RU2754825C1

RU2754825C1 - Matrix for diamond tool based on tungsten carbide with binder of fe-c eutectic alloy and method for production thereof

Info

Publication number: RU2754825C1
Application number: RU2020112328A
Authority: RU
Inventors: Петр Петрович Шарин; Мария Панфиловна Акимова; Виктор Петрович Атласов; Роберт Георгиевич Ноговицын; Василий Иванович Попов; Матвей Васильевич Светлолобов
Priority date: 2020-03-24
Filing date: 2020-03-24
Publication date: 2021-09-07

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention relates to powder metallurgy, in particular, to production of a diamond-containing matrix for diamond tools. The diamond-containing matrix is comprised of tungsten carbide and an impregnating alloy in the form of low-alloy steel with a carbon content of no more than 0.1% wt. and a liquid phase formation point of 1,153 to 1,165°C. A charge is preliminarily prepared from diamond grains and pre-plasticized tungsten carbide powder particles, placed in a metal mould, and a briquette is formed. An impregnating alloy preform made of low-carbon steel with a carbon content of no more than 0.1% wt. is installed on the surface of the horizontally located diamond-containing briquette, coupled thereto by shape and size. Graphite is placed on the impregnating alloy preform, ensuring contact between the adjoining surfaces thereof, a load is applied to the graphite surface. Sintering with impregnation is executed by heating to a temperature of 600 to 800°C at a rate of no more than 10°C/min, followed by heating at a rate of 45 to 75°C/min to a temperature of 1,165°C and sustaining at this temperature for 10 to 30 minutes.

EFFECT: provided are high hardness and wear resistance of the matrix, increased strength and reliability of attachment of diamonds in the matrix.

2 cl, 1 dwg, 1 tbl

Description

Область, к которой относится изобретениеThe field to which the invention relates

Изобретение относится к технологии производства алмазного инструмента методами порошковой металлургии и может найти применение при изготовлении матрицы одно- и многокристальных, а также абразивных алмазных инструментов.The invention relates to a technology for the production of diamond tools by powder metallurgy methods and can be used in the manufacture of a matrix of single and multi-crystal, as well as abrasive diamond tools.

Уровень техникиState of the art

Известен спеченный алмазосодержащий композит, описанный в работе [1], исходный состав, которого до спекания состоит исключительно из частиц порошка карбида вольфрама. Спеченный композит обладает высокими физико-механическими и эксплуатационными характеристиками. Однако ее получение требует обеспечения последовательного использования сложных химических технологий, таких как десорбция газов, из спрессованных компактов, восстановления металла из его оксидов, и требует применения при спекании дорогостоящей специальной установки - аппарата высокого давления, обеспечивающего давление не менее 8 ГПА при температуре до 2000°C. Кроме того, алмазосодержащая матрица, полученная на основе чистого карбида вольфрама, применяется в основном для изготовления рабочих элементов абразивных инструментов с использованием только нано- или субмикронных алмазных порошков. Температурно-барический режим работы аппарата высокого давления, используемого в технологии компактирования алмазосодержащей матрицы из частиц карбида вольфрама, даже при незначительных отклонениях требуемых параметров неизбежно приводит к разрушению кристаллов алмаза, имеющих незначительные структурные дефекты.Known sintered diamond-containing composite, described in [1], the original composition, which before sintering consists exclusively of particles of tungsten carbide powder. The sintered composite has high physical, mechanical and operational characteristics. However, its production requires the consistent use of complex chemical technologies, such as gas desorption from compacted compacts, metal reduction from its oxides, and requires the use of an expensive special installation for sintering - a high-pressure apparatus providing a pressure of at least 8 GPA at temperatures up to 2000 ° C. In addition, the diamond-containing matrix obtained on the basis of pure tungsten carbide is mainly used for the manufacture of working elements of abrasive tools using only nano- or submicron diamond powders. The temperature-pressure regime of the high-pressure apparatus used in the technology of compacting the diamond-containing matrix from tungsten carbide particles, even with slight deviations of the required parameters, inevitably leads to the destruction of diamond crystals with minor structural defects.

