RU2534713C2 - Композиционный алмазосодержащий материал инструментального назначения - Google Patents
Композиционный алмазосодержащий материал инструментального назначения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2534713C2 RU2534713C2 RU2013111616/02A RU2013111616A RU2534713C2 RU 2534713 C2 RU2534713 C2 RU 2534713C2 RU 2013111616/02 A RU2013111616/02 A RU 2013111616/02A RU 2013111616 A RU2013111616 A RU 2013111616A RU 2534713 C2 RU2534713 C2 RU 2534713C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- diamond
- diamond powder
- powder
- ultrafine
- composite
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)
Abstract
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению алмазных абразивных инструментов. Композиционный алмазосодержащий материал содержит, мас.%: технический порошок алмазов зернистостью 315/250 мкм - 5,0-7,0; ультрадисперсный порошок алмазов зернистостью 2/0 мкм - 1,0-3,0; олово - 18,0-20,0; медь - остальное. Обеспечивается повышение плотности, твердости и износостойкости материала, а также улучшение эксплуатационных показателей работы инструмента. 3 табл., 2 ил., 2 пр.
Description
Изобретение относится к области машиностроения, а именно созданию композиционных алмазосодержащих материалов и инструментов на их основе, предназначенных для поверхностной обработки различных материалов, например металлов и минералов различной твердости и обрабатываемости.
Известен способ изготовления алмазно-металлического композиционного материала на основе зерен алмаза размером 25÷2000 мкм (см. US 5096465, кл. 51-295, 1989 г.), где зерна алмаза берут в виде смеси зерен, по меньшей мере, двух размеров при соотношении 1:(6÷9). Для получения материала в пресс-форму помещают шихту, состоящую из послойно уложенных зерен алмаза и связующего материала, и подвергают шихту горячему прессованию при давлении 70-14000 кг/см и температуре 650-1300°C для обеспечения протекания связующего материала в поры между зернами алмаза. Предварительно до укладки в пресс-форму на зерна алмаза наносят покрытие из сплава, имеющего температуру плавления выше 1300°C и способного смачиваться связующим сплавом. В результате получают материал с объемным содержанием зерен алмаза 40÷75%.
Вместе с тем известно, что в результате воздействия высокой температуры происходит интенсивная графитизация алмазных зерен, что не может способствовать высокой прочности и износостойкости композиционных материалов на их основе. Кроме того, необходимость в металлизации для связывания зерен алмаза значительно усложняет и увеличивает трудоемкость технологического процесса.
По патенту RU 2172238 (кл. B24D 3/06, опубл. 2001 г.) связка для изготовления алмазного инструмента содержит основу в виде меди и добавки в виде олова, никеля, алюминия и ультрадисперсного алмаза. Способ включает в себя спекание заготовок при температуре 900°C в герметичном контейнере.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению (прототипом) является антифрикционный материал для поверхностей трения (см. RU 2006362, кл. B24D 3/06, 1994 г.), включающий спеченные интерметаллиды меди с цинком и оловом, отличающийся тем, что, с целью повышения задиростойкости, материал дополнительно содержит ультрадисперсный порошок алмаза в количестве от 5 до 50 мас.%. При этом твердость материала составляет 30-50 НВ, что удовлетворяет требованиям для поверхностей трения, однако недостаточна для материалов инструментального назначения.
С учетом сказанного, недостатки аналогов и прототипа можно сформулировать следующим образом: низкие показатели эксплуатационных свойств, выраженные, главным образом, в недостаточной износостойкости материалов, получаемые в результате графитизации алмазов в процессе термообработки при высоких температурах.
Высокое содержание ультрадисперсного алмазного порошка, в свою очередь, может способствовать повышенному содержанию углерода в металлической матрице, что может привести к снижению прочности и изностойкости материалов за счет повышения пористости и уменьшения плотности. Концентрация ультрадисперсных порошков в количестве 1-3% является наиболее оптимальной для получения абразивного материала без уменьшения физико-технических характеристик (см. Н.В.Новиков, Г.П.Богатырева, Р.К.Богданов, Г.Д.Ильницкая, A.M.Исонкин, М.А.Маринич, В.Н.Ткач, М.А.Цысарь, И.Н.Зайцева (г.Киев). Влияние добавок нанодисперсных алмазов на физико-механические свойства металлической матрицы бурового инструмента // Журнал Сверхтвердые материалы. - 2011. -№4 - С. 17-23).
