SE431639B

SE431639B - Ytterst hart kompositmaterial innehallande kubisk bornitrid och ett bindemedel

Info

Publication number: SE431639B
Application number: SE7806918A
Authority: SE
Inventors: S S Ordanian; V S Lysanov; V V Digonsky; V A Blinkov; L A Pekelis; V I Denisova; V I Unrod; S V Sinelnikov; M P Chestnokova
Original assignee: Vnii Abrazivov I Le T I Im Len
Priority date: 1977-06-08
Filing date: 1978-06-15
Publication date: 1984-02-20
Also published as: US4186022A; ATA439978A; AT369351B; DE2826544A1; SE7806918L; FR2428623A1; DE2826544C2; IT7824672A0; FR2428623B1; CH637099A5

Description

7806918-4 beständighet samt låg sprödhet.

Detta uppnås enligt uppfinningen medelst ett ytterst hårt komposit- material innehållande kubisk bornitrid och ett bindemedel och mate- rialet utmärkes av att det som bindemedel innehåller karbid och di- borid av en och samma metall tillhörande grupperna IV-V i periodiska systemet, vilken karbid och diborid tas i ett eutektiskt blandnings- förhållande, varvid samtliga beståndsdelar ingår med följande mäng- der i viktprocent: kubisk bornitrid 28 - 80 karbid och diborid av metall tillhörande grupperna IV-V i periodiska systemet, vil- ken karbid och diboridaï ett eutektiskt blardningsförhållande 72 - 20.

Vid system Meïv, VC - Meïv, VB2 mekaniska egenskaperna just vid ett inbördes eutektiskt blandnings- åstadkommes de i förväg bestämda förhållande mellan beståndsdelarna. Detta beror på att nämnda bin- demedel uppvisar specifika strukturegenskaper, dvs de har en sär- skild finfördelningsgrad, som praktiskt taget icke kan uppnås under i övrigt lika sintringsförhållanden för av en enda komponent bestå- IV' vc eller Meïv' V32 enkomponentsbindemedel och kubisk bornitrid. Genom att bindemedlet ende bindemedel Me eller blandningar av dessa i det enligt uppfinningen föreslagna kompositmaterialet uppvisar en sådan struktur, får detta material avsevärt bättre fysikaliska egen- skaper exempelvis stabilitet, slagseghet, slitbeständighet samt låg sprödhet.

Införandet av kubisk bornitrid och bindemedlet i mängder understigan- de 28 viktprocent respektive överstigande 72 viktprocent är icke praktiskt, eftersom det enligt uppfinningen föreslagna materialets slitbeständighet då blir lägre. Ifall minst 80 viktprocent kubisk bornitrid och högst 20 viktprocent bindemedel användes, försämras provkropparnas hållfasthetsegenskaper, dvs provkropparnas sprödhet blir högre och deras tryck- och böjhållfasthetsgräns blir lägre, sam- tidigt som provkropparnas ledningsförmåga och värmekonduktivitet blir lägre.

Det är lämpligt att det ytterst hårda kompositmaterialet enligt upp- finningen innehåller samtliga beståndsdelar i följande mängder i viktprocent: 7806918-4 kubisk bornitrid 50 - 70 karbid och diborid av metall tillhörande grupperna IV-V i periodiska systemet i ett inbördes eutektiskt blandningsför- hållande 50 - 30.

Ett sådant blandningsförhållande mellan beståndsdelarna bidrar till att materialet enligt uppfinningen får en kombination av goda håll- fasthetsegenskaper, bl.a. skäregenskaper, och hög värmekonduktivitet och ledningsförmåga.

Det är att föredra att kompositmaterialet enligt uppfinningen inne- håller titankarbid och titandiborid eller vanadinkarbid och vanadin- diborid, vilka tas i ett inbördes eutektiskt blandningsförhâllande.

Ett sådant bindemedel gör det möjligt att avsevärt minska sintrings- trycket och -temperaturen, samtidigt som kompositrmaterialets gO_ da mekaniska egenskaper och höga ledningsförmâga bibehålles.

Det enligt uppfinningen föreslagna mycket hårda kompositmaterialet framställes på följande sätt. 28-80 viktprocent kubisk bornitrid och 72-20 viktprocent bindemedel blandas tills en homogen blandning er- hållits. Den erhållna blandningen sammanpressas till briketter och sintras vid ett tryck av 35-55 kbar och en temperatur av 1440-190OOC.

