UA63469C2 - Diamond-hard-alloy plate - Google Patents
Diamond-hard-alloy plate Download PDFInfo
- Publication number
- UA63469C2 UA63469C2 UA2003043732A UA2003043732A UA63469C2 UA 63469 C2 UA63469 C2 UA 63469C2 UA 2003043732 A UA2003043732 A UA 2003043732A UA 2003043732 A UA2003043732 A UA 2003043732A UA 63469 C2 UA63469 C2 UA 63469C2
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- plates
- diamond
- alloy plate
- hard
- plate
- Prior art date
Links
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title abstract description 34
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title abstract description 34
- 238000010411 cooking Methods 0.000 claims 3
- 239000003779 heat-resistant material Substances 0.000 claims 3
- 238000011109 contamination Methods 0.000 claims 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims 2
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 claims 2
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 claims 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 claims 1
- 239000000975 dye Substances 0.000 claims 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 claims 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 abstract description 34
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 abstract description 31
- UHPOHYZTPBGPKO-UHFFFAOYSA-N bis(boranylidyne)chromium Chemical compound B#[Cr]#B UHPOHYZTPBGPKO-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 abstract 3
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 abstract 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 20
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 5
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 4
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 4
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 4
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 4
- OFEAOSSMQHGXMM-UHFFFAOYSA-N 12007-10-2 Chemical compound [W].[W]=[B] OFEAOSSMQHGXMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XSPFOMKWOOBHNA-UHFFFAOYSA-N bis(boranylidyne)tungsten Chemical compound B#[W]#B XSPFOMKWOOBHNA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 2
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 2
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 2
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 2
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 2
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 2
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 2
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical group [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002083 X-ray spectrum Methods 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012072 active phase Substances 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 210000005056 cell body Anatomy 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002262 irrigation Effects 0.000 description 1
- 238000003973 irrigation Methods 0.000 description 1
- 238000012886 linear function Methods 0.000 description 1
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052903 pyrophyllite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004451 qualitative analysis Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical group [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- -1 tungsten carbides Chemical class 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Abstract
Description
Винахід стосується області одержання композиційних матеріалів, а саме алмазно-твердосплавних пластин і може бути використаний при спіканні шарових нероз'ємних з'єднань твердосплавна підкладка - алмазний полікристал в умовах високого тиску і температури для виготовлення переважно руйнівних елементів бурових доліт і фрез.The invention relates to the field of production of composite materials, namely diamond-hard alloy plates and can be used in the sintering of layer-by-layer non-separable connections hard alloy substrate - diamond polycrystal under conditions of high pressure and temperature for the manufacture of mainly destructive elements of drill bits and cutters.
Відома найбільш близька за технічною суттю до винаходу алмазно-твердосплавна пластина, описана в способі одержання комбінованої спеченої вставки |див. Патент США Ме4403015, МПК В22Е3/14, опубл.06.09.831|, що містить алмазний шар і твердосплавну пластину, між якими розташовано проміжний шар, що містить алмази.The closest technical essence to the invention is the diamond-hard alloy plate described in the method of obtaining a combined sintered insert | see US patent Me4403015, IPC B22E3/14, publ. 06.09.831|, containing a diamond layer and a carbide plate, between which there is an intermediate layer containing diamonds.
Спосіб її виготовлення полягає в тому, що тверду спечену пресовку, яка містить алмаз або В. ВМ в кількості більше 20 об'ємн. 95, з'єднують з твердосплавною підкладкою за допомогою проміжного шару товщиною менше 2мм. Цей проміжний шар містить таку кількість В. вм, яка забезпечує жорстке зчеплення твердої спеченої пресовки з твердосплавною підкладкою, але не більше 7095 об'ємн. Інша частина цього шару складається із суміші карбідів, нітридів, карбонітридів, або боридів перехідних металів Періодичної таблиці Менделєєва 4а, 5а, ба, суміші цих сполук або їх твердих розчинів. Для поліпшення спікання проміжного шару він вміщує АЇ і/або 51і в кількості понад 0,мас. 905.The method of its production consists in the fact that a solid sintered compact containing diamond or B. VM in the amount of more than 20 vol. 95, are connected to the hard alloy substrate with the help of an intermediate layer less than 2 mm thick. This intermediate layer contains such an amount of V. vm, which ensures a rigid adhesion of a solid sintered press with a hard alloy substrate, but no more than 7095 vol. The other part of this layer consists of a mixture of carbides, nitrides, carbonitrides, or borides of transition metals of Mendeleev's periodic table 4a, 5a, ba, a mixture of these compounds or their solid solutions. To improve the sintering of the intermediate layer, it contains AI and/or 51i in an amount of more than 0.wt. 905.
