SU814987A1 - Слоистое изделие дл режущегоиНСТРуМЕНТА - Google Patents

Description

(54) СЛОИСТОЕ ИЗДЕЛИЕ ДЛЯ РЕ1Ч УШЕГО ИНСТРУМЕНТА

Изобретение относитс  к получению твердых композиционных материалов на основе кубического нитрида бора и алмаза, в частности к получению многофазных пс лйкристаллвческнх образованвЁ, которые могут найти применение в инструментальной промышленности дл  оснащени  лезвийных инструментов. Известно изделие дл  режущего инструмента , которое содержит кубический нитрид бора и наполнитепь -ХА/. ,Re , Ti ,2.г ,Си ,Сг ,со . «ВеО; НО,АЛп . Количество наполнител  в исходной смеси издели  составл ет 6-5О%. Спекание порошков кубического нитрида бора с наполнителем ведетс  при давлени х 5О9О кбар и температурах 150О-24ОО С в течение нескольких минут. В полученных . компактных издели х куа ческий нвтрид :бора  вл етс  основной режущей частью инструмента. Напопнитепь осушествтюет более прочное св зывание зерен кубического нитрида бора между собой i. Однако известное изделие имеет недостаточно высокую прочность из-за слабого смачивани  кубического нитрида бора наполнителем. Наиболее близким к предлагаемому  в- .л етс  слоистое изделие дн  режущего инструмента, содержащее подложку, выполненную из порошка переходных металлов никел , кобальта, марганца, железа, ванади , хрома, а также из твердого сплава с до1бавкой алюмини , и сверхтвераый слой,. выполненный из порошка по крайней мере одного сверхтвердого материала из группы: алмаз, нитрид бора кубический. Крепление и спекание порошков сверхтвердого материала с подложкой и между собой осуществл етО  в процессе обработки высокими давлени ми в 4О кбар и выше и температурами 1300-160О-с в течение нескольких минут за счет диффузии металлов в слой, состо щий из сверхтвердого мате риала 2. Однако в известном слоистом издегши дл  режущего инструмента недостаточно 38 высока  адгези  между сло ми, что приводит к большому браку при получении слоистого издели  и при его эксплуатации . Цель изобретени  - увеличение айгезии между сло ми издели . Постав лен 1-ш  цель достигаетс  тем что в слоистом изделии дл  режущего инструмента, содержащем подложку, выполненную из порошка переходных металлов , и сверхтвердый слой, выполненный из порошка по крайней мере одного сверхтвердого материала из группы: алмаз, нитрид бора кубической или вюрдитной модификации, йодложка выполнена из смеси порошков переходных металлов и диборидов переходных металлов групп, с размером частиц 0,1-10 мкм в соотношении 7:3-3:7, а сверхтвердый слой дополнительно содержит указанную смесь при сле дук цем соотношении .компонентовэ вес.%: Смесь переходных металлов и диборидов металлов 1У- УП групп0,5-SO Сверхтвердый материал50-95,5 Основным отличительным признаком предлагаемого слоистого издели   вл етс  использование в качестве наполнител  сверхтвердого материала и подложки исход Н(Й4 многослойной таблетки смеси порошко с размером зерна 0,1-10 мкм диборидов переходных металлов 1У-УП групп с пере ходными металлами и в соотношении 7:3 3:7 по весу, при указанных в формуле изобретени  соотношени х ингредиентов. При введении к мелкодисперсным порош кам сверхтвердого материала с размером зерна 0,1-10 мкм наполнител  диборидов переходных металлов 1У-УП групп периодической системы обладающих абразивной способностью, смачиваемостью бол шинством расплавленных металлов и наиболее близкими физико-механическими свой ствами к сверхтвердым материалам - кубическому , вюрдитному нитриду бора, алмазу , в услови х высоких давлений и тем ператур происходит их взаимодействие ме ду собой с образованием прочных св зей между взаимодействующими частицами. До полнительное введение в смесь сверхтвер дых материалов и дибориаов переходных металлов 1У-УП групп способствует бо лее прочному сцеплению частиц между со бой, поскольку дибориды переходных металлов хорошо смачиваютс  переходными металлами. . При изготовлении подложки из того же состава, что и наполнитель абразивного сло , т,е, из смеси диборидов переходных металлов 1У-УП групп с переходными ме 7 галлами в услови х высоких давлений и температур достигаетс  чрезвычайно сильна  адгези  слоев издели . Причем при использовании порошков И1П редиентов с размером зерна ОД-10 мкм наблюдаетс  наиболее сильное сцепление слоев издели  и наиболее высокие режущие свойства абразивного сло . Экспериментально установлено , что цель изобретени  достигаетс , когда дибориды переходных металлов 1УУП групп наход тс  в смеси с переход ными металлами в соотношении по весу. При содержании переходных металлов и диборидов вне указанных пределов увеличиваетс  расслаивание слоев изделий. Введение в материал наполнител  и подложки 0,5-5 вес,% катализаторов-растворителей относительно сверхтвердого материала , например алюмини , диборида магни , бора, способствует частичному расстворению сверхтвердых материалов и диборидов переходных металлов, что приводит к их лучшему сцеплению между собой и с переходными металлами, т.