Известны композиционные матрицы алмазных инструментов, содержащие твердосплавную вольфрамкобальтовую порошковую смесь (WC-Co) [2]. Спеченные композиты алмаз-WC-Co имеют высокую абразивную способность, твердость и термостойкость. В исходный состав таких композитов дополнительно вводят различные добавки в незначительных количествах (например, CrB₂, карбиды, бориды, силициды, нитриды и т.п.) для улучшения их отдельных физико-механических и функциональных характеристик, таких как, алмазоудержание, износостойкость, прочность и другие. Существует несколько способов получения матриц из твердосплавной порошковой смеси алмаз-WC-Co, суть которых в целом заключается в том, что процессы прессования и нагревания алмазосодержащего брикета производятся одновременно, что обеспечивает получение плотных компактов с минимальной пористостью даже при сравнительно невысоких удельных давлениях прессования [2-4]. Температура спекания таких матриц, в которых в качестве связующей фазы выступает кобальт, составляет ~1400°C и выше, что на более чем 200°C превышает верхнюю границу термостойкости почти всех марок синтетических и природных алмазов. Несмотря на большие достоинства, способ горячего прессования и его модификации уступают раздельным процессам прессования и спекания по производительности и энергетическим затратам из-за сложности и дороговизны применяемого оборудования. Кроме того, недостатком матриц на основе вольфрамокобальтовой порошковой смеси является содержание или присутствие в них кобальта, который признан токсичным элементом, вредным для окружающей среды. В некоторых странах приняты нормативно-правовые документы, стимулирующие сокращение и даже исключение применения кобальта из-за его токсичности, активизируются исследования, направленные на поиски замены кобальту в кобальтосодержащих изделиях и материалах.Known composite matrix of diamond tools containing a tungsten-cobalt carbide powder mixture (WC-Co) [2]. Sintered diamond-WC-Co composites have high abrasive ability, hardness and heat resistance. In the initial composition of such composites, various additives are additionally introduced in small amounts (for example, CrB ₂ , carbides, borides, silicides, nitrides, etc.) to improve their individual physicomechanical and functional characteristics, such as diamond retention, wear resistance, strength other. There are several ways to obtain matrices from a carbide powder mixture diamond-WC-Co, the essence of which in general lies in the fact that the processes of pressing and heating the diamond-containing briquette are carried out simultaneously, which ensures the production of dense compacts with minimal porosity even at relatively low specific pressures of pressing [2 -4]. The sintering temperature of such matrices, in which cobalt acts as a binder phase, is ~ 1400 ° C and higher, which is more than 200 ° C higher than the upper limit of heat resistance of almost all grades of synthetic and natural diamonds. Despite its great advantages, the method of hot pressing and its modifications are inferior to the separate processes of pressing and sintering in terms of productivity and energy costs due to the complexity and high cost of the equipment used. In addition, a disadvantage of matrices based on tungsten-cobalt powder mixture is the content or presence in them of cobalt, which is recognized as a toxic element harmful to the environment. In some countries, regulatory and legal documents have been adopted that stimulate the reduction and even elimination of the use of cobalt due to its toxicity, and research aimed at finding a replacement for cobalt in cobalt-containing products and materials is intensifying.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является алмазосодержащая матрица, включающая вольфрамокобальтовую порошковую смесь и медь [5]. Сущность способа изготовления прототипа при изготовлении матрицы многокристального алмазного инструмента заключается в том, что в предварительно пластифицированную вольфрамокобальтовую порошковую смесь-шихту засыпают в металлическую пресс-форму и производят укладку кристаллов алмаза согласно заданной схеме их расположения в матрице инструмента, затем их прессуют в брикет и сушат. При изготовлении же матрицы абразивного инструмента с использованием алмазного порошка в пластифицированную вольфрамокобальтовую смесь вводят алмазный порошок и смешивают до получения однородного распределения алмазных частиц в шихте. Затем алмазосодержащую шихту также засыпают для формования изделия в металлическую