоя с корпусом. Физико-механические свойства связок предопределяют возможную получаемую форму и размеры алмазно-абразивного инструмента.The bundle affects the design of the tool. Depending on the bond, the material of the casing is selected, the method of connecting the diamond layer with the casing. The physicomechanical properties of the ligaments predetermine the possible resulting shape and dimensions of the diamond-abrasive tool.

Известна связка для алмазного инструмента (SU 1021586 А, опублик. 1983.06.07, кл. B 24 D 3/06) на основе кобальта, включающая добавки в виде карбида хрома, меди, олова, железа и никеля.Known bunch for diamond tools (SU 1021586 A, published. 1983.06.07, CL B 24 D 3/06) based on cobalt, including additives in the form of chromium carbide, copper, tin, iron and nickel.

Недостатком известного материала является недостаточная износостойкость, твердость, прочность и ударная вязкость.A disadvantage of the known material is insufficient wear resistance, hardness, strength and toughness.

Прототипом заявленного изобретения является связка для алмазного инструмента на основе кобальта и добавок в виде соединений кобальта, а также кремния, серы, магния, натрия и алюминия (JP 7207301, опублик. 1995.08.08).The prototype of the claimed invention is a bunch for a diamond tool based on cobalt and additives in the form of compounds of cobalt, as well as silicon, sulfur, magnesium, sodium and aluminum (JP 7207301, published. 1995.08.08).

Недостатком известной связки также является недостаточная твердость и прочность.A disadvantage of the known ligament is also insufficient hardness and strength.

В изобретении достигается технический результат, заключающийся в повышении износостойкости без существенного увеличения температуры спекания, а также твердости, прочности и ударной вязкости.The invention achieves the technical result, which consists in increasing wear resistance without a significant increase in sintering temperature, as well as hardness, strength and toughness.

Указанный технический результат достигается следующим образом.The specified technical result is achieved as follows.

Связка для изготовления алмазного инструмента содержит кобальт и легирующую добавку в виде нанопорошка. Содержание в связке легирующей добавки составляет 1-15 мас. %.A binder for the manufacture of diamond tools contains cobalt and a dopant in the form of a nanopowder. The content in the binder of the dopant is 1-15 wt. %

При этом в качестве легирующей добавки используют карбид вольфрама, или вольфрам, или оксид алюминия, или диоксид циркония, или карбид ниобия.In this case, tungsten carbide, or tungsten, or aluminum oxide, or zirconia, or niobium carbide is used as an alloying additive.

Также в качестве легирующей добавки используют ультрадисперсные алмазы, покрытые серебром или никелем.Also, ultrafine diamonds coated with silver or nickel are used as an alloying additive.

За счет наличия кобальта как основного компонента состава связка удовлетворяет следующим требованиям:Due to the presence of cobalt as the main component of the composition, the binder satisfies the following requirements:

а) обладает хорошей смачиваемостью по отношению к алмазу;a) has good wettability with respect to diamond;

б) прочно удерживает алмазные зерна;b) firmly holds diamond grains;

в) обеспечивает самозатачивание, т.е. по мере затупления алмазных зерен изнашивается, способствуя выкрашиванию затупившихся зерен и вскрытию режущих граней новых зерен;c) provides self-sharpening, i.e. as the blunting of the diamond grains, it wears out, contributing to the chipping of the blunt grains and the opening of the cutting faces of the new grains;

г) обладает достаточной термостойкостью и имеет хорошую теплопроводность;g) has sufficient heat resistance and has good thermal conductivity;

д) в паре с обрабатываемым материалом имеет минимальный коэффициент трения;d) paired with the processed material has a minimum coefficient of friction;

е) имеет коэффициент линейного расширения, приближающийся к коэффициенту линейного расширения алмаза;e) has a coefficient of linear expansion, approaching the coefficient of linear expansion of diamond;

ж) не вступает в химическое взаимодействие с обрабатываемым материалом и охлаждающей жидкостью.g) does not enter into chemical interaction with the processed material and coolant.

Легирующие добавки указанного состава обеспечивают высокую твердость, жаропрочность и термостойкость связок.Alloying additives of the specified composition provide high hardness, heat resistance and heat resistance of the ligaments.