Недоліком отриманої за прототипом алмазно-твердосплавної пластини є крихкість, низька термостійкість і слабкий хімічний зв'язок проміжного шару з твердосплавною пластиною і алмазним шаром. Карбіди, нітриди, карбонітриди перехідних металів Періодичної таблиці Менделєєва 4а, 5а, ба, або їх суміші, не зважаючи на їх відносну стійкість проти нагрівання, крихкі і інертні до хімічних зв'язків. При введенні частинок АЇ і 5і при високій температурі утворюються крихкі інтерметалеві сполуки і шари, які знижують механічні властивості і зносостійкість спеченого матеріалу. При спіканні пластинки нагріваються до температури 1200-17007С, а після швидкого їх охолодження виникають температурні напруження сумірні з модулем міцності і навіть його перевищують, що призводить до появи мікротріщин і тріщин в проміжному і алмазному шарах, це призводить до деградації експлуатаційних властивостей пластини.The disadvantage of the diamond-hard alloy plate obtained according to the prototype is fragility, low heat resistance and weak chemical connection of the intermediate layer with the hard alloy plate and the diamond layer. Carbides, nitrides, carbonitrides of transition metals of Mendeleev's periodic table 4a, 5a, ba, or their mixtures, regardless of their relative resistance to heating, are brittle and inert to chemical bonds. When AI and 5i particles are introduced at high temperature, brittle intermetallic compounds and layers are formed, which reduce the mechanical properties and wear resistance of the sintered material. During sintering, the plates are heated to a temperature of 1200-17007C, and after their rapid cooling, temperature stresses commensurate with the modulus of strength and even exceed it occur, which leads to the appearance of microcracks and cracks in the intermediate and diamond layers, which leads to the degradation of the operational properties of the plate.
В основу винаходу покладено завдання такого удосконалення алмазно-твердосплавної пластини, при якому, за рахунок введення дібориду хрому в шихту твердосплавної пластини і алмазного шару і пропонованого співвідношення компонентів забезпечується утворення гомогенної структури з міцним каркасом твердосплавної пластини і алмазного шару і хімічного зв'язку між ними зменшення крихкості, і, як наслідок створення такої структури - підвищення термостійкості, міцності і зносостійкості матеріалу. Крім того, виключається операція виконання проміжного шару, що значно спрощує процес їх отримання.The basis of the invention is the task of improving the diamond-hard alloy plate, in which, due to the introduction of chromium diboride into the charge of the hard alloy plate and the diamond layer and the proposed ratio of components, the formation of a homogeneous structure with a strong frame of the hard alloy plate and the diamond layer and the chemical bond between them is ensured reduction of fragility, and, as a consequence of creating such a structure - increase of heat resistance, strength and wear resistance of the material. In addition, the operation of the intermediate layer is excluded, which greatly simplifies the process of obtaining them.
Означене завдання вирішується завдяки тому, що в алмазно-твердосплавній пластині, що містить алмазний шар і твердосплавну пластину, згідно винаходу алмазний шар і твердосплавна пластина містять діборид хрому при наступному співвідношенні компонентів, мас. 90: алмазний шар: алмази -90...97 діборид хрому -0,5...10 твердосплавна пластина: твердий плав -90...99,5 діборид хрому -0,5...10The specified task is solved due to the fact that in the diamond-hard alloy plate containing a diamond layer and a hard alloy plate, according to the invention, the diamond layer and the hard alloy plate contain chromium diboride with the following ratio of components, wt. 90: diamond layer: diamonds -90...97 chromium diboride -0.5...10 carbide plate: hard melt -90...99.5 chromium diboride -0.5...10
Оптимальним при цьому є, коли алмазний шар додатково містить металеве зв'язуюче, як таке - принаймні один метал з наступного ряду: кобальт, нікель, залізо, молібден, титан, цирконій, а алмазний шар і твердосплавна пластина містять діборид вольфраму (У/2В5) у кількості 0,1...5мас.9о.It is optimal when the diamond layer additionally contains a metal binder, such as at least one metal from the following series: cobalt, nickel, iron, molybdenum, titanium, zirconium, and the diamond layer and the carbide plate contain tungsten diboride (U/2В5 ) in the amount of 0.1...5wt.9o.
Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак, що заявляється і технічними результатами, які досягаються при її реалізації, полягає у наступному.The cause-and-effect relationship between the set of features that is claimed and the technical results achieved during its implementation is as follows.
Завдяки введенню у шихту для твердосплавної пластини і алмазний шар активних тугоплавких сполук дібориду хрому (СтВг) проходять узагальнення не тільки валентних, але і внутрішніх електронів добудівного а- рівня атомів хрому і вольфраму, що проявляється в дуже міцній гексагональній структурі. Шар із атомів хрому розміщується по гексагональній щільноупакованій решітці, чередуючись з шарами з атомів бору, утворюючи гексагональну двовимірну сітку. Ці обставини дають можливість атомам СгіВо і М/2В5 утворювати міцні хімічні зв'язки як у власних кристалах, так і в сполуках з іншими елементами. Крім цього, атоми СгВо завдяки своїм хімічним активностям утворюють активні зародки з іншими атомами системи і зумовлюють їх тривимірне зростання на усьому проміжку спікання, що сприяє дифузії і самодифузії елементів і переносу маси і тепла, і, як наслідок, зменшується термонапруження. В результаті таких ефектів протікає структурно-фазова трансформація усіх компонентів, що сприяє формуванню дрібнозернистої структури з міцним каркасом і фізико-механічними властивостями алмазно-твердосплавної пластини.Thanks to the introduction of active refractory compounds of chromium diboride (StVg) into the charge for the hard alloy plate and the diamond layer, not only the valence, but also the internal electrons of the additional a-level of the chromium and tungsten atoms are generalized, which is manifested in a very strong hexagonal structure. A layer of chromium atoms is placed on a hexagonal close-packed lattice, alternating with layers of boron atoms, forming a hexagonal two-dimensional grid. These circumstances make it possible for SgiVo and M/2B5 atoms to form strong chemical bonds both in their own crystals and in compounds with other elements. In addition, due to their chemical activities, SgVo atoms form active nuclei with other atoms of the system and cause their three-dimensional growth over the entire sintering interval, which contributes to the diffusion and self-diffusion of elements and the transfer of mass and heat, and, as a result, the thermal stress decreases. As a result of such effects, a structural-phase transformation of all components occurs, which contributes to the formation of a fine-grained structure with a strong frame and physical and mechanical properties of a diamond-hard alloy plate.