пресс-форму, прессуют в брикет и сушат. Полученные алмазосодержащие брикеты помещают в печь и спекают с пропиткой медью в условиях вакуума или восстановительной среды. Преимуществом такой матрицы, получаемой спеканием с пропиткой медью, является относительно низкая температура ее спекания, не превышающая ~4100°C, что значительно ниже порогового значения температуры, при достижении которого большинство марок синтетических алмазов теряют в прочности. Недостатком данной матрицы является не достаточно высокая прочность и износостойкость, обусловленные низкими значениями предела прочности и твердости связующей фазы матрицы - меди, цементирующей или скрепляющей при пропитке все ее компоненты. Хотя расплав меди хорошо смачивает частицы карбида вольфрама и кобальта, медь не обладает химическим сродством к алмазу, не растворяется в жидком состоянии в алмазе, и поэтому ее расплав не смачивает его поверхность (краевой угол смачивания жидкой меди поверхности алмаза в условиях вакуума ~10^-4 мм.рт.ст. и температуры ~1100°C составляет ~145°). В результате алмазы удерживаются в матрице в основном за счет механического зацепления затвердевшего расплава меди за неровности и шероховатости их поверхности, что не обеспечивает высокую прочность их сцепления с матрицей и приводит к преждевременному их выпадению или выкрашиванию из матрицы при работе инструмента. Другим недостатком алмазосодержащей матрицы, выбранной в качестве прототипа, является то, что, в ее состав входит кобальт, который, как отмечено выше, отнесен к классу токсичных и вредных для окружающей среды веществ.The closest in technical essence and the achieved result to the claimed invention is a diamond-containing matrix, including a tungsten-cobalt powder mixture and copper [5]. The essence of the method for manufacturing a prototype in the manufacture of a matrix of a multicrystal diamond tool is that in a previously plasticized tungsten-cobalt powder mixture, the charge is poured into a metal mold and the diamond crystals are laid according to a given scheme of their arrangement in the matrix of the tool, then they are pressed into a briquette and dried ... In the manufacture of the matrix of the abrasive tool using diamond powder, diamond powder is introduced into the plasticized tungsten-cobalt mixture and mixed until a uniform distribution of diamond particles in the charge is obtained. Then the diamond-containing charge is also poured into a metal mold for molding the product, pressed into a briquette and dried. The obtained diamond-containing briquettes are placed in a furnace and sintered with copper impregnation under vacuum or reducing environment. The advantage of such a matrix, obtained by sintering with copper impregnation, is its relatively low sintering temperature, not exceeding ~ 4100 ° C, which is significantly lower than the threshold temperature value, upon reaching which most synthetic diamond grades lose strength. The disadvantage of this matrix is not a sufficiently high strength and wear resistance, due to the low values of the tensile strength and hardness of the binder phase of the matrix - copper, which cements or binds all its components during impregnation. Although copper melt well wets particles of tungsten carbide and cobalt, copper does not have a chemical affinity for diamond, does not dissolve in a liquid state in diamond, and therefore its melt does not wet its surface (the contact angle of liquid copper wetting a diamond surface under vacuum conditions is ~ 10 ^-4 mm Hg and temperature ~ 1100 ° C is ~ 145 °). As a result, diamonds are retained in the matrix mainly due to the mechanical engagement of the solidified copper melt behind the irregularities and roughness of their surface, which does not provide high strength of their adhesion to the matrix and leads to their premature falling out or chipping from the matrix during tool operation. Another disadvantage of the diamond-containing matrix, selected as a prototype, is that it contains cobalt, which, as noted above, is classified as toxic and harmful to the environment.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задачей заявляемого изобретения является создание безкобальтовой, износостойкой и прочной матрицы с повышенным алмазоудержанием, и технологически простого и недорогого способа ее получения.The objective of the claimed invention is to create a cobalt-free, wear-resistant and durable matrix with increased diamond retention, and a technologically simple and inexpensive method for its production.