Denna temperatur åstadkommes genom att elektrisk ström får flyta via värmeanordningen av kol och grafit eller omedelbart via den erhåll- na blandningen.

Bindemedlet i materialet enligt uppfinningen utgöres av karbid och diborid av metall tillhörande grupperna IV-V i periodiska systemet, vilka tas i ett inbördes eutektiskt blandningsförhållande. Binde- medlet införes i pulver av kubisk bornitrid antingen efter finför- delning av dess eutektiska blandning eller i form av MeIV;vC och MeIv'VB2, vilka tas i ett inbördes eutektiskt blandningsförhâllande, varvid partikelstorleksförhållandet mellan kubisk bornitrid och bin- demedlet bör ligga mellan 1:0,1 och 10:1. Mycket hårda korn av ku- bisk bornitrid fästes optimalt i bindemedlet genom att de står i ndhesionsväxelverkan med varandra och genom att bindemedlet har hö- ga mekaniska egenskaper, speciellt hög hàllfasthet och låg sprödhet vilka erfordras för att förhindra att korn av kubisk bornitrid kly- ves bort. Bindemedlets höga värmekonduktivitet bidrar till att kom- 7806918-4 positmaterialet enligt uppfinningen får hög värmeboständighet och höga skäregenskaper på grund av reducerade lokala värmepâkänningar i skärzonen.

Bindemedlets höga ledningsförmåga gör det möjligt att genomföra sint- ringen utan användning av en värmeanordning genom att elektrisk ström omedelbart får flyta via provkroppen, vilket i sin tur ökar provkrop- pens volym och förbättrar det enligt uppfinningen föreslagna kompo- sjtmaterialets skärcgenskaper.

Man har kunnat konstatera, att den sintrade eutektiska blandningen MeIV'VC - MeIV'VB2 eller motsvarande finfördelade tvåkomponentbland- ning med den eutektiska sammansättningen har förmåga att väsentligt minska bindemedlets hårdhet exempelvis till 1300-1500 kp/mmz för ett system TiC - TiB2 jämfört med 3000 kp/mmz för TiC och TiB2, vilket ökar det föreslagna kompositmaterialets plasticitet, dvs minskar dess sprödhet. Bindemedlet får samtidigt en extrem böjhållfasthet dvs öböj = 95-100 kp/mmz, vilket extremvärde är 2-3 gånger så högt som 6 böj för var för sig tagna nämnda ämnen.

En så hög mekanisk hållfasthet åstadkommes i ett finkornigt bindeme- del genom.att glidning kan ske längs gränserna mellan korn, vilken glidning resulterar i relaxation av kritiska påkänningar i koncent- rationszoner för desamma och genom att sprickbildning i komposit- materialet enligt uppfinningen blir mycket försvårad.

Det mycket hårda kompositmaterialet enligt uppfinningen uppvisar sam- tidigt, jämfört med de kända kompositmaterialen av nämntslag, hög värmekonduktivitet, ledningsförmåga och slitbeständighet samt låg sprödhet.

Egenskaperna hos bindemedlet i materialet enligt uppfinningen bidrar till att minska sintringstrycket och -temperaturen och följaktligen förbättra materialets tekniska och driftsekonomiska egenskaper.

Uppfinningen belyses genom följande exempel avseende framställning av det föreslagna mycket hàih kompositmaterialet.

Exempel 1 80 viktprocent kubisk bornitrid och 20 viktprocent bindemedel inne- hållande 40,2 viktprocent TiC och 59,8 viktprocent TiB2 blandades.

Den erhållna blandningen sammanpressades till briketter och utsattes 7806918-4 för inverkan av ett tryck av 50 kbar och en temperatur av 1700OC under användning av en värmeanordning av kol och grafit. Den fram- ställda provkroppens sammansättning motsvarade utgångsblandningens sammansättning. Provkroppen hade en mikrohårdhet av 5200 kp/mmz och en värmekonduktivitet av ungefär 5,5 W/mOC, varvid provkroppens slit- beständighet, som bestämts vid diskontinuerlig svarvning av ett ar- betsstycke av härdat stål, motsvarade 0,11 mm.

Eﬁlfiå 50 viktprocent kubisk bornitrid och 50 viktprocent bindemedel inne- hållande 40,2 viktprocent TiC och 59,8 viktprocent TiB2 blandades.