Нами була побудована феномологічна модель процесу спікання алмазовмісних композиційних матеріалів для полідисперсних систем. Модуль базується на положенні, що швидкість усадки спікання і швидкість хімічної реакції пропорційна добутку узагальненої константи швидкості процесу, в якій енергія активації залежить від температури і тиску, і модельній функції, яка задовольняє умові фізичної залежності механізмів переносу маси при спіканні від параметрів системи, і найкращим чином апроксимує експериментальні результати. Отримані рівняння дозволяють обчислити енергію активації системи і кінетичні параметри масопереносу (механізм переносу маси за рахунок дифузії і зародкоутворення нових фаз) при заданих умовах температури і тиску.We built a phenomenological model of the sintering process of diamond-containing composite materials for polydisperse systems. The module is based on the proposition that the sintering shrinkage rate and the chemical reaction rate are proportional to the product of the generalized rate constant of the process, in which the activation energy depends on temperature and pressure, and a model function that satisfies the condition of the physical dependence of mass transfer mechanisms during sintering on the system parameters, and the best thus approximates the experimental results. The obtained equations make it possible to calculate the activation energy of the system and the kinetic parameters of mass transfer (mechanism of mass transfer due to diffusion and nucleation of new phases) under the given conditions of temperature and pressure.
При додаванні в ці шари дібориду вольфраму (М/285) додатково збільшуються модулі пружності, опору і зсуву, що суттєво впливає на міцність, зносостійкість і надійність алмазно-твердосплавної пластини.When tungsten diboride (M/285) is added to these layers, the modulus of elasticity, resistance and shear are additionally increased, which significantly affects the strength, wear resistance and reliability of the diamond-hard alloy plate.
Межі вмісту СтВ2 і УУ2В5 в шихті визначали, виходячи з умови основного завдання - підвищення термостійкості, міцності і зносостійкості матеріалу.The limits of the content of StB2 and UU2B5 in the charge were determined based on the condition of the main task - increasing the heat resistance, strength and wear resistance of the material.
Верхні межі вмісту СІВг2 і УУМ2В5 обмежувались умовами спікання, при яких температура і тиск не перевищували значень, відповідно 1700"С і 8,0ГПа. При цих умовах з отриманих кінетичних рівнянь визначали ті мінімальні значення енергії активації системи, що спікається, для якої кінетичний параметр т, що характеризує масоперенос за рахунок дифузії а кінетичний параметр, який характеризує зародкоутворення нових фаз і швидкість його зросту п наближувались до значень, відповідно 1/3 і 4 на етапі ущільнення. Ті кількісні значенняThe upper limits of the content of SIVg2 and UUM2B5 were limited to the sintering conditions under which the temperature and pressure did not exceed the values of 1700"C and 8.0 GPa, respectively. Under these conditions, from the obtained kinetic equations, the minimum values of the activation energy of the sintering system were determined for which the kinetic parameter t, which characterizes mass transfer due to diffusion, and the kinetic parameter, which characterizes the nucleation of new phases and its growth rate n, approached the values of 1/3 and 4, respectively, at the compaction stage. Those quantitative values
СіВ» і М2В5, при яких енергія активації набуває найменших значень при т-1/3, а п-4 і є суттєвими для формування найкращих фізико-механічних властивостей і структури матеріалу, що спікається.SiB" and M2B5, in which the activation energy acquires the smallest values at t-1/3, and n-4 are essential for the formation of the best physical and mechanical properties and structure of the sintered material.
Винахід проілюстровано кресленнями, де на фіг.1 показано спорядження комірки високого тиску перед спіканням, на фіг.2 - загальний вигляд алмазно-твердосплавної пластини після спікання.The invention is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows the equipment of the high-pressure cell before sintering, Fig. 2 shows the general view of the diamond-hard alloy plate after sintering.