Техническим результатом изобретения является повышение твердости, износостойкости матрицы и прочности закрепления в ней алмазов, снижение себестоимости изготовления алмазных инструментов за счет использования недорогого по цене пропиточного материала, получаемого из низкоуглеродистой стали и графита в процессе спекания матрицы, и применения несложного и недорогого технологического оборудования.The technical result of the invention is to increase the hardness, wear resistance of the matrix and the strength of fixing diamonds in it, reduce the cost of manufacturing diamond tools through the use of inexpensive impregnating material obtained from low-carbon steel and graphite in the process of sintering the matrix, and the use of simple and inexpensive technological equipment.

Технический результат достигается тем, что в матрице, содержащем частицы порошка карбида вольфрама и пропиточный сплав, служащий связующей основой каркаса алмазосодержащей матрицы, согласно заявляемому изобретению, в качестве пропиточного связующего используют жидкую эвтектику железа с углеродом, образующуюся при контактном взаимодействии низкоуглеродистой стали с графитом в вакууме при температуре нагрева ~1165°C.The technical result is achieved by the fact that in a matrix containing particles of tungsten carbide powder and an impregnating alloy, which serves as a binder base of the frame of a diamond-containing matrix, according to the claimed invention, a liquid iron-carbon eutectic is used as an impregnating binder, which is formed during the contact interaction of low-carbon steel with graphite in vacuum at a heating temperature of ~ 1165 ° C.

Известно явление образования жидкой фазы (плавления) на границе между компонентами любого сплава, составляющими эвтектическую пару, при достижении температуры эвтектики, которая значительно ниже, чем температура плавления каждого из его компонент в отдельности [6]. Свободное от примесей железо с углеродом образуют эвтектическую пару - сплав. Температура плавления такого эвтектического сплава (Fe-C) составляет 1153°C, тогда как температура плавления железа равна 1534°C, а аллотропная модификация углерода - графит плавится при температуре не менее 2600°C.The phenomenon of the formation of a liquid phase (melting) at the interface between the components of any alloy that make up a eutectic pair is known when the temperature of the eutectic is reached, which is significantly lower than the melting temperature of each of its components separately [6]. Iron free from impurities with carbon form a eutectic pair - an alloy. The melting point of such a eutectic alloy (Fe-C) is 1153 ° C, while the melting point of iron is 1534 ° C, and the allotropic modification of carbon - graphite melts at a temperature of at least 2600 ° C.

Предлагаемый способ получения матрицы при спекании с пропиткой эвтектическим сплавом Fe-C алмазосодержащего брикета из частиц карбида вольфрама основан на образовании жидкой фазы на границе контакта низкоуглеродистой стали с графитом при температуре нагрева ~1165°C. При этом содержание углерода в низкоуглеродистой стали не должно превышать 0,1 масс. %. При содержании углерода в стали, превышающем 0,1 масс. %, резко увеличивается температура, при которой происходит образование жидкой фазы эвтектического сплава Fe-C, что может негативно отразиться на прочностные характеристики кристаллов алмаза.The proposed method for producing a matrix by sintering a diamond-containing briquette of tungsten carbide particles impregnated with an eutectic Fe-C alloy is based on the formation of a liquid phase at the interface between low-carbon steel and graphite at a heating temperature of ~ 1165 ° C. In this case, the carbon content in low-carbon steel should not exceed 0.1 wt. %. When the carbon content in steel exceeds 0.1 wt. %, the temperature at which the liquid phase of the Fe-C eutectic alloy is formed sharply increases, which can negatively affect the strength characteristics of diamond crystals.

