RU2773060C1 - Composite material based on powder copper - Google Patents

Composite material based on powder copper Download PDF

Info

Publication number
RU2773060C1
RU2773060C1 RU2021134739A RU2021134739A RU2773060C1 RU 2773060 C1 RU2773060 C1 RU 2773060C1 RU 2021134739 A RU2021134739 A RU 2021134739A RU 2021134739 A RU2021134739 A RU 2021134739A RU 2773060 C1 RU2773060 C1 RU 2773060C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
copper
electrode
tools
electroerosive
tool
Prior art date
Application number
RU2021134739A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Петрович Шалунов
Анатолий Леонидович Матросов
Юлия Олеговна Владимирова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова"
Общество с ограниченной ответственностью "Диском Групп"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова", Общество с ограниченной ответственностью "Диском Групп" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова"
Application granted granted Critical
Publication of RU2773060C1 publication Critical patent/RU2773060C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: non-ferrous metallurgy.
SUBSTANCE: invention relates to the field of non-ferrous metallurgy, in particular to the compositions of erosion-resistant composite materials based on copper, obtained by powder metallurgy and intended for the manufacture of high-performance electrode-tools for electroerosive machining of metallic materials, mainly hard-to-machine and, above all, for piercing them deep holes and small grooves. Composite material based on powdered copper contains, wt.%: aluminum 0.81-0.95, graphite 0.10-0.20, copper oxide 3.39-3.49, copper - the rest.
EFFECT: invention is aimed at increasing the erosion wear resistance of the material and increasing the productivity of the process of electroerosive machining with electrode-tools from it.
1 cl, 2 tbl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к составам эрозионностойких композиционных материалов на основе меди, получаемых методами порошковой металлургии и предназначенных для изготовления из них высокоэффективных электродов-инструментов для электроэрозионной обработки металлических материалов, преимущественно, труднообрабатываемых и, прежде всего, для прошивания в них глубоких отверстий и пазов малых размеров. Может быть так же использован для электродов контактной сварки.The invention relates to the field of non-ferrous metallurgy, in particular to the compositions of erosion-resistant composite materials based on copper, obtained by powder metallurgy and intended for the manufacture of highly efficient electrode-tools for electroerosive machining of metal materials, mainly difficult to machine and, above all, for piercing them deep holes and small grooves. Can also be used for resistance welding electrodes.

Одними из наиболее сложных операций механической обработки материалов являются операции по получению ряда сквозных и/или глухих отверстий и пазов малых размеров (0,1-3,0 мм) в различных изделиях, например, при изготовлении сеток электровакуумных приборов, при получении отверстий на передней и задней кромках турбинных лопаток авиационных двигателей, при получении отверстий в защитных сетках воздухозаборников авиационных турбин, при изготовлении микроскопических отверстий в форсунках системы подачи топлива, выполнении отверстий в фильерах для изготовления синтетических (вискозных) и углеродных волокон, при производстве медицинских инструментов, деталей электронных систем и многих других изделий, имеющих минимальные размеры отверстий и требующих высокой их точности.One of the most complex operations of mechanical processing of materials are operations to obtain a number of through and / or blind holes and grooves of small sizes (0.1-3.0 mm) in various products, for example, in the manufacture of grids of electrovacuum devices, when obtaining holes on the front and trailing edges of turbine blades of aircraft engines, when making holes in the protective grids of air intakes of aircraft turbines, when making microscopic holes in the nozzles of the fuel supply system, when making holes in spinnerets for the manufacture of synthetic (viscose) and carbon fibers, in the production of medical instruments, parts of electronic systems and many other products that have minimal hole sizes and require high accuracy.

Особая сложность возникает, когда эти отверстия имеют глубину, равную более 30 диаметров отверстия (например, 150 мм при диаметре отверстия 4 мм), а материалом изделия являются труднообрабатываемые высокопрочные стали и, тем более, твердые сплавы [Типовые операции ЭЭО. Центральный металлический портал РФ, c. 4 и 5 (найдено 2021-11-08 в <https://metallicheckiy-portal.ru/articles/obrabotka/elektro-erozionnaya/tipovie_operacii/4>) и ОВЧИННИКОВ, Д.В., МОРГУНОВ, Ю.А. Электроэрозионная прошивка глубоких отверстий малого диаметра. Ритм машиностроения. 2018. № 10, с. 28-33 (найдено 2021-11-08 в <https://ritm-magazine.ru/ru/magazines/2018/zhurnal-ritm-mashinostroeniya-10-2018#page-1>)]. Выполнение таких отверстий традиционными методами обработки считается чрезвычайно затруднительной или даже невозможной задачей.Particular difficulty arises when these holes have a depth equal to more than 30 hole diameters (for example, 150 mm with a hole diameter of 4 mm), and the material of the product is hard-to-cut high-strength steels and, moreover, hard alloys [Typical EDM operations. Central metal portal of the Russian Federation, c. 4 and 5 (found on 2021-11-08 at <https://metallicheckiy-portal.ru/articles/obrabotka/elektro-erozionnaya/tipovie_operacii/4>) and OVCHINNIKOV, D.V., MORGUNOV, Yu.A. Electroerosive piercing of deep holes of small diameter. Rhythm of mechanical engineering. 2018. No. 10, p. 28-33 (found on 2021-11-08 at <https://ritm-magazine.ru/ru/magazines/2018/zhurnal-ritm-mashinostroeniya-10-2018#page-1>)]. Making such holes with conventional machining methods is considered to be extremely difficult or even impossible.

Эта задача в последние годы успешно решается путем использования метода электроэрозионного «сверления» отверстий малого диаметра, которое является одним из вариантов технологии электроэрозионной обработки (ЭЭО) металлических материалов. Суть этого метода заключается в электроэрозионном прошивании отверстия длинным электродом-инструментом, который непрерывно вращается в патроне в присутствии постоянного потока дистиллированной или деионизированной воды, прокачиваемой через электрод-инструмент или зазор между ним и обрабатываемым изделием в качестве промывки (вымывания частиц из зоны обработки) и диэлектрика.In recent years, this problem has been successfully solved by using the method of electroerosive "drilling" of holes of small diameter, which is one of the options for the technology of electrical discharge machining (EDM) of metallic materials. The essence of this method lies in the electroerosive flashing of a hole with a long electrode-tool, which continuously rotates in the cartridge in the presence of a constant stream of distilled or deionized water pumped through the electrode-tool or the gap between it and the workpiece as a flush (washing out of particles from the processing zone) and dielectric.

Электроэрозионная «супер-дрель» («super drill» или «hole popper») позволяет делать отверстия высокой точности диаметром 0,2…3,0 мм глубиной до 100 мм, но в некоторых видах «супер-дрелей» возможно выполнение отверстий в пределах 1/200…1/250 [Принцип работы электроэрозионной супердрели. Портал о металлообработке WikiMetall.Ru (найдено 2021-11-08 в < https://wikimetall.ru/oborudovanie/elektroerozionnaya-superdrel.html>)].EDM "super drill" ("super drill" or "hole popper") allows you to make holes of high accuracy with a diameter of 0.2 ... 3.0 mm up to 100 mm deep, but in some types of "super drills" it is possible to make holes within 1/200…1/250 [The principle of operation of the EDM superdrill. Metalworking portal WikiMetall.Ru (found 2021-11-08 in <https://wikimetall.ru/oborudovanie/elektroerozionnaya-superdrel.html>)].

Электроды-инструменты, рабочая часть которых представляет собой негативную копию обрабатываемой поверхности изделия с учетом необходимых технологических припусков, являются одними из основных элементов, участвующих в электроэрозионном процессе. Физико-механические и эксплуатационные свойства материала, из которого они изготовлены, оказывают первостепенное влияние на стабильность электроэрозионного процесса, его эффективность, производительность и точность обработки.Tool electrodes, the working part of which is a negative copy of the machined surface of the product, taking into account the necessary technological allowances, are one of the main elements involved in the electroerosive process. The physical, mechanical and operational properties of the material from which they are made have a primary impact on the stability of the electroerosive process, its efficiency, productivity and processing accuracy.