Приклад 1Example 1
Для спорядження комірки високого тиску (фіг.1) було взято контейнер з літографського каменю 1, теплоїзолюючий диск 2, спресований з пірофіліту, нагрівні елементи - диски З та трубчатий нагрівник 4, виготовлені з графіту, твердосплавну пластину 5, спечену із сплаву ВКА, в шихту якого введено 1,О0мас. 95 СтгВ» і 1,0О0мас. 95 М/2В5, алмазний шар 6, що складається перед спіканням з суміші алмазного порошку марки АСМ 60/40 з розмірами частинок 40...60мкм (94мабс. 95), порошку Со (4мас. 95), порошку СтВ»2 (1,5мас. 95) і порошку М/2В5 (0,5мас.оо) з розмірами частинок 5...10мкм, електроїзолюючий диск 7, спресований із графітоподібного нітриду бору, провідники електричного струму - молібденовий диск 8 та залізний циліндр 9, втулку 10 з літографського каменю. Спорядження здійснювали за схемою, показаною на фіг.1. Спікання виконували в апараті високого тиску типу тороїд по слідуючій схемі і режимах: протягом трьох хвилин тиск збільшували до 8ГПа з постійною швидкістю 44,4МПа/с і паралельно виконували нагрівання до 17007"С з постійною швидкістю 9,4"С/б. При температурі 17007С при постійному тиску 8ГПа протягом двох хвилин виконували спікання. Далі протягом 3...5х8в. тиск зменшували до атмосферного і паралельно виконували охолодження до 80"С за рахунок вимушеної конвекції. Отримано зразки алмазно-твердосплавних пластин діаметром 15мм, висотою 4мм. Після спікання була проведена механічна обробка зразків матеріалу до стану, придатного для дослідження структури і фізико- механічних властивостей. Алмазно-твердосплавна пластина (фіг.2) складається з твердосплавної пластини 5 і алмазного шару б, який утворено внаслідок спікання системи в умовах високого тиску і температури. На скануючому електронному мікроскопі (РОМ) 85-340, оснащеному системою цифрової обробки зображення і енергетичним аналізатором рентгенівських спектрів "І іпк-860" виконувався якісний аналіз розподілення фаз на основі цифрових зображень в характерному випромінюванні елементів характерних фаз. Проведені дослідження показали, що алмазний шар містить 94мас. 95 алмазів, 4,2мас. 95 кобальту, 1 4мас. 95 дібориду хрому, 0,4мас. 90 бориду вольфраму (М/2Б5), при цьому кінцевий склад зразків відрізняється від початкової шихти, що підтверджує наявність гетерогенних дифузійних процесів, які сталися під час спікання. Внаслідок введення дібориду хрому і бориду вольфраму (М/2Б5) утворилися тверді розчини і нові активні фази, відбулося їх тривимірне зростання на всьому проміжку спікання, що стимулювало дифузійні процеси, дало змогу рівномірно розподілитись усім елементам системи по об'єму матеріалу, створити самодифузію і міцне адгезійне зчеплення алмазного шару з твердосплавною пластиною. При цьому на поверхні границі "алмазний шар-твердосплавна пластина" зовсім відсутні мікропори і мікротріщини.To equip the high-pressure cell (Fig. 1), a container made of lithographic stone 1, a heat-insulating disk 2, pressed from pyrophyllite, heating elements - disks З and a tubular heater 4, made of graphite, hard alloy plate 5, sintered from VKA alloy, were taken charge of which 1.O0 mass was introduced. 95 StgV" and 1.0O0mas. 95 М/2В5, diamond layer 6, consisting before sintering of a mixture of ASM 60/40 diamond powder with particle sizes of 40...60 μm (94 mass. 95), Co powder (4 mass. 95), StV»2 powder (1 .5 wt. 95) and powder M/2B5 (0.5 wt. oo) with particle sizes of 5...10 μm, electrically insulating disk 7 pressed from graphite-like boron nitride, electric current conductors - molybdenum disk 8 and iron cylinder 9, sleeve 10 from lithographic stone. The equipment was carried out according to the scheme shown in Fig.1. Sintering was carried out in a toroid-type high-pressure apparatus according to the following scheme and modes: for three minutes, the pressure was increased to 8 GPa at a constant speed of 44.4 MPa/s, and in parallel, heating was carried out to 17007 °C at a constant speed of 9.4 °C/b. At a temperature of 17007C and a constant pressure of 8 GPa, sintering was carried out for two minutes. Next, within 3...5x8v. the pressure was reduced to atmospheric and simultaneously cooled to 80"C due to forced convection. Samples of diamond-hard alloy plates with a diameter of 15 mm and a height of 4 mm were obtained. After sintering, the material samples were mechanically processed to a state suitable for studying the structure and physical and mechanical properties. The diamond-hard alloy plate (Fig. 2) consists of a hard alloy plate 5 and a diamond layer b, which was formed as a result of sintering the system under conditions of high pressure and temperature. On a scanning electron microscope (SEM) 85-340, equipped with a digital image processing system and an energy analyzer X-ray spectra of "I IPK-860", a qualitative analysis of phase distribution was performed based on digital images in the characteristic radiation of elements of characteristic phases. The conducted studies showed that the diamond layer contains 94 wt. 95 diamonds, 4.2 wt. 95 cobalt, 1 4 wt. 95 chromium diboride , 0.4 wt. 90 of tungsten boride (M/2B5), while the final composition of the samples was differs from the initial charge, which confirms the presence of heterogeneous diffusion processes that occurred during sintering. As a result of the introduction of chromium diboride and tungsten boride (M/2B5), solid solutions and new active phases were formed, their three-dimensional growth occurred over the entire sintering interval, which stimulated diffusion processes, made it possible to evenly distribute all elements of the system throughout the volume of the material, create self-diffusion and strong adhesion of the diamond layer to the carbide plate. At the same time, micropores and microcracks are completely absent on the surface of the "diamond layer-hard alloy plate" interface.
