RU2782861C1 - Material for the manufacture of an electrode-tool for electroerosion processing based on copper - Google Patents
Material for the manufacture of an electrode-tool for electroerosion processing based on copper Download PDFInfo
- Publication number
- RU2782861C1 RU2782861C1 RU2021134740A RU2021134740A RU2782861C1 RU 2782861 C1 RU2782861 C1 RU 2782861C1 RU 2021134740 A RU2021134740 A RU 2021134740A RU 2021134740 A RU2021134740 A RU 2021134740A RU 2782861 C1 RU2782861 C1 RU 2782861C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- copper
- electrode
- tool
- electroerosive
- tools
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 107
- 239000010949 copper Substances 0.000 title claims abstract description 47
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 45
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 41
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N N#B Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminum Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 238000003754 machining Methods 0.000 claims description 13
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 16
- 239000000956 alloy Substances 0.000 abstract description 16
- 230000003628 erosive Effects 0.000 abstract description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 19
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 16
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N copper oxide Chemical compound [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 14
- 238000009760 electrical discharge machining Methods 0.000 description 11
- PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N aluminum nitride Chemical compound [Al]#N PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 10
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 9
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 9
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 7
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 7
- JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N Boron trioxide Chemical compound O=BOB=O JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N al2o3 Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910052810 boron oxide Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 6
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 6
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 6
- 238000005551 mechanical alloying Methods 0.000 description 6
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 6
- 229910017083 AlN Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000004484 Briquette Substances 0.000 description 5
- 239000005751 Copper oxide Substances 0.000 description 5
- 229910000431 copper oxide Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000001192 hot extrusion Methods 0.000 description 5
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 5
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 5
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 5
- 230000001681 protective Effects 0.000 description 5
- REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N aluminium(3+) Chemical class [Al+3] REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 4
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 238000011068 load Methods 0.000 description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- JJLJMEJHUUYSSY-UHFFFAOYSA-L Copper(II) hydroxide Chemical class [OH-].[OH-].[Cu+2] JJLJMEJHUUYSSY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 229910001956 copper hydroxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 3
- 241000931365 Ampelodesmos mauritanicus Species 0.000 description 2
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 2
- 101700034707 IACS Proteins 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052803 cobalt Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 2
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxyl anion Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 2
- 238000004881 precipitation hardening Methods 0.000 description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 2
- 229910000521 B alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 201000005804 Eastern equine encephalitis Diseases 0.000 description 1
- 102100008099 GK3P Human genes 0.000 description 1
- 101710024834 GK3P Proteins 0.000 description 1
- 229920001410 Microfiber Polymers 0.000 description 1
- 231100000614 Poison Toxicity 0.000 description 1
- 229920000297 Rayon Polymers 0.000 description 1
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N Tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 description 1
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 1
- 238000004581 coalescence Methods 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 150000001879 copper Chemical class 0.000 description 1
- -1 copper-boron Chemical compound 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005238 degreasing Methods 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 238000007723 die pressing method Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 230000005520 electrodynamics Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005555 metalworking Methods 0.000 description 1
- TXKRDMUDKYVBLB-UHFFFAOYSA-N methane;titanium Chemical compound C.[Ti] TXKRDMUDKYVBLB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003658 microfiber Substances 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 238000005554 pickling Methods 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- 238000003746 solid phase reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010671 solid-state reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing Effects 0.000 description 1
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 1
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к электроэрозионной обработке материалов, преимущественно, труднообрабатываемых, в том числе безвольфрамовых твердых сплавов и, прежде всего, для прошивания в них глубоких отверстий и пазов малых размеров.SUBSTANCE: invention relates to electrical discharge machining of materials, mainly hard-to-machine, including tungsten-free hard alloys, and, above all, for flashing deep holes and small grooves in them.
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 получении отверстий на передней и задней кромках турбинных лопаток авиационных двигателей, при выполнении 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 изготовлении сеток электровакуумных приборов, при производстве различного медицинского инструментария 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, when obtaining holes on the leading and trailing edges of aircraft turbine blades. engines, when making holes in the protective meshes of air intakes of aircraft turbines, when making microscopic holes in the injectors of the fuel supply system, when making holes in spinnerets for the manufacture of synthetic (viscose) and carbon fibers, in the manufacture of meshes of electrovacuum devices, in the production of various medical instruments and many others products with minimal hole sizes and requiring high accuracy.
Особая сложность возникает, когда ведется получение отверстий, имеющих глубину, равную более 30 диаметров отверстия (например, 100 мм при диаметре отверстия 3 мм), а материалом изделия являются труднообрабатываемые высокопрочные стали и, тем более, твердые сплавы, включая безвольфрамовые твердые сплавы [(Типовые операции ЭЭО. Центральный металлический портал РФ, c. 4 и 5. 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. 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 holes are obtained that have a depth equal to more than 30 hole diameters (for example, 100 mm with a hole diameter of 3 mm), and the material of the product is hard-to-cut high-strength steels and, moreover, hard alloys, including tungsten-free hard alloys [( Typical EEE operations Central metal portal of the Russian Federation, pp. 4 and 5. 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. Ritm mashinostroeniya.-2018.- No. 10, pp. 28-33. https://ritm-magazine.ru/ru/magazines/2018/zhurnal-ritm-mashinostroeniya-10-2018#page -one)]. Making such holes with traditional 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 длинномерным электродом-инструментом, который непрерывно вращается в патроне в присутствии постоянного потока дистиллированной или деионизированной воды, прокачиваемой через электрод-инструмент или зазор между ним и обрабатываемой заготовкой в качестве промывки (вымывания частиц из зоны обработки) и диэлектрика.This problem has been successfully solved in recent years 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 flow of distilled or deionized water pumped through the electrode-tool or the gap between it and the workpiece being processed 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» это соотношение находится в пределах 1/200…1/250 (Принцип работы электроэрозионной супердрели. Портал о металлообработке WikiMetall.Ru. https://wikimetall.ru/oborudovanie/elektroerozionnaya-superdrel.html). An electroerosive “super drill” (“super drill” or “hole popper”) allows you to make high-precision holes with a diameter of 0.2 ... 3.0 mm up to 100 mm deep, but in some types of “super drills” this ratio is within 1 / 200 ... 1 / 250 (The principle of operation of an electroerosive superdrill. Portal about metalworking WikiMetall.Ru. https://wikimetall.ru/oborudovanie/elektroerozionnaya-superdrel.html).
Электрод-инструмент, проводящий ток и направляющий на место обработки импульсный разряд, является одним из основных элементов, определяющих эффективность применения электроэрозионного метода обработки. Рабочая часть электрода-инструмента представляет собой негативную копию обрабатываемой поверхности изделия с учетом необходимых технологических припусков. Физико-механические и эксплуатационные свойства материала, из которого он изготовлен, оказывают первостепенное влияние на стабильность электроэрозионного процесса, его эффективность, производительность и точность обработки.An electrode-tool that conducts current and directs a pulsed discharge to the treatment site is one of the main elements that determine the effectiveness of the application of the electroerosive machining method. The working part of the tool electrode is a negative copy of the machined surface of the product, taking into account the necessary technological allowances. The physical, mechanical and operational properties of the material from which it is 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 материалу электрода-инструмента предъявляются особые требования по электроэрозионной стойкости и электропроводности (ОСТ 92-1347-83. Обработка электроэрозионная. Технологические рекомендации (80926). - 44 с., п. 3 раздела 2 на с. 2. https://dnaop.com/html/80926/doc-ОСТ_92-1347-83).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, the material of the electrode-tool is subject to special requirements for electrical erosion resistance and electrical conductivity (OST 92-1347-83. Electroerosive processing. Technological recommendations (80926). - 44 p., p. 3 section 2 on p. 2. https: // dnaop.com/html/80926/doc-OST_92-1347-83).
