RU2484940C2

RU2484940C2 - Method of making diamond-metal composite by explosive pressing

Info

Publication number: RU2484940C2
Application number: RU2011122214/02A
Authority: RU
Inventors: Софья Петровна Яковлева; Сусанна Николаевна Махарова; Мария Ильинична Васильева; Геннадий Георгиевич Винокуров
Priority date: 2011-05-31
Filing date: 2011-05-31
Publication date: 2013-06-20
Also published as: RU2011122214A

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to powder metallurgy, particularly, to production of iron-carbon-based diamond-metal composite. Powder containing iron-carbon binder composed of the mix of powders is prepared consisting of 80% of wear proof powder "ПГ-ФБХ6" and 20% of stainless steel powder "ПХ18Н9Т", and natural diamond powder A7K80 500/400 added to get its 100%-content in nonporous compact. Explosive pressing is performed at explosive charge diameter of 50 mm and short-term thermal treatment is carried out for 15 min at 800°C.

EFFECT: higher wear resistance and efficiency, longer life.

1 dwg

Description

Суть изобретения: Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к производству рабочих элементов алмазных инструментов. Предложен способ получения износостойкого алмазосодержащего композиционного материала цилиндрической формы, заключающийся во взрывном прессовании смеси порошков железоуглеродистых сплавов и природного алмаза, отличающийся тем, что связующее состоит из смеси порошков железоуглеродистых сплавов (легкодеформируемого и высокопрочного).The essence of the invention: The invention relates to powder metallurgy, in particular to the production of working elements of diamond tools. A method for producing a wear-resistant diamond-containing composite material of a cylindrical shape is proposed, which consists in the explosive pressing of a mixture of powders of iron-carbon alloys and natural diamond, characterized in that the binder consists of a mixture of powders of iron-carbon alloys (easily deformable and high strength).

Описание изобретения: Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к производству рабочих элементов алмазных инструментов. Предложен способ получения износостойкого алмазосодержащего композиционного материала цилиндрической формы, заключающийся во взрывном прессовании [Селиванов В.В., Кобылкин И.Ф., Новиков С.А. Взрывные технологии. М., 2008. 648 с.] (фиг.1) и кратковременного нагрева смеси порошков железоуглеродистых сплавов и алмаза, отличающийся тем, что связующее состоит из смеси порошков железоуглеродистых сплавов: ПХ18Н9Т (относительно мягкий порошок нержавеющей стали) и ПГ-ФБХ6 (износостойкий порошок повышенной твердости для напыления) с объемной долей алмазов 2%.Description of the invention: The invention relates to powder metallurgy, in particular to the production of working elements of diamond tools. A method for producing a wear-resistant diamond-containing composite material of a cylindrical shape, consisting in explosive pressing [Selivanov V.V., Kobylkin I.F., Novikov S.A. Explosive technology. M., 2008. 648 pp.] (Fig. 1) and short-term heating of a mixture of powders of iron-carbon alloys and diamond, characterized in that the binder consists of a mixture of powders of iron-carbon alloys: ПХ18Н9Т (relatively soft stainless steel powder) and ПГ-ФБХ6 (wear-resistant high hardness powder for spraying) with a volume fraction of diamonds of 2%.

Известен материал связующего на основе карбида вольфрама, меди и никеля и способ получения комбинированных деталей [А.с. 2136479, Волков Л.Л. 98110410/02]. Недостатком данного изобретения является дороговизна этих порошков и сложность, энергоемкость при изготовлении, а также длительное термическое воздействие на алмазные частицы в процессе изготовления, что может привести к появлению неалмазного углерода в алмазосодержащем материале.Known binder material based on tungsten carbide, copper and Nickel and a method for producing combined parts [A.S. 2136479, Volkov L.L. 98110410/02]. The disadvantage of this invention is the high cost of these powders and the complexity, energy consumption in the manufacture, as well as the long-term thermal effect on diamond particles during the manufacturing process, which can lead to the appearance of non-diamond carbon in the diamond-containing material.

Известен другой материал связующего из металлического кобальта, получаемый путем восстановления кислородсодержащих соединений кобальта водородом при повышенной температуре [Lueger Lexikon der Technik, том 5, стр.403, 4-е издание, 1963 г.]. Недостаток данного изобретения в том, что в составе материала связующего имеются примеси, которые могут быть нежелательны в изготовлении алмазного инструмента из-за большого количества пор.Another cobalt metal binder material is known, obtained by reducing oxygen-containing cobalt compounds with hydrogen at elevated temperatures [Lueger Lexikon der Technik, Volume 5, p. 403, 4th edition, 1963]. The disadvantage of this invention is that in the composition of the binder material there are impurities that may be undesirable in the manufacture of diamond tools due to the large number of pores.