Расплав эвтектики Fe-C хорошо смачивает поверхность частиц порошка карбида вольфрама, что позволяет обеспечить качественную и быструю пропитку им алмазосодержащего брикета. Краевой угол смачивания расплава на основе железа поверхности частиц карбида вольфрама лежит в интервале от 0 до 90° [7]. Расплав эвтектики Fe-C также хорошо смачивает поверхность алмаза и при охлаждении прочно сцепляется с ней, обеспечивая прочное закрепление алмазов с матрицей инструмента.The Fe-C eutectic melt well wets the surface of the tungsten carbide powder particles, which makes it possible to ensure high-quality and fast impregnation of the diamond-containing briquette. The wetting angle of the iron-based melt on the surface of the tungsten carbide particles lies in the range from 0 to 90 ° [7]. The Fe-C eutectic melt also wets the diamond surface well and, when cooled, firmly adheres to it, providing a firm fixation of diamonds to the tool matrix.

Применение широко доступной и недорогой марки низкоуглеродистой стали и графита позволяет, в частности, удешевить получение пропиточного материала, и в целом себестоимость изготовления алмазного инструмента.The use of a widely available and inexpensive grade of low-carbon steel and graphite makes it possible, in particular, to reduce the cost of obtaining an impregnating material, and, in general, the cost of manufacturing a diamond tool.

На фиг. 1 (а,б) приведена схема спекания матрицы на основе WC с пропиткой эвтектическим сплава Fe-C при изготовлении алмазного бруска.FIG. 1 (a, b) shows a diagram of sintering a matrix based on WC with eutectic impregnation of an Fe-C alloy in the manufacture of a diamond bar.

Ниже приводится детальное описание изобретения на частном примере изготовления алмазного хонинговального бруска, в котором отражены основные существенные отличительные заявляемых технических решений.Below is a detailed description of the invention on a particular example of the manufacture of a diamond honing stone, which reflects the main essential distinctive of the claimed technical solutions.

Шихта из частиц порошка карбида вольфрама не поддается формованию при обработке давлением в стальных пресс-формах без введения клеящих добавок - пластификаторов. В связи с этим сначала шихту пластифицируют, например, 10%-тным раствором каучука в бензине. В пластифицированную шихту вводят алмазный порошок размерностью 100/80 мкм и тщательно перемешивают для равномерного распределения в ней частиц алмаза. Затем алмазосодержащую шихту засыпают в стальную пресс-форму и прессуют на гидравлическом прессе в брикет. Давление прессования составляет 45-75 МПа. Просушенный отформованный в виде вытянутого бруска алмазосодержащий брикет 1 располагают на керамическую подложку 2 (Фиг. 1а, б). Керамическая подложка 2 исключает приваривание к ней алмазосодержащей матрицы пропиточным материалом. На поверхность брикета 1 устанавливают брусок 3, изготовленный из низкоуглеродистой стали с содержанием углерода не более 0,1 масс. %. На этот стальной брусок 3 располагают графит 4 марки, например, ГСМ-1, в форме прямоугольного параллелепипеда. При этом обеспечивают плотное прилегание графита 4 к стальному бруску 3 путем шлифовки-сопряжения их контактирующих поверхностей и приложением механической нагрузки - груза на верхнюю поверхность графита 4. Вес груза определяется опытным путем с учетом веса графита 4.A charge of particles of tungsten carbide powder cannot be formed during pressure treatment in steel molds without the introduction of adhesive additives - plasticizers. In this regard, the charge is first plasticized, for example, with a 10% solution of rubber in gasoline. Diamond powder with a dimension of 100/80 microns is introduced into the plasticized mixture and thoroughly mixed for uniform distribution of diamond particles in it. Then the diamond-containing charge is poured into a steel mold and pressed into a briquette on a hydraulic press. The pressing pressure is 45-75 MPa. The dried diamond-containing briquette 1 molded in the form of an elongated bar is placed on a ceramic substrate 2 (Fig. 1a, b). Ceramic substrate 2 excludes welding to it of the diamond-containing matrix by the impregnating material. On the surface of the briquette 1 set a bar 3 made of low-carbon steel with a carbon content of not more than 0.1 mass. %. On this steel bar 3 graphite grade 4 is placed, for example, GSM-1, in the form of a rectangular parallelepiped. In this case, a tight fit of graphite 4 to the steel bar 3 is ensured by grinding-mating their contacting surfaces and applying a mechanical load - a load on the upper surface of graphite 4. The weight of the load is determined empirically, taking into account the weight of graphite 4.