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, выражается в повышении износостойкости получаемого материала инструментального назначения.
Технический эффект, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в получении композиционного алмазосодержащего материала, прочностные и эксплуатационные свойства которого отвечают требованиям, предъявляемым для инструментов, предназначенных для абразивной обработки поверхностей высокой твердости и трудной обрабатываемости. При этом использование невысокой температуры спекания при его изготовлении исключает возможное превращение алмазных зерен в графит при термическом воздействии, что уменьшает пористость и повышает плотность материала.
Для решения поставленной задачи композиционный алмазосодержащий материал содержит металлическую связку на основе меди и олова, наполнитель из смеси алмазных порошков и отличается тем, что используют смесь алмазных порошков, содержащую порошки алмазов двух уровней дисперсности, в том числе ультрадисперсный порошок алмазов с размерами зерен до 2 мкм и технический порошок алмазов с размерами зерен 250-315 мкм, при этом соотношение компонентов композиционного материала составляет: ультрадисперсный порошок алмазов - 1,0-3,0 мас.%; технический порошок алмазов - 5,0-7,0 мас.%; олово - 18,0-20,0 мас.% и медь - остальное.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».
Композиционный алмазосодержащий материал для абразивного инструмента изготавливается путем смешения исходных ингредиентов, холодного прессования и спекания.
Пример 1. Смешивание компонентов производится при следующем соотношении ингредиентов, в мас.%:
технический порошок алмазов (ППА) - 6,0
ультрадисперсный порошок алмазов (УДА) - 1,0
олово - 19,0
медь - остальное.
Компактирование порошковых смесей проводилось в стальных жестких пресс-формах с помощью пресса ИП-500 по схеме с плавающей матрицей, когда прессование производится при неподвижном нижнем пуансоне и плавающей матрице, подвешенной на пружинах или гидроцилиндрах. Спекание образцов осуществлялось в вакууме при давлении 0,1*10-3 Па. Совместное спекание обеспечивало постоянство условий процесса для данной партии образцов. Температура спекания варьировалась от 550°C до 600°C. Ниже 550°C образцы не спекаются, а при 600°C и выше происходит искажение формы и графитизация алмаза. Оптимальной температурой является 575°C.
Скорость подъема температуры, продолжительность выдержки и охлаждения определяют, исходя из геометрических размеров изделия.
Пример 2. Смешивание компонентов производится при следующем соотношении ингредиентов, в мас.%:
технический порошок алмазов (ППА) - 6,0 ультрадисперсный порошок алмазов (УДА) - 2,0 олово - 19,0 медь - остальное.
Изготовление композитов осуществляется по примеру 1.
Другие примеры абразивных композиций и результаты испытаний приведены в таблице 1.
Триботехнические испытания проводились на машине трения ИН 5018 при вращательном движении по схеме палец-диск с нагрузкой 600Н. Наименьший относительный износ показали образцы с составом М1+6%ППА 315/250+1,2%УДА (см. таблицу 1).
Исследуемые образцы цилиндрической формы диаметром 10 мм и высотой 10 мм закреплялись в верхнем держателе машины. На нижний вал устанавливалось контртело (обрабатываемый материал). Контртела были выполнены в виде дисков 52×16×10 мм. В качестве обрабатываемого материала была выбрана сталь (термообработанная до твердости HRC 50, марки 40 X). Продолжительность испытаний составляла 10-20 минут, скорость вращения вала 300 об/мин (50 м/с).
Проведен микроскопический анализ зернового состава ультрадисперсного порошка алмазов с помощью микроскопа «Биолам» при увеличении 1350х (фиг.1). Определены показатели абразивной способности порошков: удельная магнитная восприимчивость (χ), удельное электросопротивление (ρ), содержание несгораемых примесей (несгораемый остаток, и.о.). Абразивная способность порошков измерена по ГОСТ 9206-80. Данные приведены в таблице 2.
Для выявления характера повышения физико-механических свойств порошковых тел с алмазными порошками, в зависимости от содержания добавки и температуры спекания были проведены соответствующие эксперименты. Необходимо отметить резкое уменьшение пористости у образцов с добавкой (таблица 3).