Содержания легирующих добавок в количестве ниже минимального значения указанного диапазона (1 мас. %) недостаточно для обеспечения равномерного распределения по всему объему материала, и их влияние на структуру и свойства полученного материала незначительно. При превышении максимального значения диапазона (15 мас. %) содержание легирующего материала - нанокомпонента слишком велико. Так как легирующий материал является более твердым материалом по сравнению с кобальтом, то он выступает в роли концентратора напряжений, что сильно охрупчивает материал и приводит к снижению прочностных характеристик и износостойкости связки.The content of alloying additives in an amount below the minimum value of the specified range (1 wt.%) Is not enough to ensure uniform distribution throughout the volume of the material, and their effect on the structure and properties of the obtained material is negligible. When exceeding the maximum value of the range (15 wt.%), The content of the alloying material - the nanocomponent is too high. Since the alloying material is a harder material than cobalt, it acts as a stress concentrator, which greatly embrittles the material and leads to a decrease in the strength characteristics and wear resistance of the binder.

Связки могут быть получены методом порошковой металлургии: спеканием с последующим прессованием при температуре спекания. Этот метод является высокопроизводительным, так как продолжительность процесса нагрева до температуры спекания, выдержка при температуре спекания, прессование и охлаждение до комнатной температуры не превышает 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 необходимых плотности и формы изделий. Конструкция пресс-формы позволяет проводить процесс в инертной или защитной атмосфере, что повышает качество инструмента.Bundles can be obtained by powder metallurgy: sintering followed by pressing at a sintering temperature. This method is highly productive, since the duration of the heating process to sintering temperature, exposure to sintering temperature, pressing and cooling to room temperature does not exceed 15 minutes. High heating rates and a uniform temperature distribution in the working chamber are ensured by passing an electric current through a sinter mold, which is also a mold. At the end of the exposure at the annealing temperature, pressing is immediately carried out to ensure the necessary density and shape of the products. The mold design allows the process to be carried out in an inert or protective atmosphere, which improves the quality of the tool.

В таблице приведены примеры, показывающие зависимость состава связок и получаемых свойств.The table shows examples showing the dependence of the composition of the ligaments and the resulting properties.

Figure 00000001
Figure 00000001

Материалы связок по изобретению обеспечат лучшие экономические показатели по сравнению с аналогами ведущих мировых производителей по критериям цена/ресурс и цена/производительность. Так, например, алмазосодержащие сегменты для резки асфальта работают в сверхтвердой абразивной среде. Традиционное упрочнение матрицы за счет введения карбида вольфрама имеет ограничение по концентрации из-за необходимости повышения температуры спекания (это означает снижение прочности алмазов и дополнительный износ технологической оснастки).The materials of the ligaments according to the invention will provide better economic indicators in comparison with analogues of the world's leading manufacturers according to the criteria of price / resource and price / performance. For example, diamond-containing segments for cutting asphalt operate in a superhard abrasive medium. The traditional matrix hardening due to the introduction of tungsten carbide has a concentration limit due to the need to increase the sintering temperature (this means a decrease in diamond strength and additional wear of technological equipment).

Введение легирующих добавок - наночастиц в связку позволит увеличить ее износостойкость без существенного увеличения температуры спекания. Сегменты для резки гранита вовлечены в массовое производство строительных облицовочных материалов и поэтому сами являются массовым продуктом. Стоимость их изготовления и удельные расходы на эксплуатацию играют важную роль в экономике соответствующего производства. Замена традиционных связок на связки на основе кобальта уменьшит соответствующие затраты на сырье. При этом служебные характеристики (износостойкость, твердость, ударная вязкость) таких связок будут сохранены введением в них наночастиц WC, Al2O3 и других.The introduction of alloying additives - nanoparticles into the binder will increase its wear resistance without a significant increase in sintering temperature. Granite cutting segments are involved in the mass production of building cladding materials and therefore are themselves a mass product. The cost of their manufacture and unit operating costs play an important role in the economy of the corresponding production. Replacing traditional ligaments with cobalt-based ligaments will reduce the corresponding raw material costs. In this case, the service characteristics (wear resistance, hardness, toughness) of such bonds will be preserved by the introduction of WC, Al 2 O 3 and other nanoparticles into them.