В результате воздействия импульса тока при электроэрозионной обработке происходит расплавление не только обрабатываемого материала, но и материала электрода-инструмента. Поэтому к нему предъявляются особые требования по электроэрозионной стойкости и электропроводности в интервале температур от комнатной до температуры плавления материала электрода-инструмента. Поскольку при электроэрозионном «сверлении» глубоких отверстий малого диаметра используются длинномерные и тонкие электроды-инструменты, то для обеспечения жесткости их конструкции, способной противостоять механическим и температурным деформациям (суммарная деформация не должна превышать 0,3 % допуска на основные размеры обрабатываемого изделия), материал электродов-инструментов должен обладать также механической прочностью, особенно, прочностью при изгибе, причем, не только при комнатной, но и при повышенных температурах. Это требование обусловлено периодическим касанием электродом-инструментом обрабатываемой поверхности, а также электродинамическими силами, возникающими при электроэрозионном разряде. [ЕКАТЕРИНИЧЕВ, А.Л. Обоснование параметров электродов-инструментов и условий электроэрозионного микроформообразования: автореферат дисс. ... канд. техн. наук. Тула. Тул. гос. ун-т. 2007. 19 с., особенно с.7 (найдено 2021-11-12 в <file:///C:/Users/ShEP/Downloads/autoref-obosnovanie-parametrov-elektrodov-instrumentov-i-uslovii-elektroerozionnogo-mikroformoobrazo.pdf>)].As a result of the impact of a current pulse during electroerosive machining, not only the material being processed, but also the material of the electrode-tool melts. Therefore, it is subject to special requirements for electrical erosion resistance and electrical conductivity in the temperature range from room temperature to the melting temperature of the electrode-tool material. Since long and thin electrode-tools are used for electroerosive "drilling" of deep holes of small diameter, to ensure the rigidity of their design, which can withstand mechanical and thermal deformations (total deformation should not exceed 0.3% of the tolerance for the main dimensions of the workpiece), the material tool electrodes must also have mechanical strength, especially bending strength, and not only at room temperature, but also at elevated temperatures. This requirement is due to the periodic contact of the electrode-tool with the surface to be treated, as well as the electrodynamic forces arising from the electroerosive discharge. [EKATERINICHEV, A.L. Substantiation of the parameters of the electrode-tools and the conditions of electroerosive microformation: abstract of diss. ... cand. tech. Sciences. Tula. Tul. state un-t. 2007. 19 p., especially p.7 (found 2021-11-12 in <file:///C:/Users/ShEP/Downloads/autoref-obosnovanie-parametrov-elektrodov-instrumentov-i-uslovii-elektroerozionnogo-mikroformoobrazo .pdf>)].

Кроме того, материал должен обладать жаро - и коррозионной стойкостью и не выделять под действием высоких температур при разряде каких-либо токсичных веществ [ОГЛЕЗНЕВ, Н.Д. Разработка композиционных материалов электродов-инструментов с улучшенными эксплуатационными характеристиками для обработки металлических сплавов: дисс. …канд. техн. наук. Пермь. Пермский нац. исслед. политехн. ун-т, 2015, 137 с., особенно с.13,14,16 (найдено 2021-11-08 в http://research.sfu-kras.ru/sites/research.sfu-kras.ru/files/Dissertaciya_Ogleznev.pdf>)].In addition, the material must have heat and corrosion resistance and not emit any toxic substances under the action of high temperatures during the discharge [OGLEZNEV, N.D. Development of composite materials for electrode-tools with improved performance for processing metal alloys: diss. …cand. tech. Sciences. Permian. Perm National research polytechnic un-t, 2015, 137 pp., especially p.13,14,16 (found 2021-11-08 at http://research.sfu-kras.ru/sites/research.sfu-kras.ru/files/ Dissertaciya_Ogleznev.pdf>)].

Углеграфитовые электроды-инструменты, благодаря их высокой электроэрозионной стойкости, низкой стоимости, доступности приобретения и хорошей обрабатываемости, нашли широкое применение при ЭЭО углеродистых и инструментальных сталей, а также жаропрочных сплавов на никелевой основе [Основные сведения об электроэрозионной обработке. Центральный металлический портал РФ, c. 7 и 8 (найдено 2021-11-08 в https://metallicheckiy-portal.ru/articles/obrabotka/elektro-erozionnaya/osnovnie_svedenia/7)]. Однако, в случае обработки твердых сплавов и тугоплавких материалов на основе вольфрама, молибдена и ряда других материалов, особенно, на чистовых режимах ЭЭО, углеграфитовые электроды-инструменты не обеспечивают высокую производительность из-за низкой стабильности электроэрозионного процесса. Кроме того, при прошивании отверстий малого диаметра и узких пазов такие электроды-инструменты имеют ограниченное применение из-за низкой механической прочности, а их использование для электроэрозионного «сверления» глубоких отверстий малого диаметра практически невозможно ввиду чрезвычайной хрупкости конструкции длинных и тонких электродов-инструментов.Carbon-graphite tool electrodes, due to their high EDM resistance, low cost, availability of purchase and good machinability, have found wide application in the EDM of carbon and tool steels, as well as nickel-based heat-resistant alloys [Basic information about EDM. Central metal portal of the Russian Federation, c. 7 and 8 (found 2021-11-08 at https://metallicheckiy-portal.ru/articles/obrabotka/elektro-erozionnaya/osnovnie_svedenia/7)]. However, in the case of machining of hard alloys and refractory materials based on tungsten, molybdenum and a number of other materials, especially in the finishing modes of EDM, carbon graphite tool electrodes do not provide high performance due to the low stability of the electroerosive process. In addition, when piercing holes of small diameter and narrow grooves, such tool electrodes are of limited use due to their low mechanical strength, and their use for EDM “drilling” of deep holes of small diameter is practically impossible due to the extremely fragility of the design of long and thin tool electrodes.

Медь и материалы на ее основе составляют основную часть применяемых металлических материалов для электродов-инструментов электроэрозионной обработки и, в частности, электроэрозионного «сверления» глубоких отверстий малого диаметра, в том числе в изделиях из высокопрочных инструментальных сталей и твердых сплавов. Наиболее часто используются прутки и прокат из электролитической меди марок М1 и М2, имеющих высокую электро- и теплопроводность. Применение электродов-инструментов из порошковой меди МП-15 с относительной пористостью 15% позволяет при обработке импульсами прямоугольной формы до 1,5 раза по сравнению с электродами-инструментами из компактной меди M1 повысить скорость съема материала изделия и повысить стойкость электрода-инструмента [ОГЛЕЗНЕВА, С.А., ОГЛЕЗНЕВ, Н.Д. Разработка материала электрода-инструмента для электроэрозионной прошивки. Современные проблемы науки и образования. Сетевое издание. 2014. № 2. ISSN 2070-7428, см. Введение (найдено 2021-11-08 в < https://science-education.ru/ru/article/view?id=12692>)]. Однако, спеченные электроды-инструменты из порошковой меди с такой пористостью и, особенно, круглого сечения практически невозможно изготовить длинномерными и тонкими, а длинномерные и тонкие электроды из компактной меди, получаемые экструзией и/или волочением, имеют относительный объемный электроэрозионный износ, в 6…10 раз

Figure 00000001
по сравнению с углеграфитовыми электродами-инструментами [Основные сведения об электроэрозионной обработке. Центральный металлический портал РФ, c. 7 (найдено 2021-11-08 в <https://metallicheckiy-portal.ru/articles/obrabotka/elektro-erozionnaya/osnovnie_svedenia/7>)].Copper and materials based on it make up the main part of the metal materials used for electrode-tools of electroerosive machining and, in particular, electroerosive "drilling" of deep holes of small diameter, including in products made of high-strength tool steels and hard alloys. The most commonly used rods and rolled products are made of electrolytic copper grades M1 and M2, which have high electrical and thermal conductivity. The use of MP-15 powder copper tool electrodes with a relative porosity of 15% makes it possible, when processing with rectangular pulses, up to 1.5 times in comparison with M1 compact copper tool electrodes, to increase the material removal rate of the product and increase the tool electrode durability [OGLEZNEVA, S.A., Ogleznev, N.D. Development of the material of the electrode-tool for electroerosive piercing. Modern problems of science and education. Online edition. 2014. No. 2. ISSN 2070-7428, see Introduction (retrieved 2021-11-08 in <https://science-education.ru/ru/article/view?id=12692>)]. However, sintered electrode-tools made of powdered copper with such a porosity and, especially, of a circular cross section, are almost impossible to make long and thin, and long and thin electrodes made of compact copper, obtained by extrusion and/or drawing, have a relative volumetric electroerosive wear of 6... 10 times
Figure 00000001
compared with carbon-graphite electrode-tools [Basic information about electroerosive machining. Central metal portal of the Russian Federation, c. 7 (found 2021-11-08 at <https://metallicheckiy-portal.ru/articles/obrabotka/elektro-erozionnaya/osnovnie_svedenia/7>)].