е. к увеличению адгезии слоев издели . Повышенное содержание (более 5 вес.%) катализаторов-растворителей в наполнителе и подложке ухудшает режущие свойства абразивного сло , а при их содержании менее О,5 вес,% они не создают заметного эффекта. Причем размер зерен катализаторов дл  достижени  цели изобретени  должен составл ть О,1-Ю мкм. Размер зерна катализатора меньше 0,1 мкм трудно практически получить, а при размере зерна более 1О мкм уменьшаетс  адгези  слоев издеми . ;, Экспериментально установлено, что смесь диборидов переходных металлов с переходными металлами относительно сверхтвердого материала должна находитьс  в пределах О,5-5О вес.%. При в изделии указанной смеси ниже 0,5 вес,% уменьшаетс  выход продукта синтеза и адгези  слоев, а при их наличии более 5О вес.% ухудшаютс  физико-механические свойства абразивного сло . Двухслойное изделие образована из сверхтвердого сло  и па ющейс  подложки или из абразивного стержн , окруженного па ющей втулкой. То/лцина слоев подложки может быть сравнительно небольшой , однако в силу очень высокой адгезии слоев после их обработки высокими давлени ми и температурами изделие представл ет собой монолитную таблетку. Также можно получать многослойные издели  и при коаксиальном расположении слоев из сверхтвердого материала в виде цилин-дров и стержн , чередующихс  с цилиндрами из диборидов переходных металлов и с переходными металлами. Указанные слоистые издели  отличаютс  высокими режущими свойствами и процент выхо.да качественного издели  близок к 10О%. Технологи  получени  слоистого издели  дл  режущего инструмента состоит в следующем, Исходными компонентами издели   вл ютс  микропорошки кубического, вюрцитного нитрида бора, алмаза, диборидов переходных металлов 1У-УП групп -TiBg.ZrB .2-,НЬ&2ЛаВ2.СВ2 Л Ь2 Р®о иь1 металлов -Ti,7.p,Hi,V,Nb,Ta,Cr, AAn,Pe,Co,Ni алюмини , диборидов магни , бора с размером зёрна 0,1-10 мкм. Дл  изготовлени  исходных изделий приготавливают шихту, состав и материал ингредиентов которой указаны в формуле изобретени . Предварительно ингредиенты дроб т в шаровой мельнице или вибромельнице с твердосплавными шарами в течение одного и более часов до зернистости , например, 0,3-0,5 мкм. Затем порощки перемешиваютс  и прессуютс  в изделие под давлением 3-в т/см . Дл  улучшени  прессовани  слоев издели  в них добавл етс  декстрин 6-1О вес.% (водный раствор). Спрессованные издели  после их тщательного просушивани  при температуре 6О-200 С помещаютс  во внутреннее отверстие графитового нагревател , вставленного в контейнер из Литографского камн . При нагревании изделий путем пропускани  через них электрического тока графитовый нагреватель может отсутствовать. Дл  получени  профильных изделий в виде трех, четырех-, шестигранника внутреннее отверстие контейнера или нагревател  выполн етс  соответствующей формы. Контейнер устанавливаетс  в аппарат высокого давлени , затем издели  подвергаютс  воздействию давлени  в 35 - 1ОО кбар и температур 12ОО-2600°С в течение 0,1-5 мин. Параметры синтеза вы бирают из фазовых диаграмм нитрида .бора и углерода, они соответствуют термодинамической устойчивости плотных модификаций нитрида бора и алмаза. При давлени х ниже 35 кбар продукт синтеза (слоистые издели ) выходит недостаточно высокого качества, а при давлени х более 100 кбар уменьшаетс  стойкость аппаратов высокого давлени . Врем  спекани  0,1-5 мин в указанной области давлений и температур  вл етс  достаточным дл  образовани  монолитного издели . Качество слоистых изделий оцениваетс  по шлифам, наличию микротрещин и сколов в сло х, по разделению слоев издели  в процессе их эксплуатации. В результате спекани  получаютс  вы- рококачественные поликристаллические од юслойные , двухслойные и многослойные издели  диаметром 4-16 мм и высотой 4-6 мм. Рентгеновский фазовый анализ показал, что издели  по составу многофазные . В них наблюдаетс  три основные фазы: вюрцитна , сфалеритна , гексагональна  тилаАбЬг, характерна  дл  диборидов переходных металлов. В таблице приведены примеры практического осуществлени  предлагаемого слоистого издели  дл  режущего инструмента. Указаны граничные значени  интервалов используемых режимов и компонентов, процент разделени  слоев издели  и их выкра- . шивани  в процессе эксплуатации. Как видно из таблицы, в результате использовани  в качестве подложки и наполнител  сверхтвердых материалов сме4, си порошков переходных металлов -TljZ.p Hf,V,Nb,Ta,Cr,Mn,Pe,Co, диборидов переходных металлов 1У-УП групп T4b2 B2,HfB2,VB2,NbB2.TaB2,CPB2,Mn52, в соотношени х указанных в формуле изобретени  и с размерами зерен 0,1-1О мкм существенно увеличилась адгези  слоев издели . В результате использовани  известного слоистого издели  из-чза недостаточно высокой адгезии слоев брак из-за разделени  слоев таблетки и их выкрашивани  составл ет 29-35%, а в предлагаемом способе 2-10%. Режущие свойства слоистого издели  наход тс  на уровне режущих свойств поликристаллов кубического нитрида бора.