Измерение твердости производилось на приборе FR-3е фирмы Leco согласно стандартной методике. Индентор - шарик диаметром 3,174 мм, нагрузка 588,4 Н (60 кг) по шкале НВ. Полученные данные твердости приведены в таблице 3.
Максимальная твердость 64,2 НВ достигается при введении в состав материала 3 мас.% ультрадисперсного порошка алмазов. Это можно объяснить упрочнением структуры за счет наличия крупных (315/250 мкм) частиц алмаза и уплотняющим действием более мелких частиц ультрадисперсного порошка путем поглощения газов, выделяющихся при спекании. Твердость 55-65 НВ является достаточной для обработки большинства известных материалов.
Сравнение структур поверхности композиционных алмазосодержащих материалов на основе металлической связки на основе меди и олова с 50% относительным содержанием ППА 315/250 мкм (фиг.2а) и такого же композита но с добавлением 2% ультрадисперсный порошок алмазов (фиг.2б) показал, что образцы с добавками ультрадисперсного порошка алмазов имеют более совершенную структуру, и обладают большей износостойкостью по сравнению с прототипом. При этом видно, что структура металлической композиции матрицы стала более плотной.
Использование мелкодисперсных алмазных частиц в небольшом количестве в виде добавок в образцы металлической матрицы положительно влияет на качество получаемых композиционных материалов. В результате повышается их плотность и твердость, уменьшается пористость материала, повышается износостойкость, что позволяет прогнозировать улучшение эксплуатационных показателей работы алмазного инструмента.
Таблица 1 | |||||
Результаты испытаний композиционных материалов на износостойкость | |||||
Состав, мас.% | Масса до испытаний, г (m1) | Масса после испытаний, г (m2) | Относительный износ (Δm) | Разница масс, г | Скорость износа, мг/час |
М1+6%ППА 315/250 (контроль) | 4,820 | 4,814 | 0,001245 | 0,006 | 0,000036 |
М1+6%ППА 315/250+1%УДА | 4,803 | 4,8 | 0,000625 | 0,003 | 0,000018 |
М1+6%ППА 315/250+2%УДА | 4,822 | 4,819 | 0,000622 | 0,003 | 0,000018 |
М1+6%ППА 315/250+3%УДА | 4,812 | 4,808 | 0,000831 | 0,004 | 0,000024 |
Таблица 2 | ||||
Абразивная способность ультрадисперсных порошков алмазов | ||||
Характеристики ультрадисперсного порошка алмазов | ||||
гран.состав размер частиц, мкм |
χ 10-8 м3/кг |
ρ Ом·м |
н.о. % |
абразивная способность |
1-0 с преобладанием 1/0 и 0,5/0 | 538 | 8,3-1010 | 3,1 | 0,57 |
Таблица 3 | ||||
Показатели физико-механических свойств композиционных материалов | ||||
Состав, мас.% | Фактическая плотность ρ факт, кг/м3 | Теоретическая плотность ρ расч, кг/м3 | Пористость, % | Твердость, НВ |
М1+6%ППА 315/250 (контроль) | 6063,09 | 7179,81 | 41 | 53,0 |
М1+6%ППА 315/250+1%УДА | 6078,96 | 7236,71 | 28 | 56,8 |
М1+6%ППА 315/250+2%УДА | 6103,89 | 7351,69 | 26 | 58,2 |
М1+6%ППА 315/250+3%УДА | 6136,84 | 7448,89 | 26 | 64,2 |
Claims (1)
- Композиционный алмазосодержащий материал для абразивных инструментов, содержащий металлическую связку на основе меди и олова, наполнитель из смеси алмазных порошков, отличающийся тем, что смесь алмазных порошков содержит часть зерен ультрадисперсного порошка алмаза с зернистостью 2/0 мкм и часть зерен технического порошка алмаза с зернистостью 315/250 мкм, при этом соотношение компонентов составляет, мас.%:
технический порошок алмаза 5,0-7,0 ультрадисперсный порошок алмаза 1,0-3,0 олово 18,0-20,0 медь остальное.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013111616/02A RU2534713C2 (ru) | 2013-03-15 | 2013-03-15 | Композиционный алмазосодержащий материал инструментального назначения |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013111616/02A RU2534713C2 (ru) | 2013-03-15 | 2013-03-15 | Композиционный алмазосодержащий материал инструментального назначения |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013111616A RU2013111616A (ru) | 2014-09-20 |