Задачей настоящего изобретения является повышение износостойкости алмазометаллического композита путем использования для компактирования метода взрывного прессования, с целью сохранности алмазной компоненты (минимальное термическое воздействие на алмазные частицы) и использование в качестве связующего смеси из двух порошков железоуглеродистого сплава (легкодеформируемого и высокопрочного).The objective of the present invention is to increase the wear resistance of a diamond metal composite by using the explosive pressing method for compacting, with the aim of preserving the diamond component (minimal thermal effect on diamond particles) and using an iron-carbon alloy (easily deformable and high-strength) as a binder mixture of two powders.

Предполагается, что износостойкий алмазометаллический композит мог бы использоваться как рабочий элемент инструментов, связанных с бурением. Задачей настоящего изобретения является обеспечение износостойкой структуры повышенной прочностью, твердостью, а также некоторым запасом пластичности. Другой задачей настоящего изобретения является - обеспечить улучшенное твердое композитное соединение, содержащее природный алмазный порошок дисперсностью 500/400 и сохранить близкими к исходным их прочностные свойства, для чего использовали метод взрывного прессования, которое обеспечивает минимальное термическое воздействие на алмазные частицы.It is assumed that a wear-resistant diamond-metal composite could be used as a working element of drilling related tools. The objective of the present invention is to provide a wear-resistant structure with increased strength, hardness, as well as some margin of ductility. Another objective of the present invention is to provide an improved solid composite compound containing natural diamond powder with a fineness of 500/400 and keep their strength properties close to the original, for which the explosive pressing method was used, which ensures minimal thermal effect on diamond particles.

Выявлено, что происходящая на стадии взрывного формования высокоскоростная деформация порошков железоуглеродистых сплавов дает возможность целенаправленно воздействовать на их структуру и свойства (вследствие определенной «активации» порошковых частиц) при термообработке, в результате чего твердость порошков значительно повышается. Кроме того, высокая энергетическая активность контактных участков способствует ускорению диффузионных процессов при спекании. Это позволило разработать составы двухкомпонентных связующих, сочетающих легкодеформируемые и высокопрочные порошки железоуглеродистых сплавов. Благодаря присутствию легкодеформируемой компоненты обеспечиваются монолитность прессовок и лучшая сохранность алмазной компоненты при воздействии взрыва. При термообработке происходит упрочнение обеих компонент, но упрочнение «мягкой» компоненты происходит более интенсивно: твердость увеличивается в 2…3 раза и более. Технология позволяет дифференцированно регулировать прочность компонент связующего для повышения ее твердости при сохранении необходимой пластичности.It was revealed that the high-speed deformation of powders of iron-carbon alloys that occurs at the stage of explosive molding makes it possible to purposefully affect their structure and properties (due to a certain "activation" of powder particles) during heat treatment, as a result of which the hardness of the powders increases significantly. In addition, the high energy activity of the contact areas contributes to the acceleration of diffusion processes during sintering. This made it possible to develop compositions of two-component binders combining easily deformable and high-strength powders of iron-carbon alloys. Due to the presence of an easily deformable component, the compactness of the compacts and the best preservation of the diamond component under the influence of an explosion are ensured. During heat treatment, hardening of both components occurs, but hardening of the “soft” component occurs more intensively: hardness increases by 2 ... 3 times or more. The technology allows differentially adjusting the strength of the binder components to increase its hardness while maintaining the necessary ductility.

На фиг.1 показана осесимметричная схема, в соответствии с которой металлические ампулы с шихтой помещались в цилиндрические контейнеры и засыпались взрывчатым веществом: аммонитом 6ЖВ в случае связки ПХ18Н9Т и ПГ-ФБХ6 [Селиванов В.В., Кобылкин И.Ф., Новиков С.А. Взрывные технологии. М., 2008. 648 с.].Figure 1 shows an axisymmetric scheme in accordance with which metal ampoules with a charge were placed in cylindrical containers and filled with explosive: 6ZhV ammonite in the case of a bunch of ПХ18Н9Т and ПГ-ФБХ6 [Selivanov V.V., Kobylkin I.F., Novikov S. .BUT. Explosive technology. M., 2008. 648 p.].

Выбор порошков из железоуглеродистых сплавов обоснован наибольшей распространенностью и дешевизной. Также известно, что железоуглеродистые сплавы обладают широким диапазоном прочностных свойств и дают возможность получения изделий с повышенным уровнем механических характеристик, и имеют высокую уплотняемость и сравнительно высокую адгезионную активность по отношению к алмазу.The choice of powders from iron-carbon alloys is justified by the highest prevalence and low cost. It is also known that iron-carbon alloys have a wide range of strength properties and make it possible to obtain products with a high level of mechanical characteristics, and have high compactibility and relatively high adhesive activity with respect to diamond.