Наиболее близким к предлагаемому изобретению аналогом (прототипом) является композиционный материал на основе порошковой меди, содержащий графит в количестве 0,4 мас.% [ОГЛЕЗНЕВ, Н.Д. Разработка композиционных материалов электродов-инструментов с улучшенными эксплуатационными характеристиками для обработки металлических сплавов: дисс. … канд. техн. наук. Пермь. Пермский нац. исслед. политехн. ун-т. 2015. 137 с., особенно с. 54 (табл. 3.4), с. 94 (табл. 5.1), с. 97 (рис. 5.4,б), с. 100 (рис. 5.7,б), с. 103 (табл. 5.2) (найдено 2021-11-08 в <http://research.sfu-kras.ru/sites/research.sfu-kras.ru/files/Dissertaciya_Ogleznev.pdf>)]. Поскольку графит с медью не взаимодействует даже при высоких температурах: медь в графите не растворяется (как и углерод в меди), -то этот композиционный материал представляет собой, по-сути, механическую смесь (псевдосплав), физические свойства которого аддитивно складываются из физических свойств фаз (компонентов) материала [АВРАМОВ, Ю.С., ШЛЯПИН, А.Д. Новые композиционные материалы на основе несмешивающихся компонентов: получение, структура, свойства. Москва. МГИУ. 206 c. (найдено 2021-11-09 в <https://booksee.org/book/1471475>)], а его получение осуществляют методом порошковой металлургии путем поперечного оси детали прессования при давлении 600 МПа заранее приготовленной в смесителе смеси электролитического порошка меди марки ПМС-1 (ГОСТ 4960-75) и сухого коллоидного графита марки С-1 (ТУ 113-08-48-63-90), последующего отжига полученной заготовки образца размерами 6х6х50 мм в вакуумной печи при температуре 700 °С, повторного его прессования при давлении 600 МПа и окончательного спекания в вакуумной печи при температуре 1070±10 °С в течение 2 ч. Полученный материал имеет высокую электропроводность и хорошую прочность при изгибе (500 МПа), но низкую твердость, равную 36 НВ, которая обусловливается 14 %-ной остаточной пористостью материала. Производительность электродов-инструментов из этого материала при прошивании стали Х12Ф, содержащей хром и вольфрам, на разных режимах операции на 6-35% больше, чем производительность электродов из меди марки М1. При этом, относительный износ электродов-инструментов из данного композиционного материала в 15 раз меньше износа электродов-инструментов из меди марки М1.Closest to the proposed invention analogue (prototype) is a composite material based on powdered copper containing graphite in the amount of 0.4 wt.% [OGLEZNEV, N.D. Development of composite materials for electrode-tools with improved performance for processing metal alloys: diss. … cand. tech. Sciences. Permian. Perm National research polytechnic un-t. 2015. 137 p., especially p. 54 (Table 3.4), p. 94 (Table 5.1), p. 97 (Fig. 5.4, b), p. 100 (Fig. 5.7, b), p. 103 (Table 5.2) (found on 2021-11-08 at <http://research.sfu-kras.ru/sites/research.sfu-kras.ru/files/Dissertaciya_Ogleznev.pdf>)]. Since graphite does not interact with copper even at high temperatures: copper does not dissolve in graphite (like carbon in copper), this composite material is, in fact, a mechanical mixture (pseudo-alloy), the physical properties of which are additively made up of physical properties phases (components) of the material [AVRAMOV, Yu.S., Shlyapin, A.D. New composite materials based on immiscible components: preparation, structure, properties. Moscow. MGIU. 206 c. (found 2021-11-09 in <https://booksee.org/book/1471475>)], and its production is carried out by the method of powder metallurgy by transverse to the axis of the pressing part at a pressure of 600 MPa, a mixture of electrolytic copper powder of grade PMS prepared in advance in a mixer -1 (GOST 4960-75) and dry colloidal graphite grade S-1 (TU 113-08-48-63-90), subsequent annealing of the resulting sample blank with dimensions of 6x6x50 mm in a vacuum furnace at a temperature of 700 ° C, its repeated pressing at pressure of 600 MPa and final sintering in a vacuum furnace at a temperature of 1070±10 °C for 2 hours. residual porosity of the material. The performance of tool electrodes made of this material when piercing Kh12F steel containing chromium and tungsten in different operation modes is 6–35% higher than the performance of electrodes made of M1 grade copper. At the same time, the relative wear of tool electrodes made of this composite material is 15 times less than the wear of tool electrodes made of M1 grade copper.

Однако, применение данного материала в электродах-инструментах для электроэрозионного «сверления» глубоких отверстий эффективно в том случае, если размер поперечного сечения электрода-инструмента не будет меньше 3 мм. По мере уменьшения поперечных размеров будет уменьшаться прочность, повышаться хрупкость электродов-инструментов и усложняться процесс их поперечного прессования и спекания, особенно, электродов-инструментов круглого сечения.However, the use of this material in tool electrodes for electroerosive "drilling" of deep holes is effective if the size of the cross section of the tool electrode is not less than 3 mm. As the transverse dimensions decrease, the strength will decrease, the fragility of the tool electrodes will increase, and the process of their transverse pressing and sintering will become more complicated, especially for tool electrodes of circular cross section.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание эрозионностойкого композиционного материала на основе порошковой меди, предназначенного для изготовления из него высокоэффективных электродов-инструментов для электроэрозионной обработки металлических материалов, преимущественно, труднообрабатываемых, и прежде всего, для прошивания в них глубоких отверстий и пазов малых размеров.The task to be solved by the claimed invention is the creation of an erosion-resistant composite material based on powdered copper, intended for the manufacture of highly efficient electrode-tools for electroerosive machining of metal materials, mainly hard-to-machine, and above all, for flashing deep holes and grooves into them. small sizes.

Техническим результатом заявляемого изобретения является достижение на основе сбалансированных между собой химического состава и структуры материала повышенных его физико-механических и эксплуатационных характеристик и, прежде всего, электроэрозионной стойкости и производительности процесса электроэрозионной обработки, а также свойств, позволяющих получать из материала длинномерные и тонкие электроды-инструменты.The technical result of the claimed invention is to achieve, on the basis of a balanced chemical composition and structure of the material, its increased physical, mechanical and operational characteristics and, above all, electroerosive resistance and productivity of the electroerosive machining process, as well as properties that make it possible to obtain long and thin electrodes from the material - tools.

Указанный технический результат достигается за счет того, что композиционный материал на основе порошковой меди, содержащий графит, дополнительно содержит алюминий и закись меди при следующем соотношении компонентов, мас.%:The specified technical result is achieved due to the fact that the composite material based on powdered copper containing graphite additionally contains aluminum and copper oxide in the following ratio, wt.%:

АлюминийAluminum 0,81-0,950.81-0.95 ГрафитGraphite 0,10-0,200.10-0.20 Окись медиcopper oxide 3,39-3,493.39-3.49 МедьCopper остальноеrest

Из уровня техники не известны аналоги, обладающие тождественной совокупностью признаков.The prior art does not know analogs with an identical set of features.

Материал по заявляемому изобретению изготавливают из исходной порошковой смеси, приготовленной смешиванием в смесителе типа «пьяная бочка» в течение 1 ч дозированных порций порошка электролитической меди марки ПМС-1 (ГОСТ 4960-75), алюминиевой пудры марки ПП-1 (ГОСТ 5592-71), порошка оксида меди (II) (окиси меди) квалификации ЧДА ГОСТ 16539-79 и порошка сухого коллоидного графита марки С-1 (ТУ 113-08-48-63-90). Приготовленную таким образом исходную порошковую смесь обрабатывают в среде воздуха рабочей камеры аттритора в течение 1 ч с частотой вращения ротора 600 мин-1, степенью заполнения рабочей камеры мелющими шарами и порошковой смесью, равной, 0,7. Полученные в аттриторе гранулы помещают в полугерметичный стальной контейнер, днище которого заполнено древесно-угольным карбюризатором (ГОСТ 2407-83), являющимся генератором смеси газов (СО+СО2), и далее контейнер устанавливают в нагретую до 870 °С камерную электропечь, где при этой температуре выдерживают, в зависимости от массы гранул, от 3 ч до 5 ч. Полученные гранульные спеки дробят сначала на отдельные куски на прессе и затем эти куски дробят в аттриторе в течение 10 мин. Полученные гранулы подвергают холодному компактированию на гидравлическом прессе в жесткой матрице по двусторонней схеме прессования давлением 600 МПа в брикеты, которые затем нагревают в печи в защитной атмосфере до температуры 750°С, выдерживают при этой температуре 30-40 мин и далее в нагретом состоянии подвергают экструзии в прутки из нагретого до 450°С контейнера гидравлического пресса в коническую матрицу из твердого сплава. Отверстие (очко) в этой матрице может быть выполнено в виде требуемого профиля (круга, квадрата, ромба и пр.) поперечного сечения прутка, который является заготовкой для изготовления из него электродов-инструментов. Поскольку горячеэкструдированные прутки получают длиной до 4000 мм, то из них изготавливают сразу несколько длинномерных электродов-заготовок для электроэрозионного «сверления» глубоких отверстий, причем, минимальный диаметр таких прутков составляет 1 мм. Если требуется меньший диаметр электрода-инструмента, то его получают, подвергнув пруток волочению, при котором одновременно с уменьшением диаметра обеспечиваются повышенная точность этого размера и высокий класс чистоты боковой (рабочей) поверхности электрода-инструмента.The material according to the claimed invention is made from the initial powder mixture prepared by mixing in a mixer of the "drunken barrel" type for 1 hour dosed portions of powder of electrolytic copper grade PMS-1 (GOST 4960-75), aluminum powder grade PP-1 (GOST 5592-71 ), powder of copper oxide (II) (copper oxide) of ChDA qualification GOST 16539-79 and powder of dry colloidal graphite grade S-1 (TU 113-08-48-63-90). The initial powder mixture thus prepared is treated in the atmosphere of the working chamber of the attritor for 1 hour with a rotor speed of 600 min -1 , the degree of filling of the working chamber with grinding balls and the powder mixture equal to 0.7. The granules obtained in the attritor are placed in a semi-hermetic steel container, the bottom of which is filled with a charcoal carburizer (GOST 2407-83), which is a gas mixture generator (CO + CO 2 ), and then the container is placed in a chamber electric furnace heated to 870 ° C, where at this temperature is maintained, depending on the weight of the granules, from 3 hours to 5 hours. The resulting granules are subjected to cold compaction in a hydraulic press in a rigid matrix according to a two-sided pressing scheme with a pressure of 600 MPa into briquettes, which are then heated in a furnace in a protective atmosphere to a temperature of 750 ° C, kept at this temperature for 30-40 minutes and then extruded in a heated state. into bars from a hydraulic press container heated to 450°C into a conical hard alloy die. The hole (point) in this matrix can be made in the form of the required profile (circle, square, rhombus, etc.) of the cross section of the rod, which is a blank for making tool electrodes from it. Since hot-extruded rods are obtained up to 4000 mm long, several long electrode blanks are made from them at once for electroerosive "drilling" of deep holes, and the minimum diameter of such rods is 1 mm. If a smaller diameter of the tool electrode is required, then it is obtained by subjecting the rod to drawing, in which, simultaneously with a decrease in diameter, increased accuracy of this size and a high class of cleanliness of the side (working) surface of the tool electrode are provided.