RU2534713C2 true RU2534713C2 (ru) | 2014-12-10 |
Family
ID=51583595
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013111616/02A RU2534713C2 (ru) | 2013-03-15 | 2013-03-15 | Композиционный алмазосодержащий материал инструментального назначения |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2534713C2 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1284811A1 (ru) * | 1984-10-15 | 1987-01-23 | Предприятие П/Я В-2038 | Масса дл изготовлени алмазного инструмента |
RU2006362C1 (ru) * | 1990-08-28 | 1994-01-30 | Ященко Николай Константинович | Антифрикционный материал для поверхностей трения |
RU2008188C1 (ru) * | 1991-07-03 | 1994-02-28 | Институт сверхтвердых материалов им.В.Н.Бакуля АН Украины | Способ изготовления алмазного инструмента методом порошковой металлургии |
WO1999048646A1 (en) * | 1998-03-27 | 1999-09-30 | Norton Company | Abrasive tools |
-
2013
- 2013-03-15 RU RU2013111616/02A patent/RU2534713C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1284811A1 (ru) * | 1984-10-15 | 1987-01-23 | Предприятие П/Я В-2038 | Масса дл изготовлени алмазного инструмента |
RU2006362C1 (ru) * | 1990-08-28 | 1994-01-30 | Ященко Николай Константинович | Антифрикционный материал для поверхностей трения |
RU2008188C1 (ru) * | 1991-07-03 | 1994-02-28 | Институт сверхтвердых материалов им.В.Н.Бакуля АН Украины | Способ изготовления алмазного инструмента методом порошковой металлургии |
WO1999048646A1 (en) * | 1998-03-27 | 1999-09-30 | Norton Company | Abrasive tools |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013111616A (ru) | 2014-09-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Narayanasamy et al. | Tensile, compressive and wear behaviour of self-lubricating sintered magnesium based composites | |
JP6095162B2 (ja) | 立方晶窒化ホウ素焼結体 | |
EP2979780A1 (en) | Copper alloy powder, sintered copper alloy body and brake lining for use in high-speed railway | |
Akhlaghi et al. | Effect of the SiC content on the tribological properties of hybrid Al/Gr/SiC composites processed by in situ powder metallurgy (IPM) method | |
CN101048249A (zh) | 高密度研磨压块 | |
Ozolin et al. | Effect of tungsten nanoparticles on interaction of Sn-Cu-Co metallic matrices with diamond | |
JPWO2011105490A1 (ja) | 炭化珪素質焼結体およびこれを用いた摺動部品ならびに防護体 | |
EP2906515B1 (en) | Low binder, wear resistant hard material | |
RU2534713C2 (ru) | Композиционный алмазосодержащий материал инструментального назначения | |
Bulut et al. | The comparison of the sintering methods for diamond cutting tools | |
JP2007107067A (ja) | 銅系焼結摩擦材 | |
De Oliveira et al. | Use of PM Fe–Cu–SiC composites as bonding matrix for diamond tools | |
RU2679807C1 (ru) | Алмазный инструмент на теплопроводной металлической связке | |
RU2558734C1 (ru) | Масса для изготовления алмазного инструмента | |
RU2432249C1 (ru) | Связка на основе меди для изготовления алмазного инструмента | |
CN114260446A (zh) | 一种金刚石磨具用胎体粉、金刚石磨具用双组份胎体粉、陶瓷干磨用磨轮 | |
RU2595000C1 (ru) | Композиция для изготовления режущего инструмента для стали и чугуна | |
JP5379059B2 (ja) | SiC/Si複合材料の製造方法 | |
JP5087776B2 (ja) | 複合ダイヤモンド体を製造する方法 | |
JP2010076094A (ja) | メタルボンドダイヤモンド砥石及びその製造方法 | |
RU2487006C1 (ru) | Связка на основе меди для изготовления режущего инструмента со сверхтвердым материалом | |
JP4781934B2 (ja) | アルミニウム合金基複合材料の製造方法 | |
CN111826568A (zh) | WC-6Co-石墨自润滑硬质合金制备方法 | |
Syromyatnikova et al. | The metal matrix composite containing natural diamond powders of different dispersity | |
JP7539997B2 (ja) | 多孔質メタルボンド砥石の製造方法および多孔質メタルボンドホイールの製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170316 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20190319 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210316 |