о

Н

S

о

е о

ф

S

I

о Н

СЗ

СЗ)

тЧ

о

ю

см

со

со

со

СО СО СО СО

СО СО

(О

а

$

о о

dl

«G.

f §

«с.

X Ш

Z л g

fi

ю со

см со

со со

со ел

со

Ю

см

со

со со со

k

о

о

О

О

с.

hJ о

I. о О

О

е

)

N

4- N

f «

(fi

N

Ё

(О сЮ

(С

0 о

с N) О

ьЗ О tO

N-

ш сГ

о

О

о ю

сО

в

- dl

Z

й.

сО ю ifi о

ей

U. «а Z 0

( О

(и

ас сО

X Z

ей Ю

о N

О VO

1Г1

смСО О)

со 1-

Н

0(

S 2

  d «

i

S

tO

(N CO

CO CO

Ю Cvj CO

CO 00 CO

Claims (2)

1. CD Ю 138 Формула изобретени  Слоистое изделие дл  режущего инструмента , содержащее подложку, выполненную из порошка переходных металлов и сверхтвердый спой, вВполиенный из порош ка по крайней мере одного сверхтвердого материала из группы: алмаз, нитрид бора кубической или вюрцитной модификации, отличающеес  тем, что, с целью увеличени  адгезии между сло ми, подложка выполнена из смеси порошков переходных металлов и диборидов переходных металлов 1У-УП групп, с размером 7 частиц 0,1-10 мкм в соотношении 7:3- 3:7, а сверхтвердый слой дополнительно содержит указанную смесь при следующем соотношении компонентов, вес.%: Смесь переходных металлов и диборидов металлов 1УУП группО,5-5О Сверхтвердый материал5О-95,5 Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3233988, кл. 51/307, опублик, 1966.
2. 2.Патент ФРГ № 2232227, кл. С 04, В 39/46, опублик. 1972.