Во время обработки исходной порошковой смеси порошков в среде кислорода воздуха рабочей камеры аттритора и дальнейшего термодеформационного передела полученных гранул в горячеэкструдированные прутки происходит окисление алюминия (механохимический синтез) и образование оксида алюминия Al2O3 в материале согласно реакции:During the processing of the initial powder mixture of powders in the oxygen atmosphere of the working chamber of the attritor and further thermal deformation processing of the obtained granules into hot-extruded rods, aluminum is oxidized (mechanochemical synthesis) and aluminum oxide Al 2 O 3 is formed in the material according to the reaction:

2Al+3/2 O2=Al2O3.2Al+3/2 O 2 \u003d Al 2 O 3 .

При обработке в аттриторе и дальнейшем термодеформационном переделе полученных в нем гранул происходит окисление не только алюминия, но и порошка меди с образованием оксидов СuО и Сu2О:During processing in an attritor and further thermal deformation processing of the granules obtained in it, not only aluminum, but also copper powder is oxidized with the formation of CuO and Cu 2 O oxides:

2Cu+O2 =2CuO,2Cu+O 2 \u003d 2CuO,

где СuO – оксид меди (II) (окись меди), который образуется в виде кристаллов черного цвета, начиная с температуры 60…70°С.where CuO is copper oxide (II) (copper oxide), which is formed in the form of black crystals, starting from a temperature of 60 ... 70 ° C.

4CuO → 2Cu2O +O2 ,4CuO → 2Cu 2 O + O 2 ,

где Сu2О - оксид меди (I) (закись меди), получаемый разложением СuO при нагревании до 1100 °C в виде кристаллов красновато-коричневые цвета.where Cu 2 O is copper oxide (I) (copper oxide), obtained by decomposition of CuO when heated to 1100 ° C in the form of reddish-brown crystals.

Таким образом, в процессе получения материала в его структуре содержится помимо динамически термостабильных упрочняющих частиц Al2O3 так же значительное количество частиц оксидов меди, размеры которых на порядки превышают размеры частиц оксида алюминия и они сильно снижают электропроводность материала. Алюминий, обладая

Figure 00000002
чем медь сродством к кислороду, восстанавливает медь из ее оксидов с одновременным образованием собственного оксида:Thus, in the process of obtaining a material, its structure contains, in addition to dynamically thermally stable Al 2 O 3 strengthening particles, also a significant amount of copper oxide particles, the dimensions of which are orders of magnitude larger than the dimensions of aluminum oxide particles and they greatly reduce the electrical conductivity of the material. aluminum, having
Figure 00000002
than copper affinity for oxygen, restores copper from its oxides with the simultaneous formation of its own oxide:

3CuO+2Al =3Cu+Al2O3,3CuO + 2Al \u003d 3Cu + Al 2 O 3 ,

Cu2O+2Al = 6Cu+Al2O3.Cu 2 O + 2Al \u003d 6Cu + Al 2 O 3 .

Однако, для того, чтобы полностью окислить алюминий, как правило, не хватает кислорода воздуха в герметичной рабочей камере аттритора и образовавшихся при обработке в нем оксидов меди. Поскольку остаточный алюминий и алюминий в твердом растворе меди понижают электропроводность меди больше, чем ее оксиды, то согласно настоящему изобретению, в исходную порошковую смесь специально вводится оксид меди (II) (окись меди) СuО, являющийся дополнительным источником кислорода для полного окисления алюминия.However, in order to completely oxidize aluminum, as a rule, there is not enough oxygen in the air in the sealed working chamber of the attritor and the copper oxides formed during processing in it. Since residual aluminum and aluminum in a solid solution of copper lower the electrical conductivity of copper more than its oxides, according to the present invention, copper (II) oxide (copper oxide) CuO, which is an additional source of oxygen for the complete oxidation of aluminum, is specially introduced into the initial powder mixture.

Таким образом, полученный материал состоит из пластичной основы в виде медной матрицы и равномерно распределенных в ней частиц оксида алюминия, образование которого происходит по приведенным выше четырем твердофазным реакциям. Исследования, проведенные в источнике [RU 2746016 C1 (ВЛАДИМИРОВА, Ю.О. и др.) 05.04.2021, фиг. 1, с. 13, строка 40], показали, что оксид алюминия имеет модификацию γ-Al2O3, и его частицы обладают размерами нанодисперсного уровня - не более 50 нм. Равномерно распределенные в матрице наночастицы динамически термостабильного оксида алюминия химически не взаимодействую с матрицей и не растворяются в ней вплоть до температуры ее плавления, поэтому являются препятствием движущимся при деформации дислокациям, в результате чего необходимо дополнительное напряжение для обеспечения скольжения дислокаций, т.е. обеспечивается повышение прочностных свойств материала. При нагреве материала указанные частицы блокируют рост зерен, что обеспечивает высокую температуру рекристаллизации, характеризующую жаростойкость материала [ГОЛЬДШТЕЙН, М.И., ФАРБЕР, В.М. Дисперсионное упрочнение стали. М. Металлургия. 1979. с. 127-139 (найдено 2021-11-12 в <https://www.studmed.ru/goldshteyn-m-i-farber-v-m-dispersionnoe-uprochnenie-stali_bb2887d3ebc.html>)].Thus, the resulting material consists of a plastic base in the form of a copper matrix and aluminum oxide particles evenly distributed in it, the formation of which occurs according to the above four solid-phase reactions. Research done at the source [RU 2746016 C1 (VLADIMIROVA, Yu.O. et al.) 04/05/2021, fig. 1, p. 13, line 40], showed that alumina has a modification γ-Al2O3, and its particles have the size of a nanodispersed level - no more than 50 nm. Dynamically thermally stable aluminum oxide nanoparticles uniformly distributed in the matrix do not chemically interact with the matrix and do not dissolve in it up to its melting temperature; an increase in the strength properties of the material is provided. When the material is heated, these particles block the growth of grains, which provides a high recrystallization temperature, which characterizes the heat resistance of the material [GOLDSTEIN, M.I., FARBER, V.M. Dispersion hardening of steel. M. Metallurgy. 1979. p. 127-139 (found 2021-11-12 in <https://www.studmed.ru/goldshteyn-m-i-farber-v-m-dispersionnoe-uprochnenie-stali_bb2887d3ebc.html>)].

Помимо оксидов меди, условия образования которых указаны выше, в полученных в аттриторе гранулах присутствуют также гидроксиды меди Cu(OH)2, представляющие собой оксидные пленки, которые присутствовали изначально на частицах порошка меди и были разрушены (содраны) при обработке в аттриторе. Кроме того, из-за высокой температуры (80…120°С) в рабочей камере аттритора, влага, адсорбированная на поверхности исходных частиц медного порошка, частично приняла участие в окислении меди с образованием ее гидроксида. Поскольку размеры медных гидроксидов Cu(OH)2 на один-два порядка больше, чем размеры образовавшегося оксида алюминия γ-Al2O3, их вклад в упрочнение материала и достижение высокой его жаростойкости и прочности незначителен. Но зато медные гидроксиды значительно снижают электропроводность материала, в связи с чем они считаются вредными примесями. Для избавления от них в исходной порошковой смеси присутствует графит, часть которого Св во время нагрева гранул в полугерметичном контейнере восстанавливает медь из ее гидроксида согласно реакции:In addition to copper oxides, the formation conditions of which are indicated above, the granules obtained in the attritor also contain copper hydroxides Cu(OH)2, which are oxide films that were initially present on copper powder particles and were destroyed (torn off) during processing in an attritor. In addition, due to the high temperature (80...120°C) in the working chamber of the attritor, the moisture adsorbed on the surface of the initial particles of copper powder partially took part in the oxidation of copper with the formation of its hydroxide. Since the sizes of copper hydroxides Cu(OH)2 one or two orders of magnitude greater than the dimensions of the formed aluminum oxide γ-Al2O3, their contribution to strengthening the material and achieving its high heat resistance and strength is negligible. But on the other hand, copper hydroxides significantly reduce the electrical conductivity of the material, and therefore they are considered harmful impurities. To get rid of them, graphite is present in the initial powder mixture, part of which is Cin during the heating of the pellets in a semi-hermetic container, it recovers copper from its hydroxide according to the reaction:

2Cu(OH)2+С = 2Cu+CO2↑+Н2О↑.2Cu(OH) 2 + C \u003d 2Cu + CO 2 ↑ + H 2 O ↑.