Поскольку при электроэрозионной обработке происходит периодическое касание электродом-инструментом обрабатываемой поверхности, а при электроэрозионном разряде возникают также электродинамические силы (Екатериничев А.Л. Обоснование параметров электродов-инструментов и условий электроэрозионного микроформообразования: автореферат дисс. ... канд. техн. наук. – Тула: Тул. гос. ун-т, 2007. - 19 с. file:///C:/Users/ShEP/Downloads/autoref-obosnovanie-parametrov-elektrodov-instrumentov-i-uslovii-elektroerozionnogo-mikroformoobrazo.pdf), то для обеспечения жесткости конструкции электрода-инструмента, 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. В особой мере это требование касается материала электродов-инструментов для электроэрозионного «сверления» глубоких отверстий малого диаметра, т.к. в виду большой длины и малых размеров поперечного сечения электродов-инструментов их конструкция обладает малой жесткостью, что отрицательно может сказаться на точности ЭЭО.Since during electroerosive machining, the electrode-tool periodically touches the surface to be treated, and electroerosive discharge also causes electrodynamic forces ( Ekaterinichev A.L. Substantiation of the parameters of the electrode-tools and the conditions of electroerosive microformation: abstract of diss. ... candidate of technical sciences. - Tula: Tul State University, 2007. - 19 p. , then to ensure the rigidity of the tool electrode design, capable of withstanding mechanical and thermal deformations (the total deformation should not exceed 0.3% of the tolerance for the main dimensions of the workpiece), the material of the tool electrodes must also have mechanical strength, especially bending strength, moreover, not only at room temperature, but also at elevated temperatures. In particular, this requirement applies to the material of the electrode-tools for electroerosive “drilling” of deep holes of small diameter, since in view of the large length and small cross-sectional dimensions of the electrode-tools, their design has low rigidity, which can adversely affect the accuracy of the EDM.
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., с. 13, 14, 16. 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 release any toxic substances under the action of high temperatures during the discharge ( Ogleznev N.D. Development of composite materials for tool electrodes with improved performance characteristics for processing metal alloys: diss. ... Ph.D. Science, Perm: Perm National Research Polytechnic University, 2015. - 137 pp., pp. 13, 14, 16. http://research.sfu-kras.ru/sites/research. sfu-kras.ru/files/Dissertaciya_Ogleznev.pdf) .
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. В качестве заготовок для изготовления электродов-инструментов наиболее часто используются прутки, прокат или катанка из электролитической меди марок М1, М2 и М3 по ГОСТ 859-78 (ОСТ 92-1347-83. Обработка электроэрозионная. Технологические рекомендации (80926). - 44 с., п. 3 раздела 2 на с. 2. https://dnaop.com/html/80926/doc-ОСТ_92-1347-83), имеющих высокую электро- и теплопроводность. Из этих заготовок изготавливают холодной или горячей штамповкой обычные электроды-инструменты. При горячей штамповке медь нагревает до температуры 880°С. Перед операцией холодной штамповки электродов – инструментов заготовки для них необходимо отжигать, что улучшает их штампуемость. В том случае, когда необходимо получить длинномерные и тонкие электроды-инструменты используются холодное или горячее прессование (экструзию) медных заготовок и/или их волочение. Однако длинномерные и тонкие электрод-инструменты из компактной меди, получаемые экструзией и/или волочением, имеют при ЭЭО труднообрабатываемых материалов значительный объемный электроэрозионный износ, который, например, в 6…10 раз бóльший по сравнению с углеграфитовыми электродами-инструментами (Основные сведения об электроэрозионной обработке. Центральный металлический портал РФ, c. 7 https://metallicheckiy-portal.ru/articles/obrabotka/elektro-erozionnaya/osnovnie_svedenia/7).Copper and materials based on it make up the bulk of the metal materials used for electrode-tools for electroerosive machining and, in particular, for electroerosive “drilling” of deep holes of small diameter, including in products made of high-strength tool steels and hard alloys. As blanks for the manufacture of tool electrodes, rods, rolled products or rolled wire made of electrolytic copper grades M1, M2 and M3 according to GOST 859-78 (OST 92-1347-83. Electroerosive processing. Technological recommendations (80926) are most often used. - 44 s ., item 3 of section 2 on page 2. https://dnaop.com/html/80926/doc-OST_92-1347-83), having high electrical and thermal conductivity. These blanks are used to produce ordinary electrode-tools by cold or hot stamping. During hot stamping, copper is heated to a temperature of 880°C. Before the operation of cold stamping of electrodes, the workpieces for them must be annealed, which improves their stampability. In the case when it is necessary to obtain long and thin electrode-tools, cold or hot pressing (extrusion) of copper blanks and/or their drawing are used. However, long and thin electrode-tools made of compact copper, obtained by extrusion and/or drawing, during the EDM of difficult-to-machine materials have significant volumetric electroerosive wear, which, for example, is 6 ... processing, Central Metal Portal of the Russian Federation, page 7 https://metallicheckiy-portal.ru/articles/obrabotka/elektro-erozionnaya/osnovnie_svedenia/7).
Применение электродов-инструментов из пористой меди марок МП, МП-15 по ГОСТ 4960-75 (ОСТ 92-1347-83. Обработка электроэрозионная. Технологические рекомендации (80926). - 44 с., п. 3 раздела 2 на с. 2. https://dnaop.com/html/80926/doc-ОСТ_92-1347-83), получаемых методом порошковой металлургии, позволяет повысить эксплуатационные характеристики медных электродов-инструментов. Например, использование электродов-инструментов из порошковой меди марки МП-15 с относительной пористостью 15%, получаемых холодным прессованием медного порошка и дальнейшим спеканием в вакууме или защитной среде полученной прессовки, 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, Введение. https://science-education.ru/ru/article/view?id=12692). Однако, применение электродов-инструментов из пористой меди марки МП-15 при электроэрозионном «сверлении» глубоких отверстий малых размеров может быть ограничено ввиду того, что спеченные электроды-инструменты из порошковой меди с указанной пористостью и, особенно, круглого сечения очень сложно изготовить длинномерными и тонкими. The use of electrode-tools made of porous copper grades MP, MP-15 according to GOST 4960-75 (OST 92-1347-83. Electroerosive processing. Technological recommendations (80926). - 44 p., p. 3 section 2 on p. 2. https://dnaop.com/html/80926/doc-OST_92-1347-83), obtained by powder metallurgy, can improve the performance of copper electrode-tools. For example, the use of electrode-tools made of copper powder grade MP-15 with a relative porosity of 15%, obtained by cold pressing of copper powder and further sintering in a vacuum or a protective environment of the resulting compact, allows processing with rectangular pulses up to 1.5 times compared to electrodes - tools made of compact copper M1 to increase the material removal rate of the product and increase the durability of the tool electrode ( 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, Introduction, https://science-education.ru/ru/article/view?id=12692). However, the use of electrodes-tools made of porous copper grade MP-15 in electroerosive "drilling" of deep holes of small sizes can be limited due to the fact that sintered electrodes-tools made of powdered copper with the specified porosity and, especially, round cross-section, are very difficult to manufacture long and thin.