Материалы, использующиеся в качестве связки для изготовления перлин, пригодные для горячего прессования, во многом подошли к пределу по служебным характеристикам. Дальнейшее развитие идет по пути технологии горячего изостатического прессования (ГИП), что требует очень больших капитальных затрат на оборудование, стоимостью в несколько миллионов долларов. С другой стороны, методом горячего прессования за счет введения в связку наночастиц можно изготовить перлины с характеристиками, близкими к перлинам, полученным по ГИП-технологии.Materials used as a binder for the manufacture of perlins, suitable for hot pressing, have largely come to the limit in terms of performance. Further development follows the path of hot isostatic pressing (GUI) technology, which requires very high capital costs for equipment worth several million dollars. On the other hand, by hot pressing due to the introduction of nanoparticles into the bundle, it is possible to produce perlins with characteristics similar to those obtained using the HIP technology.

Введение легирующих добавок - нанопорошков карбида вольфрама, или вольфрама, или оксида алюминия, или диоксида циркония, или карбида ниобия, или ультрадисперсных алмазов, покрытых серебром или никелем, обеспечивает высокую прочность, теплопроводность и трещиностойкость. Контролируемые малые добавки легирующих элементов дают уникальное сочетание свойств: прочности, твердости, трещиностойкости, коэффициента трения в зоне резания, что позволяет повысить срок службы изделий в особо нагруженных условиях на 10-20% относительно базового варианта при сохранении режущей способности.The introduction of alloying additives - nanopowders of tungsten carbide, or tungsten, or aluminum oxide, or zirconium dioxide, or niobium carbide, or ultrafine diamonds coated with silver or nickel, provides high strength, thermal conductivity and crack resistance. Controlled small additives of alloying elements give a unique combination of properties: strength, hardness, crack resistance, coefficient of friction in the cutting zone, which allows to increase the service life of products in especially loaded conditions by 10-20% relative to the base case while maintaining the cutting ability.

Claims (3)

1. Связка для изготовления алмазного инструмента, содержащая кобальт и легирующую добавку в виде нанопорошка, при этом содержание в связке легирующей добавки составляет 1-15 мас.%.1. A bunch for the manufacture of diamond tools containing cobalt and an alloying additive in the form of nanopowders, while the content in the bundle of an alloying additive is 1-15 wt.%. 2. Связка по п.1, в которой в качестве легирующей добавки используют карбид вольфрама, или вольфрам, или оксид алюминия, или диоксид циркония, или карбид ниобия.2. The bond according to claim 1, in which tungsten carbide, or tungsten, or aluminum oxide, or zirconia, or niobium carbide is used as an alloying additive. 3. Связка по п.1, в которой в качестве легирующей добавки используют ультрадисперсные алмазы, покрытые серебром или никелем.3. The bond according to claim 1, in which ultrafine diamonds coated with silver or nickel are used as a dopant.
RU2005135025/02A 2005-11-14 2005-11-14 Bond for manufacture of diamond tools RU2286242C1 (en)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005135025/02A RU2286242C1 (en) 2005-11-14 2005-11-14 Bond for manufacture of diamond tools
US12/084,923 US9764448B2 (en) 2005-11-14 2006-09-25 Binder for the fabrication of diamond tools
ES06812911T ES2775950T3 (en) 2005-11-14 2006-09-25 Binder for the manufacture of diamond tools
PCT/RU2006/000491 WO2007055616A1 (en) 2005-11-14 2006-09-25 Binder for the fabrication of diamond tools
EP06812911.3A EP1971462B1 (en) 2005-11-14 2006-09-25 Binder for the fabrication of diamond tools

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005135025/02A RU2286242C1 (en) 2005-11-14 2005-11-14 Bond for manufacture of diamond tools

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2286242C1 true RU2286242C1 (en) 2006-10-27

Family

ID=37438624

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005135025/02A RU2286242C1 (en) 2005-11-14 2005-11-14 Bond for manufacture of diamond tools