Для визначення температурних напружень була розглянута математична модель термопружного стану алмазно-твердосплавної пластини, які виникають у двушаровій неоднорідній пластинці в умовах дії високого тиску і температури. Модуль враховує особливості спікання і охолодження за рахунок вимушеної конвекції і випромінювання абсолютно чорного тіла. При охолодженні пластини тепловий потік з її поверхні не є лінійною функцією різниці температур між цією поверхнею та середовищем, яке її оточує. Тут враховано, що пластинка обмежена абсолютно чорним тілом з абсолютною температурою То, втрачає кількість тепла, яке віднесене до одиниці її поверхні за одиницю часу по закону: о-ввігі- та) де б . постійна Стефана-Больцмана;To determine the temperature stresses, a mathematical model of the thermoelastic state of the diamond-hard alloy plate was considered, which occur in a two-layer heterogeneous plate under conditions of high pressure and temperature. The module takes into account the features of sintering and cooling due to forced convection and radiation of an absolutely black body. When cooling a plate, the heat flow from its surface is not a linear function of the temperature difference between this surface and the environment that surrounds it. Here it is taken into account that the plate is bounded by an absolutely black body with an absolute temperature To, loses the amount of heat that is assigned to a unit of its surface per unit of time according to the law: o-vvigita) where b . Stefan-Boltzmann constant;
Е - відносна випромінювальна здатність поверхні (ступінь чорноти).E is the relative emissivity of the surface (degree of blackness).
Для карбідів вольфраму вона - 0,7; дібориду хрому і бориду вольфрама - 0,9; для суміші порошків алмазів і кобальту - 0,93.For tungsten carbides, it is 0.7; chromium diboride and tungsten boride - 0.9; for a mixture of diamond and cobalt powders - 0.93.
Таким чином з великою точністю визначені температурні напруження в алмазно-твердосплавній пластини, які за рахунок активної дифузії (ковалентного зв'язку між алмазним шаром і твердосплавною пластинкою), відсутності інерційних карбідів, карбонітридів і т.п., високої теплопровідності і переносу тепла в умовах спікання суттєво зменшуються і не перевищують фізико-механічних властивостей матеріалу. Після цього визначали їх зносостійкість за величиною питомих витрат робочої кромки пластини після шліфування ними кварцевого пісковика на шляху терті 1000М.Thus, the temperature stresses in the diamond-hard alloy plate were determined with great accuracy, which due to active diffusion (covalent bond between the diamond layer and the hard alloy plate), the absence of inert carbides, carbonitrides, etc., high thermal conductivity and heat transfer in conditions sintering is significantly reduced and does not exceed the physical and mechanical properties of the material. After that, their wear resistance was determined by the value of the specific consumption of the working edge of the plate after grinding quartz sandstone with them on the friction path of 1000M.
Приклади 1-6 див. Таблицю, де наведено для тих випадків, які стосуються заявлених ознак. Приклади 7-10 - за межами заявлених ознак. Приклад 11 - відтворення алмазно-твердосплавної пластини за прототипом. Зміну складу шарів АТП досягали за рахунок виконання окремої шихти для кожного зразку матеріалу.See examples 1-6. The table, which is given for those cases that relate to the declared signs. Examples 7-10 - beyond the declared features. Example 11 - reproduction of a diamond-hard alloy plate according to the prototype. The change in the composition of the ATP layers was achieved by performing a separate charge for each material sample.
Як видно з таблиці, завдяки пропонованому винаходу температурні напруження зменшуються на З0ГПа, коефіцієнти теплопровідності алмазного шару і твердосплавної пластини збільшуються, відповідно на 250 і 5Вт/м. К) і стійкість проти абразивного зрошування збільшилась до півтора разів в порівнянні з прототипом.As can be seen from the table, thanks to the proposed invention, the temperature stresses are reduced by 30GPa, the thermal conductivity coefficients of the diamond layer and the carbide plate are increased by 250 and 5W/m, respectively. K) and resistance against abrasive irrigation increased up to one and a half times compared to the prototype.
Алмазно-твердосплавні пластини можуть бути використані як породоруйнівні вставки в бурових долотах, фрезах для різання металевих плит, деревини і т.д.Diamond carbide plates can be used as rock-breaking inserts in drill bits, cutters for cutting metal plates, wood, etc.