Известны материалы, применяемые для изготовления электродов-инструментов станков электроэрозионной обработки на основе порошковой меди с различными добавками, повышающими стойкость против электрической эрозии. К таким материалам так же относится материал электрода-инструмента для электроэрозионной обработки, который является наиболее близким к предлагаемому изобретению аналогом (прототипом) Known materials used for the manufacture of electrodes-tools of EDM machines based on powdered copper with various additives that increase resistance to electrical erosion. Such materials also include the material of the electrode-tool for EDM, which is the closest analogue (prototype) to the proposed invention.
(SU 363517 A1. МПК B23H 1/06. Электрод-инструмент для электроэрозионной обработки / Ю.А. Семенов, Г.С. Шмаков, Т.Н. Бердяева, Б.Н. Золотых, И.П. Коробова. Заявл. 1964.08.21; опубл. 1972.12.25. Бюлл. 4 за 1973 г.), и представляет собой материал, выполненный на основе меди, содержащий до 5 мас.% нитрида бора. Наиболее эрозионностойким электродным материалом, позволяющим с его помощью также получать обрабатываемую поверхность высокого класса чистоты, является материал, содержащий медь с 3,0-5,0 мас. % нитрида бора. Его твердость по Бринеллю НВ в зависимости от процентного содержания нитрида бора составляет от 44 кг/мм2 до 50 кг/мм2.(SU 363517 A1. IPC B23H 1/06. Electrode-tool for EDM / Yu.A. Semenov, G.S. Shmakov, T.N. Berdyaeva, B.N. Zolotykh, I.P. Korobova. Appl. 1964.08.21; publ. 1972.12.25 Bull. 4 of 1973), and is a copper-based material containing up to 5 wt.% boron nitride. The most erosion-resistant electrode material, which also makes it possible to obtain a treated surface of a high purity class, is a material containing copper with 3.0-5.0 wt. % boron nitride. Its Brinell hardness HB, depending on the percentage of boron nitride, ranges from 44 kg/mm 2 to 50 kg/mm 2 .
Указанный материал получают путем смешивания медного электролитического порошка с наибольшим размером частиц 60 мкм и порошка нитрида бора, прессования полученной шихты под давлением 400 МПа в брикеты с пористостью 25%, выдерживания брикетов в течение 2 ч при температуре 900°С и последующего мундштучного прессования (горячей экструзии) в прутки при температуре 700°С (степень деформации 85%) с остаточной пористостью 3-5%. Использование горячей экструзии с большими степенями деформации объясняется тем, что нитрид бора не взаимодействует с медью, а располагается на границах зерен и на поверхности частиц медного порошка, препятствуя спеканию и усадке порошковой композиции, что вызывает большую пористость спеченных из нее брикетов.This material is obtained by mixing copper electrolytic powder with the largest particle size of 60 μm and boron nitride powder, pressing the resulting mixture under a pressure of 400 MPa into briquettes with a porosity of 25%, keeping the briquettes for 2 hours at a temperature of 900 ° C and subsequent die pressing (hot extrusion) into bars at a temperature of 700°C (85% deformation degree) with a residual porosity of 3-5%. The use of hot extrusion with high degrees of deformation is explained by the fact that boron nitride does not interact with copper, but is located at the grain boundaries and on the surface of copper powder particles, preventing sintering and shrinkage of the powder composition, which causes greater porosity of briquettes sintered from it.
Для целей электроэрозионного прошивания твердых сплавов, например, марки ВК-20 (80 мас.% карбида вольфрама + 20 мас.% кобальта) в промышленных условиях при повышенном показателе стойкости электродов-инструментов их рекомендуется изготавливать из материала марки МНБ-3 по ТУ 063-52-78, содержащего порошковую электролитическую медь по ГОСТ 4960-75 с 3,0 мас. % нитрида бора по ТУ 2-036-707-77 (ОСТ 92-1347-83. Обработка электроэрозионная. Технологические рекомендации (80926). - 44 с., п. 3 раздела 2 на с. 2, табл. 4 на с. 30. https://dnaop.com/html/80926/doc-ОСТ_92-1347-83).For the purposes of electroerosion piercing of hard alloys, for example, grade VK-20 (80 wt.% tungsten carbide + 20 wt.% cobalt) in industrial conditions with an increased resistance index of tool electrodes, it is recommended to make them from the material of the MNB-3 grade according to TU 063- 52-78 containing powdered electrolytic copper according to GOST 4960-75 with 3.0 wt. % boron nitride according to TU 2-036-707-77 (OST 92-1347-83. Electroerosive processing. Technological recommendations (80926). - 44 p., p. 3 section 2 on p. 2, table 4 on p. 30. https://dnaop.com/html/80926/doc-OST_92-1347-83).
Данный материал можно использовать так же для получения длинномерных и тонких электродов - инструментов для электроэрозионного «сверления» глубоких отверстий и пазов малых размеров, в том числе в таких труднообрабатываемых материалах, как твердые сплавы. Однако, его затруднительно применить при ЭЭО безвольфрамовых твердых сплавов, к которым в соответствии с ГОСТ 26530-85 относятся твердые сплавы с карбидом титана марок ТН20, КТН16, Т15К6, Т5К10, ТТ10К8-Б и многие другие, т.к. при прошивании этих широко используемых в промышленности материалов проявляются пониженные электроэрозионные характеристики материала МНБ-3 и их нестабильность (SU 899322. МПК В 23 Р1/12. Материал электрода-инструмента для электроэрозионной обработки / P.В. Минакова, А.П. Кресанова, Н.М. Арнольди [и др.]. Заявл. 10.06.80; опубл. 23.01.82. Бюлл. № 3).This material can also be used to obtain long and thin electrodes - tools for electroerosive "drilling" of deep holes and small grooves, including in such hard-to-cut materials as hard alloys. However, it is difficult to apply it in the EDM of tungsten-free hard alloys, which, in accordance with GOST 26530-85, include hard alloys with titanium carbide grades TN20, KTN16, T15K6, T5K10, TT10K8-B and many others, because when flashing these materials widely used in industry, reduced electroerosive characteristics of the MNB-3 material and their instability appear (SU 899322. MPK V 23 P1 / 12. Material of the electrode-tool for electroerosive machining / R.V. Minakova, A.P. Kresanova, N. M. Arnoldi [et al., Appl. 10.06.80; Published 23.01.82. Bull. No. 3).
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание эрозионностойкого материала электрода-инструмента для электроэрозионной обработки материалов, преимущественно, труднообрабатываемых, в том числе безвольфрамовых твердых сплавов 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 material of the electrode-tool for electroerosive machining of materials, mainly hard-to-machine, including tungsten-free hard alloys, and above all, for flashing deep holes and small grooves in them.