Состав связующего материала: не более 20% ПХ18Н9Т, остальное ПГ-ФБХ6. Алмазные порошки А7К80 500/400 (связующий материал ПХ18Н9Т и ПГ-ФБХ6) вводили из расчета получения 100% их содержания в беспористом компакте. Шихту готовили путем мокрого перемешивания; смачивающая жидкость - ацетон. После засыпки в ампулу и подпрессовки в шихту просушивали в течение 1 часа при 150°С, затем ампулу запечатывали.The composition of the binder material: not more than 20% PH18N9T, the rest PG-FBH6. A7K80 500/400 diamond powders (binding material ПХ18Н9Т and ПГ-ФБХ6) were introduced at the rate of obtaining 100% of their content in a non-porous compact. The mixture was prepared by wet mixing; wetting liquid - acetone. After filling in the ampoule and pressing into the charge, it was dried for 1 hour at 150 ° C, then the ampoule was sealed.

В экспериментах по взрывному прессованию была использована осесимметричная схема (фиг.2), в соответствии с которой металлические ампулы 2 с шихтой 1 помещались в цилиндрические контейнеры и засыпались взрывчатым веществом аммонитом 6ЖВ 3. После того как засыпали прессуемый порошок 1, ампула фиксировалась пробками 5, 6. Взрывное прессование проводили с помощью электродетонатора 4 при диаметре засыпки взрывчатого вещества 3 50 мм. Полученный брикет термообработали в печи при температуре 800°С длительностью 15 минут. Технологический режим изготовления алмазометаллического композита обоснован предварительными экспериментами по выбору диаметра засыпки взрывчатого вещества, температуры термообработки и времени выдержки. После анализа и сопоставления уровней упрочнения компонент легкодеформируемых и высокопрочных порошков при различных температурах нагрева, были выбраны наиболее перспективные режимы для получения алмазометаллических композитов.In the experiments on explosive pressing, an axisymmetric scheme was used (Fig. 2), according to which metal ampoules 2 with a charge 1 were placed in cylindrical containers and filled with explosive ammonite 6ZHV 3. After the pressed powder 1 was filled, the ampoule was fixed with stoppers 5. 6. Explosive pressing was carried out using an electric detonator 4 with an explosive filling diameter of 3 50 mm. The resulting briquette was heat treated in an oven at a temperature of 800 ° C for a duration of 15 minutes. The technological mode of manufacturing a diamond-metal composite is justified by preliminary experiments on the choice of the diameter of the explosive charge, the temperature of the heat treatment and the exposure time. After analyzing and comparing the hardening levels of the components of easily deformed and high-strength powders at various heating temperatures, the most promising modes were selected for the production of diamond-metal composites.

Режим взрывного прессования 50 мм выбран в результате предварительной отработки режимов, различающимся уровнем мощности: при значениях D_BB, равных 40, 45 и 50 мм.The mode of explosive pressing of 50 mm was selected as a result of preliminary testing of the modes, differing in the level of power: at values of D _BB equal to 40, 45, and 50 mm.

В данном случае хорошее сопротивление износу обеспечивается высокой прочностью, а сопротивление - образованию микротрещин и их залечивание - пластичностью. По результатам сравнительного анализа износостойкость изготовленных данным методом алмазометаллических композитов достигла уровня износостойкости промышленных алмазных карандашей (ГОСТ 607-80 тип 04, исполнение А, весовая группа алмазов 500/400 каратов, объемная доля алмазного сырья 5%), но при более чем, вдвое меньшем содержании алмаза.In this case, good wear resistance is ensured by high strength, and resistance to the formation of microcracks and their healing by ductility. According to the results of a comparative analysis, the wear resistance of diamond composites made by this method has reached the wear resistance of industrial diamond pencils (GOST 607-80 type 04, design A, weight group of diamonds 500/400 carats, the volume fraction of rough diamonds is 5%), but with more than half diamond content.

Claims

A method for producing a diamond-metal composite based on an iron-carbon binder, including the explosive pressing of a mixture containing natural diamond powder A7K80 500/400, introduced from the calculation of obtaining 100% of its content in a non-porous compact, and an iron-carbon binder in the form of a mixture of powders containing 80% wear-resistant PG- powder FBKh6 and 20% powder of stainless steel ПХ18Н9Т, with an explosive charge diameter of 50 mm, and short-term heat treatment at 800 ° C for 15 minutes.