Робота алмазного бурового долота з використанням вказаної пластини не відрізняється від роботи з використанням відомих, якими оснащувались бурові долота, за виключенням зниження вартості пайки при виготовленні доліт та використання дешевих припоїв та розширення можливостей буріння за рахунок високої термостійкості, зносостійкості і міцності запропонованої пластини. Алмазно-твердосплавні пластини паяються по зовнішній поверхні корпусу долота, яка обертається з постійною швидкістю, а швидкість буріння залежить від типу гірської породи.The operation of a diamond drill bit using the indicated plate does not differ from the operation using the well-known drill bits with which drill bits were equipped, except for the reduction of the cost of soldering in the manufacture of bits and the use of cheap solders and the expansion of drilling opportunities due to the high temperature resistance, wear resistance and strength of the proposed plate. Diamond carbide plates are soldered to the outer surface of the bit body, which rotates at a constant speed, and the drilling speed depends on the type of rock.
ТаблицяTable
Об'єкт випро- | де Сумарне | Що бувань |у Діборид Твердий Діборид темпер. |Геплопровід Зносостійкість) ПриміткиThe object of production where Sumarne | What happens in Diboride Hard Diboride temper. |Hyploprovid Wear resistance) Notes
БИ песня вав авнIF the song was sung by avn
АТПпЗгіднобї | 94 | 15 2409; - | | ЇЇ 1051 98 | 1 | 1 | 108 | 400 | 00020 винаходу/ 2 90 | 10 | 6 20/10 /-1-Ї- ЇЇ - | 90 | 10 | - | 188 | з00 | 0о0озо | щрс(еЄ (3 97 | 05 |1ї0| 1 - /-Ї1-1- 1011 9957 | 03 | - | 89 | 420 | 00020ATPpZhidnobi | 94 | 15 2409; - | | HER 1051 98 | 1 | 1 | 108 | 400 | 00020 of the invention/ 2 90 | 10 | 6 20/10 /-1-І- ІІ - | 90 | 10 | - | 188 | from 00 | 0o0ozo | shrs(eE (3 97 | 05 |1й0| 1 - /-Й1-1- 1011 9957 | 03 | - | 89 | 420 | 00020
Шен Ен 3 ЕЕ: 5955 05 | - Ї- Ї - /-Ї1-Ї-Ї- | з | 1 | 1 | 88 | чо | 024Shen En 3 EE: 5955 05 | - І- І - /-І1-І-І- | with | 1 | 1 | 88 | what | 024
(6 90 | ло | - |- ЇЇ - 1-1 -11-1- 1 99551 051 | за | зго | пог | щрхфе:(6 90 | lo | - |- HER - 1-1 -11-1- 1 99551 051 | for | zgo | pog | shrkfe:
Відокремлення "Ів в| 1 11111717 е| з | 21 жа | сю | сомаSeparation "Iv v| 1 11111717 e| z | 21 zha | syu | soma
Тріщини в 99,7 1,3 95 З 2 490 алмазному шарі (а; 89 | 9 | 1/1 7 - 71-1-- 1 - | 88 | 12 | - | 410 | 238 | 000399 ої вв | лю | 2, - ЇЇ /-Ї-Ї-1 | 99571031 - | 46 | го | 0омоCracks in 99.7 1.3 95 Z 2 490 diamond layer (а; 89 | 9 | 1/1 7 - 71-1-- 1 - | 88 | 12 | - | 410 | 238 | 000399 ой вв | лю | 2, - ІІ /-І-І-1 | 99571031 - | 46 | go | 0omo
АТП за х пост 1 | 111111 | юю || єм |з | оюв 7) Алмазний шар алмазно-твердосплавної пластини за прототипом додатково містить 5 мас. 95 кобальту. , лвЕрке ск не кьння спійналинм : -ATP for x post 1 | 111111 | yuyu || I | with | 7) The diamond layer of the diamond-hard alloy plate according to the prototype additionally contains 5 wt. 95 cobalt. .