При этом, попутно образовавшиеся углекислый CO2 и вода Н2О в виде перегретого пара удаляются через внутригранульные и межгранульные поры в атмосферу. Защитную атмосферу в виде газов CO2(CO) для предотвращения окисления гранульного брикета перед горячей экструзией создает другая часть графита СЗ, реагируя с кислородом воздуха:At the same time, the formed carbon dioxide CO 2 and water H 2 O in the form of superheated steam are removed through intragranular and intergranular pores into the atmosphere. A protective atmosphere in the form of gases CO 2 (CO) to prevent the oxidation of the granular briquette before hot extrusion is created by another part of graphite СЗ , reacting with atmospheric oxygen:

Cз+O2→CO2(CO)↑.C s + O 2 →CO 2 (CO) ↑.

Наличие указанной защитной атмосферы при нагреве гранульных брикетов перед горячей экструзией обеспечивает материалу хорошую электропроводность.The presence of this protective atmosphere during heating of granular briquettes before hot extrusion provides the material with good electrical conductivity.

В соответствии с описанной технологией были изготовлены горячеэкструдированные прутки заявленного материала квадратного сечения 9,40-0,36 х 9,40-0,36 мм различных составов с содержанием компонентов в них в указанных в табл.1 пределах.In accordance with the described technology, hot-extruded bars of the claimed material with a square section of 9.40 -0.36 x 9.40 -0.36 mm of various compositions were manufactured with the content of components in them within the limits indicated in Table 1.

Таблица 1Table 1 КомпонентыComponents Составы материала, мас.%Material compositions, wt.% № 1No. 1 № 2No. 2 № 3Number 3 № 4No. 4 № 5No. 5 № 6No. 6 № 7No. 7 № 8No. 8 № 9No. 9 АлюминийAluminum 0,810.81 0,810.81 0,810.81 0,880.88 0,880.88 0,880.88 0,950.95 0,950.95 0,950.95 ГрафитGraphite 0,100.10 0,150.15 0,200.20 0,100.10 0,150.15 0,200.20 0,100.10 0,150.15 0,200.20 Окись медиcopper oxide 3,393.39 3,443.44 3,493.49 3,393.39 3,443.44 3,493.49 3,393.39 3,443.44 3,493.49 МедьCopper 95,7095.70 95,6095.60 95,5095.50 95,6395.63 95,5395.53 95,4395.43 95,5695.56 95,4695.46 95,3695.36

Так же в соответствии с технологией, изложенной в информационном источнике [ОГЛЕЗНЕВ, Н.Д. Разработка композиционных материалов электродов-инструментов с улучшенными эксплуатационными характеристиками для обработки металлических сплавов: дисс. … канд. техн. наук. Пермь. Пермский нац. исслед. политехн. ун-т. 2015. 137 с., особенно с. 43, 44, 50-52 (найдено 2021-11-12 в < http://research.sfu-kras.ru/sites/research.sfu-kras.ru/files/Dissertaciya_Ogleznev.pdf>)] были изготовлены призматические образцы размерами 9,40-0,36 х 9,40-0,36 х 50 мм из материала, являющегося наиболее близким аналогом (прототипом) заявленного материала - композиционного материала на основе порошковой меди, содержащего графит в количестве 0,4 мас.%.Also, in accordance with the technology described in the information source [OGLEZNEV, N.D. Development of composite materials for electrode-tools with improved performance for processing metal alloys: diss. … cand. tech. Sciences. Permian. Perm National research polytechnic un-t. 2015. 137 p., especially p. 43, 44, 50-52 (retrieved 2021-11-12 at <http://research.sfu-kras.ru/sites/research.sfu-kras.ru/files/Dissertaciya_Ogleznev.pdf>)] prismatic samples were made dimensions 9.40 -0.36 x 9.40 -0.36 x 50 mm from a material that is the closest analogue (prototype) of the claimed material - a composite material based on powdered copper containing graphite in an amount of 0.4 wt.%.

Из изготовленных горячепрессованных прутков заявленного материала и образцов материала-прототипа методами механической обработки были изготовлены соответствующие образцы для проведения испытаний по определению физическо-механических и эксплуатационных свойств обоих материалов.From the manufactured hot-pressed rods of the claimed material and samples of the prototype material, the corresponding samples were made by machining methods for testing to determine the physical, mechanical and operational properties of both materials.

Электропроводность материалов до и после отжига их образцов при 850 ± 5°С в течение 1 ч в среде аргона определяли на основе ГОСТ 7229-76. Полученные значения электрического сопротивления материалов пересчитывали в электропроводность каждого материала по отношению к чистой меди (% IACS). Твердость по Бринеллю измеряли в соответствии с ГОСТ 23667-79 на образцах до и после их отжига при 850 ± 5°С в течение 1 ч в среде аргона. Температуру рекристаллизации определяли согласно ISO 5182, в соответствии с которым температура рекристаллизации материалов определялась измерением их твердости после отжига в течение 2 ч как температура, при которой происходит падение твердости на 15%. Предел прочности при попречном изгибе призматических образцов размерами 9,40-0,36 х 9,40-036 х 50 мм определяли по ГОСТ 14019-2003 со скоростью нагружения 2 мм/мин с расстоянием между двумя опорами 40 мм. Нагрузку прикладывали сосредоточенной силой Р на середине расстояния между опорами. Те образцы, которые подвергались испытаниям при температурах 200 °С и 700 °С, перед испытанием сначала нагревали в специальных теплосберегающих пеналах, содержащих древесно-угольный карбюризатор, до температуры, превышающей на 60-70 °С требуемую температуру испытаний. Замер температуры осуществлялся с использованием термопары, устанавливаемой в отверстие в торце образца. После этого образец быстро извлекался из пенала, помещался на двухточечную опору, установленную на траверсе универсальной разрывной машины 1958У, и быстро нагружался усилием до разрушения образца. Предел прочности при изгибе определяли по формуле:The electrical conductivity of materials before and after annealing of their samples at 850 ± 5°C for 1 h in argon was determined on the basis of GOST 7229-76. The obtained values of the electrical resistance of the materials were recalculated into the electrical conductivity of each material with respect to pure copper (% IACS). The Brinell hardness was measured in accordance with GOST 23667-79 on samples before and after their annealing at 850 ± 5°C for 1 h in argon. The recrystallization temperature was determined according to ISO 5182, according to which the recrystallization temperature of materials was determined by measuring their hardness after annealing for 2 hours as the temperature at which a drop in hardness of 15% occurs. The ultimate strength in transverse bending of prismatic samples with dimensions of 9.40 -0.36 x 9.40 -036 x 50 mm was determined according to GOST 14019-2003 at a loading rate of 2 mm/min with a distance between two supports of 40 mm. The load was applied by a concentrated force P at the middle of the distance between the supports. Those samples that were tested at temperatures of 200 ° C and 700 ° C were first heated in special heat-saving canisters containing a charcoal carburizer to a temperature exceeding the required test temperature by 60-70 ° C before testing. The temperature was measured using a thermocouple installed in a hole in the end face of the sample. After that, the sample was quickly removed from the case, placed on a two-point support mounted on the traverse of the 1958U universal tensile testing machine, and quickly loaded with force until the sample was destroyed. The ultimate strength in bending was determined by the formula:

σ изг = 1,5PL / b 3 ,σizg = 1.5PL/b 3 ,

где Р - разрушающая нагрузка;where P is the breaking load;

L- расстояние между опорами; L - distance between supports;

b - размер поперечного сечения образца. b is the size of the cross section of the sample.

В качестве эксплуатационных характеристик материалов электродов-инструментов использовали относительный объемный электроэрозионного износ электрод-инструмента h v и объемную производительность электроэрозионной обработки П v, которые определяли по соответствующим формулам:The relative volumetric electroerosive wear of the electrode tool h v and the volumetric productivity of electroerosive machining P v were used as operational characteristics of the materials of electrode tools, which were determined by the corresponding formulas:

h v = (ΔV эи / ΔV заг)·100%, h v \u003d (Δ V ei / Δ V zag ) 100%,

где ΔV эи , ΔV заг -объемный электроэрозионный износ соответственно электрода-инструмента и обрабатываемой заготовки.where Δ V ee , Δ V zag - volumetric electroerosive wear, respectively, of the electrode-tool and the workpiece.

