МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ СВЯЗКА Российский патент 1995 года по МПК B24D3/06 

Изобретение относится к инструментам для шлифования из сверхтвеpдых матеpиалов на металлическом связующем, а именно к составам металлических связок, пpеимущественно для шлифования инструментальных сталей и твердых сплавов, и может быть использовано для шлифования адгезионно-активных сплавов, в том числе титановых.

Известны металлические связки для абразивного инструмента [1] и [2].

Указанные связки имеют высокую прочность и вследствие этого инструмент на их основе имеет недостаточную режущую способность и склонность к засаливанию.

Известна также металлическая связка [3], включающая компоненты в следующем соотношении, мас. % : Олово 15,0-20,0 Свинец 0,5-8,0 Алюминий 0,05-0,5 Медь Остальное
Кроме того, в состав связки входят в небольшом количестве титан и редкоземельные металлы (РЗМ), являющиеся межфазноактивными элементами, сопутствующие РЗМ железо и никель, а также магний.

Связка предназначена для изготовления инструментов из алмазов и других сверхтвердых материалов для обработки адгезионно-активных сплавов.

Данная связка обеспечивает прочное закрепление алмазного зерна, повышение стойкости инструмента и уменьшение расхода алмаза.

Однако высокие прочностные свойства этой связки делают ее малопригодной для инструмента, например, из кубического нитрида бора, предназначенного для обработки инструментальных сталей. Инструмент на основе данной связки имеет недостаточную самозатачиваемость и режущую способность.

Задачей изобретения является создание абразивного инструмента, имеющего повышенные режущие свойства, путем снижения прочности связки, но при сохранении достаточно высокой твердости и износостойкости.

Это достигается тем, что в металлическую связку, содержащую олово, свинец, алюминий и медь, дополнительно введен фосфор при следующем соотношении компонентов, мас.%: Олово 15,0-18,0 Свинец 5,0-8,0 Алюминий 4,0-20,0 Фосфор 0,5-2,0 Медь Остальное
Медь в сочетании с оловом (в соотношении 4:1) образует основу связки и представляет собой двухфазный сплав высокой прочности и достаточно высокой пластичности, обладающий хорошими технологическими свойствами.

Введение в связку фосфора снижает ее прочность и пластичность за счет появления хрупкой фазы - тройной фосфорной эвтектики. При этом твердость и антифрикционные свойства связки повышаются, так как фосфиды обладают высокой твердостью, а в сочетании с более мягкой δ -фазой (твердый раствор на основе меди) образуют структуру, наиболее благоприятную для работы трущихся пар.

Содержание фосфора в связке более 2,0 мас.% ухудшает технологические свойства связки из-за появления в процессе спекания большого количества жидкой фазы (тройной фосфидной эвтектики) и выдавливания ее при горячей допрессовке изделия, что приводит к образованию раковин и пористости. Кроме того, значительно падает прочность связки. При содержании фосфора менее 0,5 мас.% свойства связки меняются незначительно.

Алюминий является основным элементом, ответственным за изменение свойств связок в значительных пределах, одновременно он снижает температуру спекания связок на 100-150^оС.

Алюминий образует с медью твердые и хрупкие интерметаллиды, которые снижают прочность связки. Так, пpи содержании алюминия в связке 4 мас.% ее прочность составляет 29,5 кг/мм², а при содержании алюминия 20,0 мас.% - 16,0 кг/мм².

Содержание алюминия более 20,0 мас.% нежелательно из-за значительного падения прочности связки, а при содержании алюминия менее 4,0 мас.% его влияния на свойства связки практически незаметно.

Свинец улучшает антифрикционные и противозадирочные свойства связки, выполняют роль твердой смазки. Влияние свинца становится заметным при введении его в связку не менее 5,0 мас.%, но так как свинец также снижает прочность связки, он вводится в количестве не более 8,0 мас.% в дополнение к действию других элементов, вводимых с целью снижения прочности связки.

При снижении прочности связки быстрее вскрываются новые абразивные зерна и, следовательно, самозатачиваемость инструмента улучшается, что способствует улучшению режущих свойств инструмента и повышению производительности обработки.

Инструмент на предлагаемой связке обладает более высокими режущими свойствами, работает в режиме равномерного самозатачивания, шероховатость обработанной поверхности не хуже, чем при обработке инструментом на известной связке. При этом предлагаемая связка имеет невысокую температуру спекания (500-670^оС), а твердость и стойкость больше, чем у известной связки.

Примеры составов связок, использованных для изготовления абразивного инструмента, и некоторые их свойства приведены в табл. 1 и 2.

Изготовление абразивных инструментов осуществляется методом порошковой металлургии по известной технологии.

Смесь из сверхтвердого материла и металлической связки в определенном соотношении загружают в пресс-форму, производят холодное прессование смеси, а затем пресс-форму вместе со смесью нагревают до температуры спекания 500-670^оС, выдерживают 10-15 мин, после чего производят горячую допрессовку изделия в пресс-форме.

Были изготовлены опытные образцы шлифовальных кругов типа 12А2-45^о на предлагаемой связке и известной, в качестве абразива использовали кубический нитрид бора ЛКВ 100/80.

Опытные шлифовальные круги на предлагаемой и известной связках были испытаны в лабораторных условиях на операции плоского шлифования пластин из быстрорежущей стали Р6И5 торцом круга на автоматизированном заточном станке ЗМ642Е.

Из приведенных данных следует, что наилучшими эксплуатационными свойствами обладают круги на составах связки N 2 и 3, так как эти составы обладают наибольшей твердостью, средними значениями прочности, что обеспечивает кругам высокие режущие свойства с достаточно высокой износостойкостью (коэф. шлифования 810 и 790).

Круги на известной связке показали наименьшую вяжущую способность, при этом на обработанной поверхности наблюдались прижоги из-за недостаточной самозатачиваемости кругов.

Шероховатость обработанной поверхности для всех испытываемых кругов отвечает требованиям, предъявляемым к изделиям из быстрорежущей стали и составляет R_а < 0,32 мм.

Были также проведены производственные испытания кругов на предлагаемой связке на операции вышлифовки канавок и заточке концевого быстрорежущего инструмента на заточных полуавтоматах с ЧПУ.

При обработке концевых фрез из быстрорежущей стали Р6М5К5 диаметром 4-8 мм стойкость кругов составила 2000 изделий, тогда как на этой же операции стойкость кругов из боразона, поставляемых вместе со станками фирмой "Walter", ниже в 10-12 раз.

Использование: для изготовления инструментов, содержащих сверхтвердые материалы. Существо изобретения: связка содержит олово, свинец, алюминий, фосфор и медь. Компоненты введены в связку в следующем соотношении, мас.%: олово 15,0 - 18,0; свинец 5,0 - 8,0; алюминий 4,0 - 20,0; фосфор 0,5 - 2,0; медь-остальное. 2 табл.

МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ СВЯЗКА на основе меди, включающая олово, свинец и алюминий, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит фосфор, а компоненты связки выбраны в следующем соотношении, мас.%:
Олово - 15,0 - 18,0
Свинец - 5,0 - 8,0
Алюминий - 4,0 - 20,0
Фосфор - 0,5 - 2,0
Медь - Остальное