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 материал электрода-инструмента для электроэрозионной обработки, выполненный на основе меди, содержащий нитрид бора, дополнительно содержит алюминий и углерод при следующем соотношении компонентов, мас. %:The specified technical result is achieved due to the fact that the material of the electrode-tool for electrical discharge machining, made on the basis of copper, containing boron nitride, additionally contains aluminum and carbon in the following ratio, wt. %:
Нитрид бора 2,90-3,10Boron nitride 2.90-3.10
Алюминий 0,30-0,70Aluminum 0.30-0.70
Углерод 0,15-0,35Carbon 0.15-0.35
Медь остальное copper rest
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), гексагонального нитрида бора марки С (ТУ 2112-003-49534204-2002), алюминиевой пудры марки ПП-1 (ГОСТ 5592-71) и порошка карандашного графита марки ГК-3 (ГОСТ 4404-78). Приготовленную таким образом исходную порошковую смесь обрабатывают в среде воздуха рабочей камеры аттритора в течениеThe 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), hexagonal boron nitride grade C (TU 2112-003- 49534204-2002), aluminum powder grade PP-1 (GOST 5592-71) and pencil graphite powder grade GK-3 (GOST 4404-78). The initial powder mixture thus prepared is treated in the atmosphere of the working chamber of the attritor for
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 подвергают холодному компактированию на гидравлическом прессе в жесткой матрице по двусторонней схеме прессования давлением 400 МПа в брикеты, которые затем выдерживают в печи в защитной атмосфере в течение 1 ч при температуре 850°С, после чего производят мундштучное прессование (экструзию) со степень деформации 85% нагретых до 750°С брикетов 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.1 h with a rotor speed of 600 min -1 , the degree of filling of the working chamber with grinding balls and a powder mixture equal to 0.7. The granules obtained in the attritor are subjected to cold compaction in a hydraulic press in a rigid matrix according to a two-sided scheme of pressing with a pressure of 400 MPa into briquettes, which are then kept in an oven in a protective atmosphere for 1 hour at a temperature of 850°C, after which mouthpiece pressing (extrusion) is performed with the degree of deformation of 85% of the briquettes heated to 750°C into rods from the hydraulic press container heated to 450°C into a conical matrix of hard alloy. 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 electrode-tool is required, then it is obtained by subjecting the rod to drawing, which, simultaneously with a decrease in diameter, provides increased accuracy of this size and a high class of cleanliness of the side (working) surface of the electrode-tool.
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 части алюминия (механохимический синтез) и образование оксида алюминия Al2O3 в материале (Шалунов Е.П., Смирнов В.М. О механизмах формирования структуры и свойств композиционных материалов системы Cu-Al-C-O, получаемых на основе метода реакционного механического легирования / Вестник Чувашского университета. Естественные и технические науки. – 2013. – № 3. – С. 314–322, с. 318. https://cyberleninka.ru/article/n/o-mehanizmah-formirovaniya-struktury-i-svoystv-kompozitsionnyh-materialov-sistemy-cu-al-c-o-poluchaemyh-na-osnove-metoda-reaktsionnogo/viewer) 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, a part of the aluminum is oxidized (mechanochemical synthesis) and aluminum oxide Al 2 O 3 is formed in the material ( Shalunov E.P., Smirnov V .M. On the mechanisms of formation of the structure and properties of composite materials of the Cu-Al-CO system, obtained on the basis of the method of reactive mechanical alloying / Bulletin of the Chuvash University. Natural and technical sciences. - 2013. - No. 3. - P. 314–322, p. 318. https://cyberleninka.ru/article/n/o-mehanizmah-formirovaniya-struktury-i-svoystv-kompozitsionnyh-materialov-sistemy-cu-al-co-poluchaemyh-na-osnove-metoda-reaktsionnogo/viewer ) 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 (II) oxide (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 образуются 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 бóльшим, чем медь сродством к кислороду, восстанавливает медь из ее оксидов с одновременным образованием собственного оксида (Шалунов Е.П., Смирнов В.М. О механизмах формирования структуры и свойств композиционных материалов системы Cu-Al-C-O, получаемых на основе метода реакционного механического легирования / Вестник Чувашского университета. Естественные и технические науки. – 2013. – № 3. – С. 314–322, с. 318. https://cyberleninka.ru/article/n/o-mehanizmah-formirovaniya-struktury-i-svoystv-kompozitsionnyh-materialov-sistemy-cu-al-c-o-poluchaemyh-na-osnove-metoda-reaktsionnogo/viewer) согласно следующим реакциям:Thus, in the process of obtaining a material, in addition to dynamically thermally stable Al 2 O 3 strengthening particles, a significant amount of copper oxide particles are formed in its structure, the sizes of which are orders of magnitude larger than the sizes of aluminum oxide particles and they greatly reduce the electrical conductivity of the material. Aluminum, having a greater affinity for oxygen than copper, reduces copper from its oxides with the simultaneous formation of its own oxide ( Shalunov E.P., Smirnov V.M. On the mechanisms of formation of the structure and properties of composite materials of the Cu-Al-CO based on the method of reactive mechanical alloying / Bulletin of the Chuvash University Natural and technical sciences, 2013, No. 3, pp. 314–322, p. -struktury-i-svoystv-kompozitsionnyh-materialov-sistemy-cu-al-co-poluchaemyh-na-osnove-metoda-reaktsionnogo/viewer) according to the following reactions:
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 .
Кроме того, часть алюминия во время обработки исходной порошковой смеси в аттриторе и последующего термодеформационного передела полученных в аттриторе гранул вступает в реакцию с частью нитрида бора BN, образуя нитрид алюминия AlN и бор B, часть которого, окисляясь, образует оксид бора B2O3 (Живушкин А.А. Особенности применения композиционного материала «алюминий – нитрид бора» в авиационных двигателях / А. А. Живушкин, Е. А. Козлова, И. А. Чубуков, А. Ю. Марова // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. – 2009. - №3(19), С. 235-240, с. 236. https://cyberleninka.ru/article/n/osobennosti-primeneniya-kompozitsionnogo-materiala-alyuminiy-nitrid-bora-v-aviatsionnyh-dvigatelyah/viewer) согласно следующим реакциям:In addition, part of the aluminum during processing of the initial powder mixture in the attritor and subsequent thermal deformation processing of the granules obtained in the attritor reacts with part of the boron nitride BN, forming aluminum nitride AlN and boron B, part of which, oxidized, forms boron oxide B 2 O 3 ( Zhivushkin A.A. Peculiarities of application of composite material "aluminum - boron nitride" in aircraft engines / A.A. Zhivushkin, E.A. Kozlova, I.A. Chubukov, A.Yu. Marova // Bulletin of the Samara State Aerospace University - 2009. - No. 3 (19), S. 235-240, p. 236. https://cyberleninka.ru/article/n/osobennosti-primeneniya-kompozitsionnogo-materiala-alyuminiy-nitrid-bora-v-aviatsionnyh -dvigatelyah/viewer) according to the following reactions:
Al+BN →AlN+B, Al+BN→AlN+B,
4B+3O2 →2B2O3.4B+3O 2 →2B 2 O 3 .