Den beredda blandningen sammanpressades till briketter och utsattes för inverkan av ett tryck av 50 kbar och en temperatur av 17O0OC utan användning av någon värmeanordning. Den framställda provkroppenssam- mansättning motsvarade utgångsblandningens..Provkroppen hade en mikrc- iårdhet av 3800 kp/mmz, en värmekonduktivitet av i det närmaste 13 J/moC och en slitbeständighet motsvarande 0,08 mm.

Exempel 3 75 viktprocent kubisk bornitrid och 25 viktprocent bindemedel inne- hållande 45 viktprocent ZrC och 55 viktprocent ZrB2 blandades. Den erhållna blandningen sammanpressades till briketter och utsattes för inverkan av ett tryck av 55 kbar och en temperatur av 1800OC utan an- vändning av någon,värmeanordning. Den framställda provkroppens sam- mansättning motsvarade utgångsblandningens. Provkroppen hade en mikro- hårdhet av 4900 kp/mmz, en värmekonduktivitet av ungefär 13 W/mOC och en slitbeständighet motsvarande 0,1 mm. Éxempel 4 54 viktprocent kubisk bornitrid och 46 viktprocent bindemedel inne- hållande 45 viktprocent ZrC och 55 viktprocent ZrB2 blandades. Den erhållna blandningen sammanpressades till briketter och utsattes för inverkan av ett tryck av 55 kbar och en temperatur av 180000 utan an- vändning av värmeanordningen. Den framställda provkroppens samman- sättning motsvarade utgångsblandningens. Provkroppen hade en mikro- hårdhet av 3900 kp/mmz, en värmekonduktivitet av 26 W/mOC och en slitbeständighet motsvarande 0,08 mm.

Exempel 5 75 viktprocent kubisk bornitrid och 25 viktprocent bindemedel inne- hållande 42 viktprocent HfC och 58 viktprocent Hfßz blandades. Den 7806918-4 erhållna blandningen hoppressades till briketter och utsattes för in- verkan av ett tryck av 55 kbar och en temperatur av 1850°C utan an- vändning av värmeanordningen. Den framställda provkroppens samman- sättning motsvarade utgângsblandningens. Provkroppen hade en mikro- hårdhet av 3800 kp/mmz, en värmekonduktivitet av 24 W/m°C och en slit- beständighet motsvarande 0,1 mm. 5 Exempel 6 42 viktprocent kubisk bornitrid och 58 viktprocent bindemedel inne- hållande 42 viktprocent HfC och 58 viktprocent HfB2 blandades. Den erhållna blandningen hoppressades till briketter och utsattes för ett tryck av 55 kbar och en temperatur av 1850°C utan användning av värmeanordningen. Den framställda provkroppens sammansättning motsva- rade utgångsblandningens. Provkroppen hade en mikrohårdhet av 3800 kp/mmz, en värmekonduktivitet av 24 W/moC och en slitbeständighet motsvarande 0,1 mm.

Exempel 7 80 viktprocent kubisk bornitrid och 20 viktprocent_bindemedel inne- hållande 50 viktprocent VC och 50 viktprocent VB2 blandades. Den er- hållna blandningen sammanpressades till briketter och utsattes för inverkan av ett tryck av 55 kbar och en temperatur av 1850°C utan användning av värmeanordningen. Den framställda provkroppens samman- sättning motsvarade utgångsblandningens. Provkroppen hade en mikro- hårdhet av 5100~kp/mmz, en värmekonduktivitet av 4,5 W/moC och en slitbeständighet motsvarande 0,09 mm.

Exempel 8 52 viktprocent kubisk bornitrid och 48 viktprocent bindemedel inne- hållande 50 viktprocent VC och 50 viktprocent VB2 blandades. Den erhållna blandningen sammanpressades till briketter och utsattes för inverkan av ett tryck av 55 kbar och en temperatur av 1800OC utan an- vändning av någon värmeanordning. Den framställda provkroppens sam- mansättning motsvarade utgångsblandningens. Provkroppen hade en mikrohårdhet av 3100 kp/mmz, en värmekonduktivitet av 11 W/m°C och en slitbeständighet motsvarande 0,06 mm.