ПІІ пи Р п 2 оFDI pi R p 2 o
ИнаIna
ДЕWHERE
ЇХ посннкпк певних шании наши йTHEIR postnnkpk certain shanii our and
ЗWITH
ФігіFigi
Фіг.2Fig. 2
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UA2003043732A UA63469C2 (en) | 2003-04-23 | 2003-04-23 | Diamond-hard-alloy plate |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UA2003043732A UA63469C2 (en) | 2003-04-23 | 2003-04-23 | Diamond-hard-alloy plate |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| UA63469A UA63469A (en) | 2004-01-15 |
| UA63469C2 true UA63469C2 (en) | 2006-01-16 |
Family
ID=34515911
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| UA2003043732A UA63469C2 (en) | 2003-04-23 | 2003-04-23 | Diamond-hard-alloy plate |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| UA (1) | UA63469C2 (en) |
Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7954569B2 (en) | 2004-04-28 | 2011-06-07 | Tdy Industries, Inc. | Earth-boring bits |
| US8272816B2 (en) | 2009-05-12 | 2012-09-25 | TDY Industries, LLC | Composite cemented carbide rotary cutting tools and rotary cutting tool blanks |
| US8317893B2 (en) | 2009-06-05 | 2012-11-27 | Baker Hughes Incorporated | Downhole tool parts and compositions thereof |
| US8318063B2 (en) | 2005-06-27 | 2012-11-27 | TDY Industries, LLC | Injection molding fabrication method |
| US8459380B2 (en) | 2008-08-22 | 2013-06-11 | TDY Industries, LLC | Earth-boring bits and other parts including cemented carbide |
| US8490674B2 (en) | 2010-05-20 | 2013-07-23 | Baker Hughes Incorporated | Methods of forming at least a portion of earth-boring tools |
| US8647561B2 (en) | 2005-08-18 | 2014-02-11 | Kennametal Inc. | Composite cutting inserts and methods of making the same |
| US8697258B2 (en) | 2006-10-25 | 2014-04-15 | Kennametal Inc. | Articles having improved resistance to thermal cracking |
| US8790439B2 (en) | 2008-06-02 | 2014-07-29 | Kennametal Inc. | Composite sintered powder metal articles |
| US8789625B2 (en) | 2006-04-27 | 2014-07-29 | Kennametal Inc. | Modular fixed cutter earth-boring bits, modular fixed cutter earth-boring bit bodies, and related methods |
| US8800848B2 (en) | 2011-08-31 | 2014-08-12 | Kennametal Inc. | Methods of forming wear resistant layers on metallic surfaces |
| US8905117B2 (en) | 2010-05-20 | 2014-12-09 | Baker Hughes Incoporated | Methods of forming at least a portion of earth-boring tools, and articles formed by such methods |
| US8978734B2 (en) | 2010-05-20 | 2015-03-17 | Baker Hughes Incorporated | Methods of forming at least a portion of earth-boring tools, and articles formed by such methods |
| US9016406B2 (en) | 2011-09-22 | 2015-04-28 | Kennametal Inc. | Cutting inserts for earth-boring bits |
| US9266171B2 (en) | 2009-07-14 | 2016-02-23 | Kennametal Inc. | Grinding roll including wear resistant working surface |
| US9428822B2 (en) | 2004-04-28 | 2016-08-30 | Baker Hughes Incorporated | Earth-boring tools and components thereof including material having hard phase in a metallic binder, and metallic binder compositions for use in forming such tools and components |
| US9643236B2 (en) | 2009-11-11 | 2017-05-09 | Landis Solutions Llc | Thread rolling die and method of making same |
| RU2753339C1 (en) * | 2020-07-25 | 2021-08-13 | Общество с ограниченной ответственностью «Газпромнефть Научно-Технический Центр» (ООО «Газпромнефть НТЦ») | Materials based on chromium tetraboride and methods for production thereof |
-
2003
- 2003-04-23 UA UA2003043732A patent/UA63469C2/en unknown
Cited By (31)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8403080B2 (en) | 2004-04-28 | 2013-03-26 | Baker Hughes Incorporated | Earth-boring tools and components thereof including material having hard phase in a metallic binder, and metallic binder compositions for use in forming such tools and components |
| US8007714B2 (en) | 2004-04-28 | 2011-08-30 | Tdy Industries, Inc. | Earth-boring bits |
| US9428822B2 (en) | 2004-04-28 | 2016-08-30 | Baker Hughes Incorporated | Earth-boring tools and components thereof including material having hard phase in a metallic binder, and metallic binder compositions for use in forming such tools and components |
| US7954569B2 (en) | 2004-04-28 | 2011-06-07 | Tdy Industries, Inc. | Earth-boring bits |
| US10167673B2 (en) | 2004-04-28 | 2019-01-01 | Baker Hughes Incorporated | Earth-boring tools and methods of forming tools including hard particles in a binder |
| US8637127B2 (en) | 2005-06-27 | 2014-01-28 | Kennametal Inc. | Composite article with coolant channels and tool fabrication method |
| US8318063B2 (en) | 2005-06-27 | 2012-11-27 | TDY Industries, LLC | Injection molding fabrication method |
| US8808591B2 (en) | 2005-06-27 | 2014-08-19 | Kennametal Inc. | Coextrusion fabrication method |
| US8647561B2 (en) | 2005-08-18 | 2014-02-11 | Kennametal Inc. | Composite cutting inserts and methods of making the same |
| US8789625B2 (en) | 2006-04-27 | 2014-07-29 | Kennametal Inc. | Modular fixed cutter earth-boring bits, modular fixed cutter earth-boring bit bodies, and related methods |
| US8841005B2 (en) | 2006-10-25 | 2014-09-23 | Kennametal Inc. | Articles having improved resistance to thermal cracking |
| US8697258B2 (en) | 2006-10-25 | 2014-04-15 | Kennametal Inc. | Articles having improved resistance to thermal cracking |