Спекание алмазосодержащего брикета производят в вакуумной печи. На начальном этапе нагрева до достижения температуры 600-800°C во избежание разрушения сырого и еще не прочного алмазосодержащего брикета газами и парами соединений, интенсивно образующихся при разложении и удалении пластификатора, рекомендуется производить медленный нагрев заготовки матрицы со скоростью, не превышающей 10°C/мин. с последующими 1-2 выдержками по 15-30 минут, каждая. Затем при скорости нагрева 45-75°C/мин. температуру доводят до ~1165°C и держат ее постоянной в течение 10-30 мин. При достижении этой температуры на границе, где поверхность стального бруска 3 плотно контактирует с графитом 4, появляется жидкая фаза эвтектического сплава Fe-C 5. Образовавшаяся жидкая эвтектика Fe-C 5, выдавливается и под действием силы тяжести тонким слоем стекает по стенке стального бруска 3 на поверхность алмазосодержащего брикета 1 и пропитывает его (Фиг. 1б). Заполнение пор-капилляров алмазосодержащего брикета 1 жидкой эвтектикой Fe-C 5 происходит под действием капиллярного эффекта силы и сил поверхностного натяжения. При этом капиллярный эффект и хорошее смачивание расплавом эвтектики Fe-C частицами карбида вольфрама и алмаза способствует проникновению в самые мелкие нано и субмикроскопические размерные поры-капилляры, полной и равномерной пропитке всего объема алмазосодержащего брикета 1 в течение 10-30 минут.Sintering of the diamond briquette is carried out in a vacuum furnace. At the initial stage of heating until a temperature of 600-800 ° C is reached, in order to avoid the destruction of the raw and not yet strong diamond-containing briquette by gases and vapors of compounds intensively formed during the decomposition and removal of the plasticizer, it is recommended to slowly heat the matrix blank at a rate not exceeding 10 ° C / min. followed by 1-2 exposures of 15-30 minutes each. Then at a heating rate of 45-75 ° C / min. the temperature is brought to ~ 1165 ° C and kept constant for 10-30 minutes. When this temperature is reached, at the boundary where the surface of the steel bar 3 is in close contact with graphite 4, a liquid phase of the Fe-C 5 eutectic alloy appears. The resulting liquid Fe-C 5 eutectic is squeezed out and, under the action of gravity, flows down the wall of the steel bar 3 in a thin layer. on the surface of the diamond-containing briquette 1 and impregnates it (Fig. 1b). The filling of the pores-capillaries of the diamond-containing briquette 1 with the liquid Fe-C 5 eutectic occurs under the action of the capillary effect of force and surface tension forces. In this case, the capillary effect and good wetting by the Fe-C eutectic melt with tungsten carbide and diamond particles promotes penetration into the smallest nano and submicroscopic size pores-capillaries, complete and uniform impregnation of the entire volume of diamond-containing briquette 1 for 10-30 minutes.