П v = V заг / τо = (m заг о - m заг) / ρзаг · τ о , П v = V zag / τ o = ( m zag o - m zag ) / ρ zag τ o ,

где ΔV заг - объем удаленного с заготовки материала;where ΔV zag- the volume of material removed from the workpiece;

m заг о , m заг - масса обрабатываемой заготовки соответственно в исходном состоянии и после ее обработки; m zag about , m zag - the mass of the processed workpiece, respectively, in the initial state and after its processing;

τ о - основное время обработки. τ about - the main processing time.

В качестве труднообрабатываемого материала для прошивки в экспериментах использовали спеченный твердый сплав титано-вольфрамовой группы твердых сплавов марки Т15К6 (ИСО 513-75) в виде пластин с номинальными размерами 7×14×20,5 мм.Sintered hard alloy of the titanium-tungsten group of hard alloys grade T15K6 (ISO 513-75) in the form of plates with nominal dimensions of 7 × 14 × 20.5 mm was used as a difficult-to-cut material for piercing in the experiments.

Абсолютная плотность твердого сплава, заявляемого материала и материала-прототипа определяли расчетным путем при взвешивании шлифованных призматических образцов по ГОСТ 24104-2001 на электронных весах с точностью отсчета ±0,001 г (ГОСТ Р 53228-2008).The absolute density of the hard alloy, the claimed material and the prototype material was determined by calculation by weighing ground prismatic samples according to GOST 24104-2001 on electronic scales with a reading accuracy of ±0.001 g (GOST R 53228-2008).

Для определения указанных эксплуатационных характеристик проводили испытания электродов-инструментов из заявленного материала и материала-прототипа на универсальном электроэрозионном копировально-прошивочном станке модели МА 4720У с генератором коротких импульсов ГКИ-250 в среде смеси осветленного керосина и машинного масла (1:1). Обработка велась при обратной полярности подключения электродов-инструментов к источнику высокочастотного тока с короткими импульсами прямоугольного вида с частотой 88 кГц. Рабочий ток на межэлектродном промежутке составлял 2,5А, напряжение - 65В. Скважность, пауза, количество силовых блоков, расход и давление рабочей жидкости были неизменными для всех экспериментов. Глубина опускания шпиндельной головки с электродом от касания поверхности обрабатываемой заготовки составляла 5±0,01 мм и контролировалась индикатором ИЧ50 (точность отсчета ±0,01 мм). Очистка - промывка межэлектродного пространства от шлама (продуктов электроэрозии) - проходила прокачкой рабочей жидкости через отверстие в электроде-инструменте.To determine these performance characteristics, electrodes-tools were tested from the claimed material and the prototype material on a universal electroerosive copy-piercing machine model MA 4720U with a short pulse generator GKI-250 in a mixture of clarified kerosene and machine oil (1: 1). The processing was carried out with the reverse polarity of the electrodes-tools connected to a high-frequency current source with short rectangular pulses with a frequency of 88 kHz. The operating current in the interelectrode gap was 2.5A, the voltage was 65V. The duty cycle, pause, number of power units, flow rate and pressure of the working fluid were unchanged for all experiments. The depth of lowering of the spindle head with the electrode from touching the surface of the workpiece was 5 ± 0.01 mm and was controlled by the ICh50 indicator (reading accuracy ± 0.01 mm). Cleaning - washing the interelectrode space from sludge (electroerosion products) - was carried out by pumping the working fluid through a hole in the electrode-tool.

Для изготовления электродов-инструментов для проведения их испытаний полученные горячепрессованные прутки из заявляемого материала нарезали на отдельные заготовки электродов-инструментов длиной 50 мм. У этих заготовок производили плоское шлифование всех четырех боковых граней до размера в сечении 8,85+0,1 х 8,85+0,1 мм и шероховатости обработанных поверхностей R a = 2,5 мкм. У полученных из материала-прототипа образцов так же производили плоское шлифование всех четырех боковых граней до размера в сечении 8,85+0,1 х 8,85+0,1 мм и шероховатости обработанных поверхностейFor the manufacture of electrode-tools for their testing, the obtained hot-pressed rods from the claimed material were cut into separate workpieces of electrode-tools with a length of 50 mm. All four side faces of these workpieces were flat ground to a cross-sectional size of 8.85 +0.1 x 8.85 +0.1 mm and the roughness of the machined surfaces R a = 2.5 µm. The samples obtained from the prototype material also produced flat grinding of all four side faces to a size in section of 8.85 +0.1 x 8.85 +0.1 mm and the roughness of the machined surfaces

R a = 2,5 мкм. R a = 2.5 µm.

С целью ускорения испытаний за счет развития

Figure 00000003
площади рабочих поверхностей электродов-инструментов, в них выполняли сквозное центральной отверстие диаметром 3,0+0,05 мм.In order to accelerate testing through the development
Figure 00000003
area of the working surfaces of the electrode-tools, they made a through central hole with a diameter of 3.0 +0.05 mm.

Коррозионную стойкость материалов определяли по окисленности поверхности электродов-инструментов весовым методом по Приложению А к ГОСТ Р 53803-2010. Перед травлением электроды-инструменты промывали в теплой воде (температура - не ниже 40 °С), сушили, протирали ветошью насухо с последующим обезжириванием ацетоном (ГОСТ 2768) и взвешивали на весах высокого класса точности (ГОСТ Р 53228-2008) по ГОСТ 24104-2001. Далее электрод-инструменты подвергали травлению в 10%-ном по массе растворе серной кислоты (ГОСТ 4204) в течение 15 мин. Температура травильного раствора была от 70 °С до 80 °С. После травления электроды-инструменты промывали водой, сушили и взвешивали на тех же весах. Окисленность поверхности электрода-инструмента определяли по формуле:The corrosion resistance of the materials was determined by the oxidation of the surface of the electrode-tools by the gravimetric method according to Appendix A to GOST R 53803-2010. Before etching, the electrode-tools were washed in warm water (temperature not lower than 40 °C), dried, wiped dry with a rag, followed by degreasing with acetone (GOST 2768) and weighed on a high accuracy scale (GOST R 53228-2008) according to GOST 24104- 2001. Next, the tool electrodes were etched in a 10 wt % sulfuric acid solution (GOST 4204) for 15 min. The temperature of the pickling solution was from 70°C to 80°C. After etching, the tool electrodes were washed with water, dried, and weighed on the same balance. The oxidation of the surface of the electrode-tool was determined by the formula:

a = [(m эи о - m эи к) / m эи о)]·100% , a = [( m ei o - m ei k ) / m ei o )] 100% ,

где m эи о - масса электрода-инструмента до травления;where m ee about - the mass of the electrode-tool before etching;

m эи к - масса электрода-инструмента после травления. m ei to - the mass of the electrode-tool after etching.

Металлографические исследования структуры материала проводили на микроскопе Альтами МЕТ 1МТ. Исследование тонкой структуры материала выполняли с использованием электронного растрового сканирующего микроскопа JEOL JCM-6000 NeoScope II при увеличении до 25000 раз. Сканирование поверхности объекта осуществляли при напряжении от 5 кВ до 15 кВ и диаметре электронного зонда порядка 1 мкм. Фазовый состав упрочняющих частиц (дисперсоидов) определяли на дифрактометре ДРОН-3М рентгенофазовым анализом анодных осадков, полученных путем электролитического растворения образцов исследуемого материала, и расшифровки дифрактограмм, снятых на кобальтовом излучении с использованием β-фильтров с фокусировкой по Брэггу-Брентано.Metallographic studies of the material structure were carried out on an Altami MET 1MT microscope. The study of the fine structure of the material was performed using a JEOL JCM-6000 NeoScope II scanning electron microscope at a magnification of up to 25000 times. The surface of the object was scanned at a voltage from 5 kV to 15 kV and an electron probe diameter of about 1 μm. The phase composition of hardening particles (dispersoids) was determined on a DRON-3M diffractometer by X-ray phase analysis of anode deposits obtained by electrolytic dissolution of samples of the material under study, and interpretation of diffraction patterns taken on cobalt radiation using β-filters with Bragg-Brentano focusing.

Физико-механические и эксплуатационные свойства заявляемого материала и материала-прототипа приведены в табл. 2.Physico-mechanical and operational properties of the proposed material and the prototype material are given in table. 2.

Из анализа данных табл. 2 следует, что композиционный материал на основе порошковой меди по заявленному изобретению обладает более высокими по сравнению с материалом-прототипом прочностными и эксплуатационными характеристиками. В частности, его твердость без отжига и после него не менее, чем в 4 раза превышает твердость материала-прототипа в таком же его состоянии, а предел прочности при изгибе материала по изобретению при нормальной температуре и температуре 200 °С превышает аналогичную характеристику у материала-прототипа не менее, чем в 1,6 раза.From the analysis of the data in Table. 2 it follows that the composite material based on powdered copper according to the claimed invention has higher strength and performance characteristics compared to the prototype material. In particular, its hardness without annealing and after it is not less than 4 times higher than the hardness of the prototype material in the same state, and the flexural strength of the material according to the invention at normal temperature and a temperature of 200 ° C exceeds the same characteristic of the material prototype not less than 1.6 times.