Exempel 9 61 viktprocent kubisk bornitrid och 39 viktprocent bindemedel inne- hållande 34 viktprocent TaC och 66 viktprocent TaB2 blandades. Den erhållna blandningen sammanpressades till briketter och utsattes för 7806918-4 inverkan av ett tryck av 55 kbar och en temperatur av 1800°C utan användning av någon värmeanordning. Den framställda provkroppens sammansättning motsvarade utgängsblandningens. Provkroppen hade en mikrohârdhet av 4100 kp/mmz, en värmekonduktivitet av 13 W/m°C och en slitbeständighet motsvarande 0,11 mm.

Exempel 10 28 viktprocent kubisk bornitrid och 72 viktprocent bindemedel inne- hållande 34 viktprocent TaC och 66 viktprocent TaB2 blandades. Den provkropp, som framställts genom det i exempel 9 beskrivna förfaran- det, hade samma sammansättning som utgångsblandningen hade. Prov- kroppen hade en mikrohârdhet av 3050 kp/mmz, en värmekonduktivitet av 22 W/m°C och en slitbeständighet motsvarande 0,17 mm.

Exempel 11 J 64 viktprocent kubisk bornitrid och 36 viktprocent bindemedel inne- hållande 45 viktprocent NbC och 55 viktprocent NbB2 blandades. Den provkropp, som framställts medelst det i exempel 9 beskrivna förfa- randet, hade samma sammansättning som utgångsblandningen hade. Prov- kroppen hade en mikrohårdhet av 5200 kp/mmz, en värmekonduktivitet av 4,5 W/moC och en slitbeständighet motsvarande 0,1 mm.

Exempel 12 32 viktprocent kubisk bornitrid och 68 viktprocent bindemedel inne- hållande 45 viktprocent NbC och 55 viktprocent NbB¿blandades. Den provkropp, som framställts genom det i exempel 9 beskrivna förfaran- det, hade samma sammansättning som utgângsblandningen hade.Provkrop- pen hade en mikrohårdhet av 4400 kp/mmz, en värmekonduktivitet av 7 W/moC och en slitbeständjghet motsvarande 0,07 mm.

Exempel 13 70 viktprocent kubisk bornitrid och 30 viktprocent bindemedel inne- hållande 40,2 viktprocent TiC och 59,8 viktprocent TiB2 blandades.

Den provkropp, som framställts genom det i exempel 9 beskrivna för- farandet, hade samma sammansättning som utgångsblandningen hade.

Provkroppen hade en mikrohårdhet av 4900 kp/mm2, en värmekonduktivi- tet av'7W/mOC, och en slitstyrka motsvarande 0,07 mm.

Claims

78069ï8-4 8 Fit. åfläk E av.-

1. Ytterst hårt kompositmaterial innehållande kubisk bor- nitrid och ett bindemedel, k ä n n e t e c k n a t av att det som bindemedel innehåller karbid och diborid av en och samma metall tillhörande grupperna IVfV i periodiska systemet vilken karbid och diborid tas i ett eutektiskt blandningsförhållande, varvid samtliga beståndsdelar inçâr med följande mängder i viktprocent: kubisk bornitrid 28 ~ 80 karbid och diborid av metall till~ hörande grupperna IV-V i perio- diska systemet, vilken karbid och diborid tas i ett eutektiskt bland- ningsförhållande 72 - 20.

2. Material enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att dess beståndsdelar med följande mängder i viktprocent: kubisk bornitird 50 - 70 karbid och diborid av metall till- hörande grupperna IV-V i perio- diska systemet, vilka tas i ett inbördes eutektiskt blandninqs- förhållande 50 - 30.

3. Material enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k - n a t av att det innehåller titankarbid och titandiborid eller vanadinkarbid och vanadinborid, vilka tas i ett inbör- des eutektiskt blandningsförhållande. Éammanfattning 7806918-4 Det enligt uppfinningen föreslagna ytterst hårda komposit- materialet innehåller kubisk bornitrid och ett bindemedel i form av karbid och diborid av metall tillhörande grupperna IV-V i perio- diska systemet, vilka beståndsdelar användes i ett inbördes eutek- niskt blandningsförhållande, varvid samtliga beståndsdelar ingår med följande halter i viktprocent: I ' kubisk bornitrid 28 ~ 80 karbid och díborid av metall tillhö- rande grupperna Iv-v 1 periodiska systemet i ett inbördes eutekniskt blandningsförhållande 72 - 20 Det föreslagna materialet har hög värmekonduktivitet, led- ningsförmâga och slitbeständighet samt låg sprödhet.