В связи с тем, что в описываемом частном примере реализации изобретения - изготовления алмазного бруска, имеющем сложную конфигурацию в виде узкого вытянутого параллелепипеда, стальному бруску 3 придана специальная форма. Как видно на Фиг. 1б, стальной брусок 3 в поперечном сечении имеет вид перевернутой трапеции. Такая форма стального бруска 3 способствует стеканию и попаданию жидкой эвтектики Fe-C 5, образующейся в зоне контакта его поверхности с графитом 4, на поверхность узкого алмазосодержащего брикета 1 для его равномерной пропитки в направлении сверху вниз. Помимо этого форма стального бруска 3, обеспечивает большую контактную площадь его поверхности с графитом 4, что способствует образованию жидкой фазы эвтектического сплава Fe-C в количестве достаточном в течение короткого промежутка времени для полной пропитки ею всего объема алмазосодержащего брикета 1. Процесс получения матрицы инструмента спеканием с пропиткой эвтектикой Fe-C заканчивается охлаждением печи до комнатной температуры. При кристаллизации расплава эвтектики Fe-C частицы алмазного порошка прочно закрепляются в матрице, состоящей из частиц порошка карбида вольфрама, образующих каркас, и скрепляющего эти частицы связующего - эвтектического сплава Fe-C. Остаток стального бруска и затвердевшего эвтектического сплава удаляются с поверхности матрицы путем механической обработки.Due to the fact that in the described particular example of implementation of the invention - the manufacture of a diamond bar having a complex configuration in the form of a narrow elongated parallelepiped, the steel bar 3 is given a special shape. As seen in FIG. 1b, the steel bar 3 in cross section has the form of an inverted trapezoid. This shape of the steel bar 3 contributes to the drainage and ingress of the liquid Fe-C 5 eutectic, formed in the contact zone of its surface with graphite 4, onto the surface of a narrow diamond-containing briquette 1 for its uniform impregnation from top to bottom. In addition, the shape of the steel bar 3 provides a large contact area of its surface with graphite 4, which contributes to the formation of a liquid phase of the Fe-C eutectic alloy in an amount sufficient for a short period of time to completely impregnate the entire volume of diamond-containing briquette 1 with it. with impregnation with Fe-C eutectic ends by cooling the furnace to room temperature. During the crystallization of the Fe-C eutectic melt, the diamond powder particles are firmly fixed in a matrix consisting of tungsten carbide powder particles, which form a framework, and a binder that holds these particles together - the Fe-C eutectic alloy. The remainder of the steel bar and the hardened eutectic alloy are removed from the surface of the matrix by machining.

В таблице 1 приведены результаты измерений микротвердости разработанной матрицы, состоящей из частиц карбида вольфрама, и связующего из эвтектического сплава Fe-C.Table 1 shows the results of measurements of the microhardness of the developed matrix, consisting of particles of tungsten carbide, and a binder of the eutectic alloy Fe-C.

Для сравнения представлена микротвердость матрицы - прототипа, состоящей из смеси частиц вольфрамокобальтового порошка (ВК6) и медного связующего. Как видно, микротвердость разработанной матрицы в 3,6 раза выше микротвердости матрицы - прототипа.For comparison, the microhardness of the prototype matrix, consisting of a mixture of particles of tungsten-cobalt powder (VK6) and a copper binder, is presented. As you can see, the microhardness of the developed matrix is 3.6 times higher than the microhardness of the prototype matrix.

Использованные источникиUsed sources

[1] - Бочечка А.А., Гадзыра Н.Ф., Назарчук С.Н., Гаврилова B.C., Романко Л.А., Н.Н. Белявина Н.Н., Черниенко А.И. Композит алмаз-карбид вольфрама на основе алмазного порошка АСМ 1/0. // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент - техника и технология его изготовления и применения. Сборник научных трудов ИСМ им. В.Н. Бакуля НАН Украины. - Киев. - 2009. - Выпуск 12. - С. 244-247.[1] - Bochechka A.A., Gadzyra N.F., Nazarchuk S.N., Gavrilova B.C., Romanko L.A., N.N. Belyavina N.N., Chernienko A.I. Diamond-tungsten carbide composite based on ASM 1/0 diamond powder. // Rock-cutting and metal-working tools - technique and technology for their manufacture and use. Collection of scientific works of the ISM them. V.N. Bakul National Academy of Sciences of Ukraine. - Kiev. - 2009. - Issue 12. - S. 244-247.