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2286242C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011108959A3 (en) * 2010-03-01 2011-10-20 The Federal State Educational Institution Of The Higher Professional Education "National University Of Science And Technology "Misis" Copper based binder for the fabrication of diamond tools
CN102896311A (en) * 2012-09-19 2013-01-30 河南省亚龙金刚石制品有限公司 Powder-shaped adhesive for diamond composite sheet and preparation method thereof
CN106863152A (en) * 2016-12-28 2017-06-20 北京安泰钢研超硬材料制品有限责任公司 Metallic bond, the skive prepared using the bonding agent and its manufacture method

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011108959A3 (en) * 2010-03-01 2011-10-20 The Federal State Educational Institution Of The Higher Professional Education "National University Of Science And Technology "Misis" Copper based binder for the fabrication of diamond tools
CN103038025A (en) * 2010-03-01 2013-04-10 俄罗斯联邦政府预算机构《联邦军事、特殊及双用途智力活动成果权利保护机构》 Copper based binder for the fabrication of diamond tools
US9156137B2 (en) 2010-03-01 2015-10-13 Federal State Budgetary Institution <Federal Agency for Legal Protection of Military, Special and Dual Use Intellectual Activity Results> Copper based binder for the fabrication of diamond tools
CN102896311A (en) * 2012-09-19 2013-01-30 河南省亚龙金刚石制品有限公司 Powder-shaped adhesive for diamond composite sheet and preparation method thereof
CN102896311B (en) * 2012-09-19 2014-09-24 河南省亚龙金刚石制品有限公司 Powder-shaped adhesive for diamond composite sheet and preparation method thereof
CN106863152A (en) * 2016-12-28 2017-06-20 北京安泰钢研超硬材料制品有限责任公司 Metallic bond, the skive prepared using the bonding agent and its manufacture method
CN106863152B (en) * 2016-12-28 2020-03-27 北京安泰钢研超硬材料制品有限责任公司 Metal bonding agent, diamond grinding wheel prepared by adopting metal bonding agent and manufacturing method of diamond grinding wheel

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101426184B1 (en) Copper based binder for the fabrication of diamond tools
Konstanty et al. Wear mechanism of iron-base diamond-impregnated tool composites
Zhao et al. Effect of Fe-based pre-alloyed powder on the microstructure and holding strength of impregnated diamond bit matrix
Nitkiewicz et al. Tin influence on diamond–metal matrix hot pressed tools for stone cutting
CN103894939B (en) A kind of cutter head and manufacture method thereof
CN1014306B (en) Low pressure bonding of pcd bodies and method
ES2775950T3 (en) Binder for the manufacture of diamond tools
CN103924930B (en) A kind of impregnated tooth being applicable to strong abrasiveness hard formation and preparation method thereof
RU2286241C1 (en) Bond for manufacture of diamond tools
Chen et al. Effect of basalt fiber on the thermal conductivity and wear resistance of sintered WC-based diamond composites
RU2286242C1 (en) Bond for manufacture of diamond tools
CN107116490A (en) The SHS preparation methods of multi-block type diamond segment
RU2432249C1 (en) Copper-based binder for production of diamond tool
RU2432247C1 (en) Copper-based binder for production of diamond tool
Chen et al. Effect of basalt fiber on the microstructure and holding strength of sintered WC-based diamond composite
RU2286243C1 (en) Bond for manufacture of diamond tools
Bulut et al. The comparison of the sintering methods for diamond cutting tools
RU2595000C1 (en) Composition for making cutting tools for steel and cast iron
RU2679807C1 (en) Diamond tools on thermal-wire metal connection
RU2487006C1 (en) Copper-based binder for making cutting tool with superhard material
Cui et al. Comparative analysis of the brazing mechanism and wear characteristics of brazed diamond abrasive with Zr-alloyed Cu-based filler metals
CN204053826U (en) A kind of cutter head and making mould thereof
Islak et al. Wear characteristics of circular cBN/diamond saws produced by hot pressing
JPH0754075A (en) Cobalt-bonded diamond tool, its production and usage
KR20080078297A (en) Cutting tip, method for making the cutting tip and cutting tool

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20091115

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20120427