| US8790439B2 (en) | 2008-06-02 | 2014-07-29 | Kennametal Inc. | Composite sintered powder metal articles |
| US8459380B2 (en) | 2008-08-22 | 2013-06-11 | TDY Industries, LLC | Earth-boring bits and other parts including cemented carbide |
| US8858870B2 (en) | 2008-08-22 | 2014-10-14 | Kennametal Inc. | Earth-boring bits and other parts including cemented carbide |
| US8272816B2 (en) | 2009-05-12 | 2012-09-25 | TDY Industries, LLC | Composite cemented carbide rotary cutting tools and rotary cutting tool blanks |
| US9435010B2 (en) | 2009-05-12 | 2016-09-06 | Kennametal Inc. | Composite cemented carbide rotary cutting tools and rotary cutting tool blanks |
| US8317893B2 (en) | 2009-06-05 | 2012-11-27 | Baker Hughes Incorporated | Downhole tool parts and compositions thereof |
| US8464814B2 (en) | 2009-06-05 | 2013-06-18 | Baker Hughes Incorporated | Systems for manufacturing downhole tools and downhole tool parts |
| US8869920B2 (en) | 2009-06-05 | 2014-10-28 | Baker Hughes Incorporated | Downhole tools and parts and methods of formation |
| US9266171B2 (en) | 2009-07-14 | 2016-02-23 | Kennametal Inc. | Grinding roll including wear resistant working surface |
| US9643236B2 (en) | 2009-11-11 | 2017-05-09 | Landis Solutions Llc | Thread rolling die and method of making same |
| US8905117B2 (en) | 2010-05-20 | 2014-12-09 | Baker Hughes Incoporated | Methods of forming at least a portion of earth-boring tools, and articles formed by such methods |
| US8978734B2 (en) | 2010-05-20 | 2015-03-17 | Baker Hughes Incorporated | Methods of forming at least a portion of earth-boring tools, and articles formed by such methods |
| US10603765B2 (en) | 2010-05-20 | 2020-03-31 | Baker Hughes, a GE company, LLC. | Articles comprising metal, hard material, and an inoculant, and related methods |
| US8490674B2 (en) | 2010-05-20 | 2013-07-23 | Baker Hughes Incorporated | Methods of forming at least a portion of earth-boring tools |
| US9790745B2 (en) | 2010-05-20 | 2017-10-17 | Baker Hughes Incorporated | Earth-boring tools comprising eutectic or near-eutectic compositions |
| US8800848B2 (en) | 2011-08-31 | 2014-08-12 | Kennametal Inc. | Methods of forming wear resistant layers on metallic surfaces |
| US9016406B2 (en) | 2011-09-22 | 2015-04-28 | Kennametal Inc. | Cutting inserts for earth-boring bits |
| RU2753339C1 (en) * | 2020-07-25 | 2021-08-13 | Общество с ограниченной ответственностью «Газпромнефть Научно-Технический Центр» (ООО «Газпромнефть НТЦ») | Materials based on chromium tetraboride and methods for production thereof |
| WO2022025800A1 (en) * | 2020-07-25 | 2022-02-03 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Газпромнефть Научно-Технический Центр" (Ооо "Газпромнефть Нтц) | Chromium tetraboride-based materials and methods for producing same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| UA63469A (en) | 2004-01-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| UA63469C2 (en) | Diamond-hard-alloy plate | |
| Ma et al. | Mo2C coating on diamond: Different effects on thermal conductivity of diamond/Al and diamond/Cu composites | |
| US5173091A (en) | Chemically bonded adherent coating for abrasive compacts and method for making same | |
| CN101583450B (en) | Cutting tool | |
| JP2672136B2 (en) | Diamond compact | |
| US5106392A (en) | Multigrain abrasive particles | |
| RU2368489C2 (en) | Abrasive materials with coating | |
| CN102240809B (en) | Method for preparing functional gradient composite material containing components with obvious melting point difference | |
| EP2300366B1 (en) | Method of forming a sintered polycrystalline ultra hard material by pulsed electrical field assisted or spark plasma sintering | |
| JPH11504074A (en) | Composite material and method for producing the same | |
| GB2422623A (en) | Thermally stable diamond cutter with a cubic boron nitride layer | |
| TWI307296B (en) | Superhard mold face for forming elements and associated methods | |
| SE447241B (en) | HIGH-TEMPERATURE AND HIGH-PRESSURE PROCESS FOR PREPARING A SINTERED POLYCRYSTALLIN PRESSURE CUBIC BORN NITRID | |
| GB2486973A (en) | A polycrystalline superhard material | |
| Ma et al. | A new design of composites for thermal management: Aluminium reinforced with continuous CVD diamond coated W spiral wires | |
| US4173614A (en) | Process for preparing a polycrystalline diamond body/silicon nitride substrate composite | |
| JPH09194909A (en) | Composite material and its production | |
| US4234661A (en) | Polycrystalline diamond body/silicon nitride substrate composite | |
| Mashhadikarimi et al. | Development of a novel triple-layer polycrystalline diamond compact | |
| US20070009374A1 (en) | Heat-resistant composite diamond sintered product and method for production thereof | |
| US20140305045A1 (en) | Self-renewing cutting surface, tool and method for making same using powder metallurgy and densification techniques | |
| US7517588B2 (en) | High abrasion resistant polycrystalline diamond composite | |
| JP2008290130A (en) | Joined body | |
| JP3452665B2 (en) | Method for synthesizing diamond single crystal and single crystal diamond | |
| Dudina et al. | Spark plasma sintering of diamond-and nanodiamond-metal composites |