При этом, следует отметить, что другим возможным источником образования оксида бора может являться часть нитрида бора, который образовывает с кислородом воздуха, заключенного во внутригранульных и межгранульных порах брикета, при его нагревах выше 700°C этот оксид с выделением азота, который является не только эффективным защитным газом в порошковой металлургии медных материалов, но и сам способен создать нитрид алюминия, взаимодействуя при выдержке гранульного брикета в печи при 850°C с алюминием (Коршунов А.В. Закономерности взаимодействия порошков алюминия с азотом / Известия Томского политехнического университета. - 2010. - Т. 316. - № 3. – С. 17-23, с. 17. https://cyberleninka.ru/article/n/zakonomernosti-vzaimodeystviya-poroshkov-alyuminiya-s-azotom):At the same time, it should be noted that another possible source of formation of boron oxide can be a part of boron nitride, which forms with the oxygen of the air contained in the intragranular and intergranular pores of the briquette, when it is heated above 700 ° C, this oxide with the release of nitrogen, which is not only an effective shielding gas in the powder metallurgy of copper materials, but it is also able to create aluminum nitride by interacting with aluminum when holding a granular briquette in a furnace at 850 ° C ( Korshunov A.V. Patterns of the interaction of aluminum powders with nitrogen / Proceedings of the Tomsk Polytechnic University. - 2010 - T. 316. - No. 3. - S. 17-23, p. 17. https://cyberleninka.ru/article/n/zakonomernosti-vzaimodeystviya-poroshkov-alyuminiya-s-azotom):
4BN+3O2→2B2O3+2N2↑, 4BN+3O 2 →2B 2 O 3 +2N 2 ↑,
N2+2Al→2AlNN 2 +2Al→2AlN
Оставшаяся часть алюминия при термообработке гранульного брикета при 850 оС может восстановить бор из его оксида и образовать оксид алюминия (Реакция взаимодействия оксида бора и алюминия. https://chemicalstudy.ru/reaktsiya-vzaimodejstviya-oksida-bora-i-alyuminiya/Оксид бора): The remaining part of aluminum during heat treatment of a granular briquette at 850 ° C can reduce boron from its oxide and form aluminum oxide (Reaction of interaction of boron oxide and aluminum. boron):
B2O3+2Al→Al2O3+2B.B 2 O 3 +2Al→Al 2 O 3 +2B.
Таким образом, полученный материал состоит из пластичной основы в виде медной матрицы и равномерно распределенных в ней частиц остаточного нитрида бора BN и вновь образованных по приведенным выше твердофазным реакциям тугоплавких соединений в виде оксида алюминия Al2O3, нитрида алюминия AlN и оксида бора B2O3, также чистого бора. Особенностью этих тугоплавких соединений, образованных в результате применения метода реакционного механического легирования в аттриторе является, прежде всего, чрезвычайно малые размеры их механохимически синтезированных частиц, попадающих в наноуровневый (менее 100 нм) диапазон (Шалунов Е.П., Смирнов В.М. О механизмах формирования структуры и свойств композиционных материалов системы Cu-Al-C-O, получаемых на основе метода реакционного механического легирования / Вестник Чувашского университета. Естественные и технические науки. – 2013. – № 3. – С. 314–322, с. 314-315. https://cyberleninka.ru/article/n/o-mehanizmah-formirovaniya-struktury-i-svoystv-kompozitsionnyh-materialov-sistemy-cu-al-c-o-poluchaemyh-na-osnove-metoda-reaktsionnogo/viewer), что обеспечивает так называемое дисперсное упрочнение материала, а сами указанные динамически термостабильные частицы должны создать значительные препятствия дислокациям при их перемещении при высокотемпературном нагружении материала. Поскольку эти частицы относятся к разным химическим соединениям, то их высокотемпературная коалесценция при высоких температурах ЭЭО будет затруднена, что должно позитивно сказаться на температуре рекристаллизации материала, характеризующей его жаростойкость, и процессе эрозионного износа электродов-инструментов из него (Гольдштейн М.И., Фарбер В.М. Дисперсионное упрочнение стали. - М.:Металлургия, 1979, с. 127-139. 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 particles of residual boron nitride BN uniformly distributed in it and refractory compounds newly formed according to the above solid-state reactions in the form of aluminum oxide Al 2 O 3 , aluminum nitride AlN and boron oxide B 2 O 3 , also pure boron. A feature of these refractory compounds formed as a result of applying the method of reactive mechanical alloying in an attritor is, first of all, the extremely small sizes of their mechanochemically synthesized particles falling into the nanoscale (less than 100 nm) range ( Shalunov E.P., Smirnov V.M. O Mechanisms of formation of the structure and properties of composite materials of the Cu-Al-CO system, obtained on the basis of the method of reactive mechanical alloying / Bulletin of the Chuvash University. Natural and technical sciences. - 2013. - No. 3. - P. 314–322, pp. 314-315 https://cyberleninka.ru/article/n/o-mehanizmah-formirovaniya-struktury-i-svoystv-kompozitsionnyh-materialov-sistemy-cu-al-co-poluchaemyh-na-osnove-metoda-reaktsionnogo/viewer), which provides the so-called dispersed strengthening of the material, and these dynamically thermally stable particles themselves should create significant obstacles to dislocations during their movement during high-temperature loading of the material. Since these particles belong to different chemical compounds, their high-temperature coalescence at high EDM temperatures will be difficult, which should positively affect the recrystallization temperature of the material, which characterizes its heat resistance, and the process of erosion wear of tool electrodes from it ( M.I. Goldshtein, Farber V. M., Dispersion hardening of steel, Moscow: Metallurgiya, 1979, pp. 127-139, https://www.studmed.ru/goldshteyn-mi-farber-vm-dispersionnoe-uprochnenie-stali_bb2887d3ebc.html).
Этого не может обеспечить материал, выбранный в качестве прототипа, поскольку размер частиц гексагонального нитрида бора марки С, согласно ТУ 2112-003-49534204-2002, не относится к нанодисперсному уровню и составляет в среднем не менее 5 мкм (5000 нм). This cannot be provided by the material selected as a prototype, since the particle size of hexagonal boron nitride grade C, according to TU 2112-003-49534204-2002, does not apply to the nanodispersed level and averages at least 5 μm (5000 nm).
Находящийся в составе полученного материала бор не ухудшает электропроводность главной составляющей материала – меди, поэтому он часто используется при изготовлении электротехнической меди. Помимо этого, бор способен значительно уменьшить размер зерна, что положительно влияет на механические свойства материала, и не дает увеличиваться зерну в размерах при повышенных температурах (Лигатуры на основе меди: сплавы медь-бор CuB. Сайт компании «Средуралторгрезерв». http://uraltorgrezerv.ru/ligatura-na-osnove-medi).Boron, which is part of the resulting material, does not impair the electrical conductivity of the main component of the material - copper, so it is often used in the manufacture of electrical copper. In addition, boron is able to significantly reduce the grain size, which has a positive effect on the mechanical properties of the material, and does not allow the grain to increase in size at elevated temperatures (Copper-based alloys: copper-boron alloys CuB. Website of the Sreduraltorgreserve company. http:// uraltorgrezerv.ru/ligatura-na-osnove-medi).