Таблица 2table 2 Состояние материалаMaterial condition Составы материалаMaterial compositions Материал -прототипMaterial - prototype № 1No. 1 № 2No. 2 № 3Number 3 № 4No. 4 № 5No. 5 № 6No. 6 № 7No. 7 № 8No. 8 № 9No. 9 Электропроводность (при 20 °С), % от электропроводности меди (% IACS)Electrical conductivity (at 20 °С), % of copper electrical conductivity (% IACS) без отжига without annealing 8080 7979 7676 7979 7777 7474 7878 7676 7474 8181 после отжигаafter annealing 8282 8080 7676 8181 7777 7474 7979 7676 7474 8282 Твердость (при 20 °С), HB5/750/30 Hardness (at 20 °C), HB 5/750/30 без отжигаwithout annealing 182182 181181 184184 180180 183183 186186 183183 184184 187187 4545 после отжигаafter annealing 145145 147147 150150 146146 149149 152152 148148 150150 152152 3535 Температура рекристаллизации, °СRecrystallization temperature, °С измерения твердости -
при 20 °С
hardness measurements -
at 20 °C
855855 855855 860860 860860 865865 870870 855855 860860 870870 280280
Предел прочности при изгибе, МПаBending strength, MPa при 20 °Сat 20 °С 752752 758758 765765 755755 763763 773773 758758 761761 776776 458458 при 200 °Сat 200 °C 453453 454454 464464 460460 450450 463463 454454 453453 462462 282282 при 700 °Сat 700 °C 150150 155155 153153 150150 154154 155155 155155 150150 154154 7474 Окисленность поверхности электрода-инструмента, х 10-2 %Oxidation of the surface of the electrode-tool, x 10 -2 % без отжигаwithout annealing 0,710.71 0,810.81 0,920.92 0,770.77 0,820.82 0,950.95 0,810.81 0,930.93 0,970.97 1,571.57 Относительный объемный износ электрода-инструмента, %Relative volumetric wear of the electrode-tool, % без отжигаwithout annealing 24,424.4 25,425.4 29,829.8 26,726.7 29,129.1 34,634.6 27,927.9 31,131.1 36,836.8 54,454.4 Объемная производительность электроэрозионной обработки, мм3/минVolumetric productivity of electroerosive machining, mm 3 /min без отжигаwithout annealing 8,898.89 8,548.54 7,297.29 8,138.13 7,477.47 6,266.26 7,807.80 6,956.95 5,935.93 4,034.03

Еще

Figure 00000004
преимущество (более, чем в 2 раза) наблюдается при температуре нагрева 700 °С, что объясняется особенностью строения тонкой структуры материала по изобретению, представляющую собой, как показали проведенные исследования, медную основу (матрицу) в виде субзерен со средним размером 100 ± 20 нм и равномерно распределенными в ней частицами γ-Al2O3 cо средним размером 30 ± 10 нм.More
Figure 00000004
the advantage (more than 2 times) is observed at a heating temperature of 700 °C, which is explained by the peculiarity of the structure of the fine structure of the material according to the invention, which, as studies have shown, is a copper base (matrix) in the form of subgrains with an average size of 100 ± 20 nm and γ-Al 2 O 3 particles uniformly distributed in it with an average size of 30 ± 10 nm.

Высокой прочности, особенно, при изгибе так же способствует макроструктура материала по изобретению, состоящая из параллельных друг другу дискретных микроволокон, которые образовались в результате вытягивания гранул брикета в направлении прессования при его горячей экструзии (фиг. 1). Как известно [ПИСАРЕНКО, Г.С., ЯКОВЛЕВ, А.П., МАТВЕЕВ, В.В. Справочник по сопротивлению материалов. 2-ое изд., перераб. и доп. Киев. Наук. думка. 1988. ISBN 5-12-0002999-4. Pис. 202 на с. 273], многослойные тела при их поперечном изгибе имеют более высокую прочность на изгиб, чем однослойные тела.High strength, especially in bending, is also facilitated by the macrostructure of the material according to the invention, consisting of discrete microfibers parallel to each other, which were formed as a result of pulling the pellets of the briquette in the direction of pressing during its hot extrusion (Fig. 1). As is known [PISARENKO, G.S., YAKOVLEV, A.P., MATVEEV, V.V. Handbook of Strength of Materials. 2nd ed., revised. and additional Kyiv. Sciences. thought. 1988. ISBN 5-12-0002999-4. Fig. 202 on p. 273], multilayer bodies in their transverse bending have a higher bending strength than single-layer bodies.

Благодаря дисперсному упрочнению частицами γ-Al2О3, материал по изобретению обладает так же высокой температурой рекристаллизации, которая превышает температуру рекристаллизации материала-прототипа более чем в 3 раза. Характеристика, обозначающая коррозионную стойкость сравниваемых материалов, оказалась у материала по заявленному изобретению не менее чем в 1,6 раз меньше, чем у материала-прототипа, что объясняется, прежде всего, наличием у этого спеченного материала, в отличие от горячеэкструдированного материала по изобретению, достаточно большой остаточной пористости (14-16%), способствующей увеличению оксидной составляющей материала.Due to dispersion strengthening particles γ- Al 2 O 3 , the material according to the invention also has a high recrystallization temperature, which exceeds the recrystallization temperature of the prototype material by more than 3 times. The characteristic indicating the corrosion resistance of the compared materials turned out to be at least 1.6 times less for the material according to the claimed invention than for the prototype material, which is explained primarily by the presence of this sintered material, in contrast to the hot-extruded material according to the invention, sufficiently large residual porosity (14-16%), which contributes to an increase in the oxide component of the material.

Несмотря на более высокую (5,3-5,5%) электропроводность материала-прототипа по сравнению с электропроводностью материала по изобретению, электроэрозионная стойкость последнего является более высокой по сравнению с электроэрозионной стойкостью материала-прототипа: относительный объемный износ электродов-инструментов из предлагаемого материала в 1,5-2,2 раза ниже относительного объемного износа электродов-инструментов из материала-прототипа.Despite the higher (5.3-5.5%) electrical conductivity of the prototype material compared to the electrical conductivity of the material according to the invention, the electrical erosion resistance of the latter is higher compared to the electrical erosion resistance of the prototype material: the relative volumetric wear of electrodes-tools from the proposed material 1.5-2.2 times lower than the relative volumetric wear of the electrode-tools from the prototype material.

Объемная производительность процесса ЭЭО при использовании электродов-инструментов из материала по заявляемому изобретению в среднем в 1,85 раза выше объемная производительности при использовании электродов-инструментов из материала-прототипа.The volumetric productivity of the process of EDM when using electrodes-tools from the material according to the claimed invention is on average 1.85 times higher than the volumetric productivity when using electrodes-tools from the material of the prototype.

Известно, что основные характеристики инструмента для электроэрозионного формообразования, как следует из изложенного выше и произведенных на основании источников [ЖУРИН, А. В. Методы расчета технологических параметров и электродов-инструментов при электроэрозионной обработке: дисс. ... канд. техн. наук. Тула. Тул. гос. ун-т. 2005. 132 с. (найдено 2021-11-12 в http://www.dslib.net/mex-obrabotka/metody-rascheta-tehnologicheskih-parametrov-i-jelektrodov-instrumentov-pri.html) и ЕКАТЕРИНИЧЕВ, А.Л. Обоснование параметров электродов-инструментов и условий электроэрозионного микроформообразования: дисс. ... канд. техн. наук. Тула. Тул. гос. ун-т. 2007. 142 с. (найдено 2021-11-12 в <http://www.dslib.net/mex-obrabotka/obosnovanie-parametrov-jelektrodov-instrumentov-i-uslovij-jelektrojerozionnogo.html>)] расчетов, должны составлять:It is known that the main characteristics of the tool for electroerosive shaping, as follows from the above and produced on the basis of sources [ ZHURIN , A.V. Methods for calculating technological parameters and electrode-tools in electroerosive machining: diss. ... cand. tech. Sciences. Tula. Tul. state un-t. 2005. 132 p. (retrieved 2021-11-12 at http://www.dslib.net/mex-obrabotka/metody-rascheta-tehnologicheskih-parametrov-i-jelektrodov-instrumentov-pri.html) and EKATERINICHEV, A.L. Substantiation of parameters of electrode-tools and conditions of electroerosive microformation: diss. ... cand. tech. Sciences. Tula. Tul. state un-t. 2007. 142 p. (found 2021-11-12 at <http://www.dslib.net/mex-obrabotka/obosnovanie-parametrov-jelektrodov-instrumentov-i-uslovij-jelektrojerozionnogo.html>)] calculations should be:

- электропроводность (при 20°С), % от электропроводности меди, не менее - electrical conductivity (at 20°С), % of the electrical conductivity of copper, not less than - до отжига - before annealing 7373 - после отжига при 850 ± 5°С в течение 1 ч - after annealing at 850 ± 5°С for 1 h 7373 - твердость по Бринеллю (при 20°С), НВ 5/750/30, не менее- Brinell hardness (at 20°C), HB 5/750/30 , not less than - до отжига- before annealing 180180 - после отжига при 850 ± 5°С в течение 1 ч - after annealing at 850 ± 5°С for 1 h 145145 - температура рекристаллизации (жаростойкость), °С, не менее- recrystallization temperature (heat resistance), °C, not less than 850850 - предел прочности при изгибе, МПа, не менее:- ultimate strength in bending, MPa, not less than: - при 20°С- at 20°C 750750 - при 200°С- at 200°C 450450 - при 700°С- at 700°C 150150 - окисленность поверхности электрода-инструмента - oxidation of the surface of the electrode-tool при весовом методе измерения, %, не более with the weight method of measurement,%, no more 0,010.01 - относительный объемный электроэрозионный износ - relative volumetric electroerosive wear электрода-инструмента, % , не болееelectrode-tool, %, no more 30thirty - объемная производительность электроэрозионной - volumetric productivity of electroerosive обработки, мм3/мин, не менееprocessing, mm 3 / min, not less 55

Сравнение приведенных выше характеристик свойств заявляемого материала и параметров его структуры с теми характеристиками и параметрами, которые должны были быть достигнутыми у заявляемого изобретения, показывает, что в результате получения сбалансированных между собою химического состава и структуры предлагаемый композиционный материал на основе порошковой меди обладает физико-механическими и эксплуатационными характеристиками, которые соответствуют и превышают их требуемые значения, что означает о достижении заявленного изобретением технического результата и, тем самым, возможности использования композиционного материала на основе порошковой меди по этому изобретению для изготовления из него высокоэффективных электродов-инструментов для электроэрозионной обработки металлических материалов, преимущественно, труднообрабатываемых и, прежде всего, для прошивания в них глубоких отверстий и пазов малых размеров.A comparison of the above characteristics of the properties of the claimed material and the parameters of its structure with those characteristics and parameters that should have been achieved in the claimed invention shows that, as a result of obtaining a balanced chemical composition and structure, the proposed composite material based on powdered copper has physical and mechanical properties. and performance characteristics that meet and exceed their required values, which means the achievement of the technical result claimed by the invention and, thus, the possibility of using a composite material based on powdered copper according to this invention for the manufacture of high-performance tool electrodes for electroerosive machining of metallic materials, predominantly hard-to-machine and, above all, for flashing deep holes and small grooves in them.

Поскольку требования к электродам-инструментам для электроэрозионного прошивания во многом сходны с требованиями к электроконтактным материалам и при формировании структуры и исследовании механизмов работы материалов для электродов-инструментов руководствуются закономерностями, аналогичными тем, что используются для электроконтактных материалов [ОГЛЕЗНЕВ, Н.Д. Разработка композиционных материалов электродов-инструментов с улучшенными эксплуатационными характеристиками для обработки металлических сплавов: дисс. …канд. техн. наук. Пермь. Пермский нац. исслед. политехн. ун-т. 2015. 137 с., особенно с. 25 (найдено 2021-11-15 в http://research.sfu-kras.ru/sites/research.sfu-kras.ru/files/Dissertaciya_Ogleznev.pdf>)], то заявленный композиционный материал на основе порошковой меди может быть предложен к применению так же в качестве материала для электродов контактной сварки.Since the requirements for electrode-tools for electroerosive flashing are in many respects similar to the requirements for electro-contact materials, and when forming the structure and studying the mechanisms of operation of materials for electrode-tools, they are guided by patterns similar to those used for electro-contact materials [OGLEZNEV, N.D. Development of composite materials for electrode-tools with improved performance for processing metal alloys: diss. …cand. tech. Sciences. Permian. Perm National research polytechnic un-t. 2015. 137 p., especially p. 25 (found 2021-11-15 at http://research.sfu-kras.ru/sites/research.sfu-kras.ru/files/Dissertaciya_Ogleznev.pdf>)], then the claimed composite material based on powdered copper can be proposed for use also as a material for resistance welding electrodes.

Claims (2)

Композиционный материал на основе порошковой меди, содержащий графит, отличающийся тем, что дополнительно содержит алюминий и окись меди при следующем соотношении компонентов, мас.%: Composite material based on powdered copper containing graphite, characterized in that it additionally contains aluminum and copper oxide in the following ratio, wt.%: Алюминий Aluminum 0,81-0,95 0.81-0.95 Графит Graphite 0,10-0,20 0.10-0.20 Окись меди copper oxide 3,39-3,49 3.39-3.49 Медь Copper остальное rest
RU2021134739A 2021-11-27 Composite material based on powder copper RU2773060C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2773060C1 true RU2773060C1 (en) 2022-05-30

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2815808C1 (en) * 2022-12-03 2024-03-21 Павел Геннадьевич Данилов Composite material based on powdered iron

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2398656C1 (en) * 2009-07-23 2010-09-10 Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" Method of producing composite material for copper-based electric contacts
RU2567418C1 (en) * 2014-06-11 2015-11-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии Уральского отделения Российской академии наук (ИМЕТ УрО РАН) Production of copper-based composite for electric contacts
CN105695776B (en) * 2016-02-26 2017-06-06 济南大学 A kind of Graphene strengthens the preparation method of copper-based electrical contact material
RU2740677C1 (en) * 2020-03-23 2021-01-19 Акционерное общество "Уралэлектромедь" Copper-dispersed hardened composite material

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2398656C1 (en) * 2009-07-23 2010-09-10 Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" Method of producing composite material for copper-based electric contacts
RU2567418C1 (en) * 2014-06-11 2015-11-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии Уральского отделения Российской академии наук (ИМЕТ УрО РАН) Production of copper-based composite for electric contacts
CN105695776B (en) * 2016-02-26 2017-06-06 济南大学 A kind of Graphene strengthens the preparation method of copper-based electrical contact material
RU2740677C1 (en) * 2020-03-23 2021-01-19 Акционерное общество "Уралэлектромедь" Copper-dispersed hardened composite material

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Оглезнев Н.Д. Разработка композиционных материалов электродов-инструментов с улучшенными эксплуатационными характеристиками для обработки металлических сплавов. Диссертация, кандидат технических наук, ФГАОУ ВО "Сибирский федеральный университет", Пермь, 2015. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2815808C1 (en) * 2022-12-03 2024-03-21 Павел Геннадьевич Данилов Composite material based on powdered iron

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Stalin et al. Optimization of powder metallurgy parameters for AA7072-MoO3 composites through taguchi method
Stolin et al. Manufacture of multipurpose composite and ceramic materials in the combustion regime and high-temperature deformation (SHS extrusion)
Lee et al. Electrical discharge surface alloying
Ab Kadir et al. Microstructural analysis and mechanical properties of direct recycling aluminium chips AA6061/Al powder fabricated by uniaxial cold compaction technique
Erdemir et al. Corrosion and wear behavior of functionally graded Al2024/SiC composites produced by hot pressing and consolidation
Li et al. Machinablility of titanium matrix composites (TMC) reinforced with multi-walled carbon nanotubes
Thasleem et al. Effect of heat treatment and electric discharge alloying on the tribological performance of selective laser melted AlSi10Mg
Dhas et al. Investigations on the effect of tungsten carbide and graphite reinforcements during spark erosion machining of aluminium alloy (AA 5052) hybrid composite
Ramaswamy et al. Multi-objective optimization of drilling EDM process parameters of LM13 Al alloy–10ZrB 2–5TiC hybrid composite using RSM
RU2325468C2 (en) Electrode for electric discharge surface treatment, method of electric discharge surface treatment, and device for electric discharge surface treatment
Ogunbiyi et al. Corrosion and wear behaviour of Spark plasma-sintered NiCrCoAlTiW-Ta superalloy
Walia et al. Development and performance evaluation of sintered tool tip while EDMing of hardened steel
Kolli et al. Process optimization and characterization of dense pure copper parts produced by paste-based 3D micro-extrusion
Behera et al. Effect of nickel on mechanical properties of alloy steel produced by powder metallurgy
RU2773060C1 (en) Composite material based on powder copper
Dhupal et al. Generation of effusion holes on ultra-high temperature alloy by micro electro-discharge machining process
Islam et al. Machining performance of Nano SiC and graphite powder mixed aluminum matrix composites fabricated by powder metallurgy using EDM
Sivasankar et al. Application of grey entropy and regression analysis for modelling and prediction on tool materials performance during EDM of hot pressed ZrB2 at different duty cycles
Rizwee et al. Parametric optimization of electro discharge process during machining of aluminum/boron carbide/graphite composite
RU2782861C1 (en) Material for the manufacture of an electrode-tool for electroerosion processing based on copper
Somani et al. Characterization and performance improvement of Sic-reinforced Cu-matrix-based composites as electrode for EDM machining
Panasiuk et al. Preparation and testing of microstructure of the SPS zirconium with the addition of manganese
Ageev et al. X-ray spectral analysis of sintered articles made of electroerosive lead bronze obtained in lighting kerosene
Ageev et al. A study of porosity of products sintered from BrS30 alloy electro-erosion powders
Sahu et al. Machinability Analysis of Composite Electrode Produced by Spark Plasma Sintering Process during Electro-Discharge Machining of Titanium Alloy