[2] - Новиков Н.В., Бондаренко Н.А., Жуковский А.Н., Мечник В.А., Олейник Г.С. Влияние диффузии и химических реакций на структуру и свойства буровых вставок. 2. Результаты аттестации структурного состояния сверхтвердых материалов состава алмаз-твердый сплав ВК6. // Физическая мезомеханика. - 2006. - Т.9. - №2. - С. 107-116.[2] - Novikov N.V., Bondarenko N.A., Zhukovsky A.N., Mechnik V.A., Oleinik G.S. Influence of diffusion and chemical reactions on the structure and properties of drill inserts. 2. Results of attestation of the structural state of superhard materials of composition diamond-hard alloy VK6. // Physical mesomechanics. - 2006. - T.9. - No. 2. - S. 107-116.

[3] - Симкин Э.В. Исследование сверхтвердых композиционных материалов для бурового инструмента. // Физика и техника высоких давлений. - 1987. - №25. - С. 49-53.[3] - Simkin E.V. Research of superhard composite materials for drilling tools. // Physics and technology of high pressures. - 1987. - No. 25. - S. 49-53.

[4] - Новиков Н.В., Майстренко А.Л., Трефилов В.И., Ковтун В.И. Некоторые свойства композитов ВК6-алмаз, полученных в ударных волнах. // Порошковая металлургия. - 1993. - №4. - С. 102-106.[4] - Novikov N.V., Maystrenko A.L., Trefilov V.I., Kovtun V.I. Some properties of VK6-diamond composites obtained in shock waves. // Powder metallurgy. - 1993. - No. 4. - S. 102-106.

[5] - Бакуль В.Н., Никитин Ю.И., Верник Е.Б., Селех В.Ф. Основы проектирования и технология изготовления абразивного и алмазного инструмента. - М., изд. «Машиностроение». - 1975. с. 268-272.[5] - Bakul V.N., Nikitin Yu.I., Vernik E.B., Selekh V.F. Fundamentals of design and manufacturing technology for abrasive and diamond tools. - M., ed. "Mechanical Engineering". - 1975. p. 268-272.

[6] - Саратовкин Д.Д., Савинцев П.А. Образование жидкой фазы в месте контакта двух кристаллов, составляющих эвтектическую пару. - Доклады академии наук СССР. - 1947. - Т. 33, N 4, C. 303-304.[6] - Saratovkin D.D., Savintsev P.A. Formation of a liquid phase at the point of contact of two crystals that make up a eutectic pair. - Reports of the USSR Academy of Sciences. - 1947. - T. 33, N 4, C. 303-304.

[7] - Аникеев А.Н., Чуманов В.И., Чуманов И.В. Изучение смачиваемости WC расплавом железа различными методами. // Вестник Южно-Уральского госуниверситета. Серия. Металлургия. - 2013. - Т. 13. - №2. - С. 46-44.[7] - Anikeev A.N., Chumanov V.I., Chumanov I.V. Study of WC wettability by iron melt by different methods. // Bulletin of the South Ural State University. Series. Metallurgy. - 2013. - T. 13. - No. 2. - S. 46-44.

Claims

1. Diamond-containing matrix for diamond tools containing tungsten carbide and an impregnating alloy serving as the frame of the diamond-containing matrix, characterized in that as an impregnating alloy it contains low-alloy steel with a carbon content of not more than 0.1 wt. % and the temperature of formation of the liquid phase 1153-1165 ° C.

2. A method for producing a diamond-containing matrix according to claim 1, including preparing a charge from a mixture of diamond grains and pre-plasticized particles of tungsten carbide powder, placing the charge components in a metal mold, molding into a briquette, drying it and sintering with impregnation with an impregnating alloy in a vacuum furnace , exposure for the infiltration of the impregnating alloy and cooling, characterized in that on the surface of a horizontally located diamond-containing briquette, an impregnating alloy blank of low-carbon steel with a carbon content of not more than 0.1 wt. %, graphite is placed on the workpiece of the impregnating alloy, ensuring contact between their contacting surfaces, a load is applied to the graphite surface, and sintering with impregnation is carried out by heating to a temperature of 600-800 ° C at a rate of no more than 10 ° C / min, followed by heating at a rate 45-75 ° C / min to a temperature of 1165 ° C and holding at this temperature for 10-30 minutes.