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°C) 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 образовавшихся оксида алюминия Al2O3, нитрида алюминия AlN и оксида бора B2O3, 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 (Шалунов Е.П., Смирнов В.М., Матросов А.Л. Реакционное механическое легирование порошковой меди кислородом и углеродом / Вестник Чувашского университета. – 2012. - №3. – С. 252-259, с. 257. https://cyberleninka.ru/article/n/reaktsionnoe-mehanicheskoe-legirovanie-poroshkovoy-medi-kislorodom-i-uglerodom), 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 (stripped off) during processing in the 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 partly took part in the oxidation of copper with the formation of its hydroxide. Since the dimensions of copper hydroxides Cu(OH) 2 are one or two orders of magnitude greater than the dimensions of the formed aluminum oxide Al 2 O 3 , aluminum nitride AlN and boron oxide B 2 O 3 , their contribution to the strengthening of the material and the achievement of 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 ( Shalunov E.P., Smirnov V.M., Matrosov A.L. Reaction mechanical alloying of powdered copper with oxygen and carbon / Bulletin of the Chuvash University. - 2012. - No. 3. - C 252-259, pp. 257. https://cyberleninka.ru/article/n/reaktsionnoe-mehanicheskoe-legirovanie-poroshkovoy-medi-kislorodom-i-uglerodom), part of which C during heating of the granules in a semi-hermetic container restores 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 диаметром сечения 15,5-0,36 мм различных составов с содержанием компонентов в них в указанных в табл.1 пределах.In accordance with the described technology, hot-extruded rods of the claimed material with a cross-sectional diameter of 15.5 -0.36 mm of various compositions were manufactured with the content of components in them within the limits indicated in Table 1.
Степень деформации при экструзии составляла 85%, что соответствовало коэффициенту вытяжки 6,5.The degree of deformation during extrusion was 85%, which corresponded to a drawing ratio of 6.5.
Так же в соответствии с приведенной в источнике (SU 363517 A1. МПК B23H 1/06. Электрод-инструмент для электроэрозионной обработки / Ю.А. Семенов, Г.С. Шмаков, Т.Н. Бердяева, Б.Н. Золотых, И.П. Коробова. Заявл. 1964.08.21; опубл. 1972.12.25. Бюлл. 4 за 1973 г.) технологией при указанной выше степени деформации были изготовлены горячеэкструдированные прутки материала МНБ-3 (медь с 3,0 мас.% BN) диаметром Also, in accordance with the source (SU 363517 A1. IPC B23H 1/06. Electrode-tool for EDM / Yu.A. Semenov, G.S. Shmakov, T.N. Berdyaeva, B.N. Zolotykh, I. P. Korobova, Claim 1964.08.21; publ. 1972.12.25 Bull. 4 of 1973), hot-extruded bars of material MNB-3 (copper with 3.0 wt.% BN ) diameter
15,5-0,36 мм, для чего были использованы порошки электролитической меди марки ПМС-1 (ГОСТ 4960-75) и гексагонального нитрида бора марки С (ТУ 2112-003-49534204-2002).15.5 -0.36 mm, for which powders of electrolytic copper grade PMS-1 (GOST 4960-75) and hexagonal boron nitride grade C (TU 2112-003-49534204-2002) were used.
Из изготовленных горячепрессованных прутков заявленного материала и 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 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 образцов при 20°C определяли на основе ГОСТ 7229-76. Полученные значения электрического сопротивления материалов пересчитывали в электропроводность каждого материала по отношению к чистой меди (% IACS). The electrical conductivity of the sample materials at 20°C was determined based on 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).
Твёрдость по Бринеллю измеряли при 20°C в соответствии с ГОСТ 23667-79. Температуру рекристаллизации определяли согласно ISO 5182, в соответствии с Brinell hardness was measured at 20°C in accordance with GOST 23667-79. The recrystallization temperature was determined according to ISO 5182, according to
которым температура рекристаллизации материалов определялась измерением их твердости после отжига в течение 2 ч как температура, при которой происходит падение твердости на 15%. which the recrystallization temperature of materials was determined by measuring their hardness after annealing for 2 h as the temperature at which the hardness drops by 15%.
Предел прочности при поперечном изгибе призматических образцов определяли по ГОСТ 14019-2003 со скоростью нагружения 2 мм/мин с расстоянием между двумя опорами 70 мм. Нагрузку прикладывали сосредоточенной силой Р на середине расстояния между опорами. Те образцы, которые подвергались испытаниям при температурах 200°C и 700°C, перед испытанием сначала нагревали в специальных теплосберегающих пеналах, содержащих древесно-угольный карбюризатор (ГОСТ 2407-83), до температуры, превышающей на 60-70°C 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 ultimate strength in transverse bending of prismatic samples was determined according to GOST 14019-2003 at a loading rate of 2 mm/min with a distance between two supports of 70 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 (GOST 2407-83) 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 canister, 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 ,σ izg \u003d 1.5 PL / 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 электрода-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 performance characteristics of the materials of electrode-tools, which were determined by the corresponding formulas:
h v =(∆V эи/∆V заг)·100%, h v \u003d (∆ V ei / ∆ V zag ) 100%,
где ∆V эи, ∆V заг - объемный электроэрозионный износ соответственно электрода-инструмента и обрабатываемой заготовки.where ∆ V ee , ∆ V zag - volumetric electroerosive wear, respectively, of the electrode-tool and the workpiece.
П v=V заг/τ о=(m заг о -m заг)/ρзаг · τ о , П v = V zag / τ o =( m zag o - m zag )/ρ zag τ o ,
где ∆V заг - объем удаленного с заготовки материала;where ∆V 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 безвольфрамовый сплав марки КНТ16 (ГОСТ 26530-85) в виде пластин с номинальными размерами 7×20×20 мм и вердостью составляет HRA 89. Этот сплав содержит, мас.%: TiCN – 74, Ni – до 19,5, Мо – до 6,5. Он применяется для сопел распылителей, вытяжных матриц, клапанов буровых насосов, колец и втулок плунжеров, деталей измерительной аппаратуры, деталей для микросварки, роликов-клише, мерительного инструмента (концевые меры длины, калибры, скобы и др.), пресс-оснастки при изготовлении резиновых изделий и прочих деталей, в которых часто выполняются малые отверстия и пазы значительной глубины.Sintered hard tungsten-free alloy grade KNT16 (GOST 26530-85) in the form of plates with nominal dimensions of 7 × 20 × 20 mm and a hardness of HRA 89 was used as a hard-to-cut material for piercing in experiments. This alloy contains, wt %: TiCN - 74 , Ni - up to 19.5, Mo - up to 6.5. It is used for spray nozzles, exhaust dies, mud pump valves, plunger rings and bushings, parts of measuring equipment, parts for micro welding, cliché rollers, measuring tools (end blocks, gauges, brackets, etc.), press equipment in the manufacture of rubber products and other parts in which small holes and grooves of considerable depth are often made.
Абсолютную 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 readout accuracy of ±0.001 g (GOST R 53228-2008).
Для определения указанных эксплуатационных характеристик проводили тестовые испытания электродов-инструментов из заявленного материала и материала-прототипа на универсальном электроэрозионном копировально-прошивочном станке модели 4Г721М, оснащенном генератором импульсов ШГИ 40-440. Обработка велась при отрицательной полярности подключения электрода-инструмента к источнику высокочастотного тока с короткими импульсами прямоугольного вида с частотой их следования 22 кГц. Рабочий ток на межэлектродном промежутке составлял 22 А, напряжение – 11В. 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).To determine these performance characteristics, test tests were carried out on electrodes-tools from the claimed material and the prototype material on a universal electroerosive copy-piercing machine model 4G721M, equipped with a pulse generator ShGI 40-440. The processing was carried out with a negative polarity of the electrode-tool connected to a source of high-frequency current with short rectangular pulses with a repetition rate of 22 kHz. The operating current in the interelectrode gap was 22 A, and the voltage was 11 V. 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).
Для изготовления электродов-инструментов для проведения их испытаний полученные горячепрессованные прутки из заявляемого материала и материала – прототипа нарезали на отдельные заготовки электродов-инструментов длиной 50 мм. Эти заготовок обтачивали до диаметра 10,0+0,1 и доводили обработанную поверхность до шероховатости R a=2,5 мкм. С целью ускорения испытаний за счет развития бóльшей площади рабочих поверхностей электродов-инструментов, в них выполняли сквозное центральной отверстие диаметром 3,0+0,05 мм, через которое проходила прокачка рабочей жидкости и промывка межэлектродного пространства от шлама - продуктов электроэрозии.For the manufacture of electrode-tools for their testing, the obtained hot-pressed rods from the claimed material and the prototype material were cut into separate workpieces of electrode-tools 50 mm long. These workpieces were turned to a diameter of 10.0 +0.1 and the machined surface was brought to a roughness R a =2.5 μm. In order to speed up the tests by developing a larger area of the working surfaces of the tool electrodes, a through central hole with a diameter of 3.0 + 0.05 mm was made in them, through which the working fluid was pumped and the interelectrode space was flushed from sludge - products of electroerosion.
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°C до 80°C. После травления электроды-инструменты промывали водой, сушили и взвешивали на тех же весах. Окисленность поверхности электрода-инструмента определяли по формуле:Corrosion resistance of materials was determined by the oxidation of the surface of 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. Фазовый состав упрочняющих частиц определяли на дифрактометре ДРОН-3М ренгеноструктурным анализом анодных осадков, полученных путем электролитического растворения образцов исследуемого материала, и расшифровки дифрактограмм, снятых на кобальтовом излучении с использованием 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 phase composition of the hardening particles was determined on a DRON-3M diffractometer by X-ray diffraction analysis of anode deposits obtained by electrolytic dissolution of samples of the material under study, and interpretation of diffraction patterns taken with cobalt radiation using
β-фильтров с фокусировкой по Брэггу-Брентано. 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.
материала при измеренияхTemperature
material when measuring
Из анализа данных табл. 2 следует, что материал по заявленному изобретению обладает более высокими по сравнению с материалом-прототипом прочностными и эксплуатационными характеристиками. В частности, его твердость не менее, чем в 2,2 раза превышает твердость материала-прототипа, а предел прочности при изгибе материала по изобретению при нормальной температуре и температуре 200°C превышает аналогичную характеристику у материала-прототипа не менее, чем в 1,5 раза. Еще бóльшее преимущество (более, чем в 2 раза) наблюдается при температуре нагрева 700°C, что объясняется особенностью строения тонкой структуры материала по изобретению, представляющую собой, как показали проведенные ее исследования, медную основу (матрицу) в виде субзерен с размерами от 76 нм до 346 нм и равномерно распределенными в ней частицами cо средним размером от 13 нм до 1260 нм. При помощи приведенных выше методов металлографических исследований удалось установить, что этими частицами являются оксид алюминия Al2O3, оксид бора B2O3, нитрид алюминия AlN. В материале также присутствуют частицы остаточного (не полностью прореагировавшего) нитрида бора BN, а также небольшое количество не полностью восстановленных частиц закиси меди Cu2O. Такая структура характерна для дисперсно-упрочненных композиционных материалов, обладающих высокими жаропрочностью и жаростойкостью (Шалунов Е.П., Смирнов В.М. О механизмах формирования структуры и свойств композиционных материалов системы Cu-Al-C-O, получаемых на основе метода реакционного механического легирования / Вестник Чувашского университета. Естественные и технические науки. – 2013. – № 3. – С. 314–322. https://cyberleninka.ru/article/n/o-mehanizmah-formirovaniya-struktury-i-svoystv-kompozitsionnyh-materialov-sistemy-cu-al-c-o-poluchaemyh-na-osnove-metoda-reaktsionnogo/viewer).From the analysis of the data in Table. 2 it follows that the material according to the claimed invention has higher strength and performance characteristics compared to the prototype material. In particular, its hardness is not less than 2.2 times higher than the hardness of the prototype material, and the flexural strength of the material according to the invention at normal temperature and a temperature of 200°C exceeds that of the prototype material by at least 1, 5 times. An even greater 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 shown by its studies, is a copper base (matrix) in the form of subgrains with sizes from 76 nm to 346 nm and particles uniformly distributed in it with an average size of 13 nm to 1260 nm. Using the above methods of metallographic studies, it was possible to establish that these particles are aluminum oxide Al 2 O 3 , boron oxide B 2 O 3 , aluminum nitride AlN. The material also contains particles of residual (not completely reacted) boron nitride BN, as well as a small amount of incompletely reduced particles of copper oxide Cu 2 O. This structure is typical for dispersion-strengthened composite materials with high heat resistance and heat resistance ( Shalunov E.P. , Smirnov V.M. On the mechanisms of formation of the structure and properties of composite materials of the Cu-Al-CO system, obtained on the basis of the method of reactive mechanical alloying / Bulletin of the Chuvash University. Natural and technical sciences. - 2013. - No. 3. - P. 314– 322. https://cyberleninka.ru/article/n/o-mehanizmah-formirovaniya-struktury-i-svoystv-kompozitsionnyh-materialov-sistemy-cu-al-co-poluchaemyh-na-osnove-metoda-reaktsionnogo/viewer) .
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. 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 монослойные 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. As you know ( Pisarenko G.S., Yakovlev A.P., Matveev V.V. Handbook on the strength of materials. 2nd ed., Revised and added. Kiev. Nauk. Dumka. 1988. ISBN 5-12-0002999 -4 Fig. 202 on page 273], multilayer bodies in their transverse bending have a higher bending strength than monolayer bodies.
Благодаря дисперсному упрочнению медной матрицы указанными выше динамически термостабильными тугоплавкими частицами, материал по изобретению обладает так же высокой температурой рекристаллизации, которая превышает температуру рекристаллизации материала-прототипа более чем в 2,5 раза. Параметр, характеризующий коррозионную стойкость сравниваемых материалов, оказался у материала по заявленному изобретению не менее чем в 1,2 раза меньше, чем у материала-прототипа, что объясняется, помимо химического состава, наличием у материала-прототипа, в отличие от горячеэкструдированного материала по изобретению, остаточной пористости (до 6%), способствующей увеличению оксидной составляющей материала.Due to the dispersion hardening of the copper matrix with the above dynamically thermally stable refractory particles, the material according to the invention also has a high recrystallization temperature, which exceeds the recrystallization temperature of the prototype material by more than 2.5 times. The parameter characterizing the corrosion resistance of the compared materials turned out to be at least 1.2 times less for the material according to the claimed invention than for the prototype material, which is explained, in addition to the chemical composition, by the presence of the prototype material, in contrast to the hot-extruded material according to the invention , residual porosity (up to 6%), which contributes to an increase in the oxide component of the material.
Несмотря на более высокую (на 3,5-20,0%) 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 1,7-2,7 раза ниже относительного объемного износа электродов-инструментов из материала-прототипа.Despite the higher (3.5-20.0%) 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 the electrodes-tools from the proposed material is 1.7-2.7 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 3,5 раза выше объемной производительности при использовании электродов-инструментов из материала-прототипа. The volumetric productivity of the process of EEA when using electrodes-tools from the material according to the claimed invention is on average 3.5 times higher than the volumetric productivity when using electrodes-tools from the material of the prototype.
Изложенное выше свидетельствует, что благодаря сбалансированным между собою химическому составу и структуре удалось достичь повышенных физико-механических и эксплуатационных характеристик материала по заявляемому изобретению во всем диапазоне его состава и, прежде всего, более высоких, чем у материала-прототипа электроэрозионной стойкости и производительности процесса электроэрозионной обработки, а также свойств, позволяющих получать из материала длинномерные и тонкие электроды-инструменты, что обеспечит возможность изготавливать из него эрозионностойкие электроды-инструменты для электроэрозионной обработки материалов, преимущественно, труднообрабатываемых, в том числе безвольфрамовых твердых сплавов и прежде всего, для прошивания в них глубоких отверстий и пазов малых размеров.The foregoing indicates that due to the balanced chemical composition and structure, it was possible to achieve increased physical, mechanical and operational characteristics of the material according to the claimed invention in the entire range of its composition and, above all, higher than that of the prototype material of electroerosive resistance and productivity of the electroerosive process. processing, as well as properties that make it possible to obtain long and thin electrode-tools from the material, which will make it possible to manufacture erosion-resistant electrode-tools from it for electroerosive machining of materials, mainly difficult-to-machine, including tungsten-free hard alloys and, above all, for flashing into them deep holes and small grooves.
Claims (2)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2782861C1 true RU2782861C1 (en) | 2022-11-03 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB936818A (en) * | 1960-02-09 | 1963-09-11 | Centre National De La Recherche Scientifique | |
| SU363517A1 (en) * | 1964-08-21 | 1972-12-25 | Б. Н. Золотых , И. П. Коробова Институт проблем материаловедени Украинской ССР | ELECTRODE INSTRUMENT FOR ELECTROIROSION |
| SU899322A1 (en) * | 1980-06-10 | 1982-01-23 | Ордена Трудового Красного Знамени Экспериментальный Научно-Исследовательский Институт Металлорежущих Станков | Tool-electrode material for electric discharge machining |
| RU2195394C2 (en) * | 2001-02-02 | 2002-12-27 | ООО "Научно-техническая фирма "ТЕХМА" | Dispersion-hardened composition material for making electrodes for resistance welding |
| RU2509817C1 (en) * | 2012-12-05 | 2014-03-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова" | Powder composite |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB936818A (en) * | 1960-02-09 | 1963-09-11 | Centre National De La Recherche Scientifique | |
| SU363517A1 (en) * | 1964-08-21 | 1972-12-25 | Б. Н. Золотых , И. П. Коробова Институт проблем материаловедени Украинской ССР | ELECTRODE INSTRUMENT FOR ELECTROIROSION |
| SU899322A1 (en) * | 1980-06-10 | 1982-01-23 | Ордена Трудового Красного Знамени Экспериментальный Научно-Исследовательский Институт Металлорежущих Станков | Tool-electrode material for electric discharge machining |
| RU2195394C2 (en) * | 2001-02-02 | 2002-12-27 | ООО "Научно-техническая фирма "ТЕХМА" | Dispersion-hardened composition material for making electrodes for resistance welding |
| RU2509817C1 (en) * | 2012-12-05 | 2014-03-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова" | Powder composite |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Stolin et al. | Manufacture of multipurpose composite and ceramic materials in the combustion regime and high-temperature deformation (SHS extrusion) | |
| Ab Kadir et al. | Microstructural analysis and mechanical properties of direct recycling aluminium chips AA6061/Al powder fabricated by uniaxial cold compaction technique | |
| Zadra et al. | Microstructure and mechanical properties of cp-titanium produced by spark plasma sintering | |
| Chang et al. | Study on the mechanical properties, microstructure and corrosion behaviors of nano-WC–Co–Ni–Fe hard materials through HIP and hot-press sintering processes | |
| Mahanta et al. | EDM investigation of Al 7075 alloy reinforced with B 4 C and fly ash nanoparticles and parametric optimization for sustainable production | |
| Stolin et al. | SHS extrusion: an overview | |
| Li et al. | Machinablility of titanium matrix composites (TMC) reinforced with multi-walled carbon nanotubes | |
| Srinivasan et al. | Surface integrity, fatigue performance and dry sliding wear behaviour of Si3N4–TiN after wire-electro discharge machining | |
| Dong et al. | Influence of VC and Cr3C2 as grain growth inhibitors on WC–Al2O3 composites prepared by hot press sintering | |
| Mishra et al. | Wear behavior and XRD analysis of reinforced copper matrix composite reinforced with Cerium Oxide (CeO2) | |
| Shanbhog et al. | Surface integrity studies on ZrB2 and graphene reinforced ZrB2 ceramic matrix composite in EDM process | |
| Walia et al. | Development and performance evaluation of sintered tool tip while EDMing of hardened steel | |
| RU2782861C1 (en) | Material for the manufacture of an electrode-tool for electroerosion processing based on copper | |
| Morampudi et al. | Physical, mechanical and corrosion properties of Al6061/ZrB2 metal matrix nano composites via powder metallurgy process | |
| Dvornik et al. | Development of a method for producing submicron cemented carbide from a powder obtained by electrical discharge erosion of scrap in oil | |
| Behera et al. | Effect of nickel on mechanical properties of alloy steel produced by powder metallurgy | |
| RU2773060C1 (en) | Composite material based on powder copper | |
| Rizwee et al. | Parametric optimization of electro discharge process during machining of aluminum/boron carbide/graphite composite | |
| JP2009203544A (en) | Hard alloy material, production method, and tool and wear resistant member | |
| Shevtsova et al. | Spark plasma sintering of mechanically activated Ni and Al nanopowders | |
| Jakubowcz et al. | Hot pressing of nanocrystalline tantalum using high frequency induction heating and pulse plasma sintering | |
| Sukumar et al. | Optimization of process parameter of sintered powder metallurgical TiC reinforced tungsten matrix composites | |
| Kommel et al. | Structuration of refractory metals tantalum and niobium using modified equal channel angular pressing technique | |
| Ageev et al. | X-ray spectral analysis of sintered articles made of electroerosive lead bronze obtained in lighting kerosene | |
| Panasiuk et al. | Preparation and testing of microstructure of the SPS zirconium with the addition of manganese |