ШИХТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВЕРХТВЕРДОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 1997 года по МПК C04B35/5831 

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к составам шихты для получения сверхтвердых материалов в аппаратах высокого давления и температуры, и может найти применение в машиностроении при производстве лезвийного режущего инструмента.

Известен материал [1] который состоит из кубического нитрида бора и меднотитановых или медноциркониевых интерметаллических соединений из группы: Ti₂Cu, TiCu, Ti₂Cu₃, TiCu₃, Zr₂Cu, ZrCu, Zr₂Cu₃, ZrCu₃ при следующем соотношении компонентов, мас. кубический нитрид бора 65-90, интерметаллические соединения 10-35. Однако этот материал имеет невысокие режущие свойства при точении закаленной стали твердостью HRC 60, причем наблюдаются сколы и микротрещины.

Наиболее близким техническим решением является шихта для получения сверхтвердых композиционных материалов [2] послойно содержащая смесь связующего из интерметаллидов меди и титана CuTi₃, CuTi и алюминийсодержащий компонент, абразивную смесь, включающую кубический нитрид бора и слой подложки. Однако пластины из композитов, полученных из шихты прототипа, при тяжелых режимах резания, например, при черновой обработке закаленных сталей, имеют большой относительный износ.

Задачей изобретения является повышение режущей способности.

Поставленная задача достигается тем, что шихта послойно содержит смесь связующего из интерметаллидов меди и титана CuTi₃, CuTi с добавкой алюминидов меди и титана CuAl₂, Cu₉Al₄, TiAl, TiAl₃ в количестве 1-80% от веса смеси связующего, абразивную смесь порошков кубического нитрида бора с добавкой порошка безвольфрамового твердого сплава состава ТН 20-ТН40 зернистостью 1-2 мкм в количестве 1-10% от массы абразивной смеси и дополнительно слой безвольфрамового твердого сплава состава ТН20-ТН40 при следующем соотношении компонентов шихты, мас.

Смесь связующего 10-25
Абразивная смесь 25-30
Безвольфрамовый твердый сплав 50-60
Шихта содержит три слоя: слой связующего, абразивный слой и слой, содержащий безвольфрамовый твердый сплав.

Слой связующего из смеси интерметаллидов меди и титана CuTi₃, CuTi и алюминидов меди и титана CuAl₂, Cu₉Al₄, TiAl, TiAl₃, взятых в соотношении, мас.

Алюминиды меди и титана CuAl₂, Cu₉Al₄, TiAl, TiAl₃ 1-80
Интерметаллиды меди и титана CuTi₃, CuTi Остальное
при воздействии высокого давления и достижения температуры ликвидуса хорошо смачивают кубический нитрид бора. Такой фазовый состав связующего обеспечивает как прочный спай кубического нитрида бора со связкой, так и высокую вязкость композиционного материала, получаемого из предлагаемой шихты, повышает прочностные свойства композитов и режущие свойства пластин из композитов. Экспериментально установлено, что содержание алюминидов меди и титана CuAl₂, Cu₉Al₄, TiAl, TiAl₃ мене 1% не дает положительного эффекта, более 80 мас. повышает хрупкость материала, понижая процент выхода годных композитов.

Абразивный слой содержит смесь порошков кубического нитрида бора и порошка безвольфрамового твердого сплава состава ТН20-ТН40 зернистостью 1-2 мкм. Безвольфрамовые твердые сплавы состава ТН20-ТН40 сами имеют высокие физико-механические свойства и износостойкость, а в готовом композите равномерно распределенные зерна безвольфрамового твердого сплава состава ТН20-ТН40 обеспечивают эффект дисперсионного упрочнения связующего композита, тем самым повышая его прочностные и режущие свойства. Состав и физико-механические свойства безвольфрамовых твердых сплавов ТН20, ТН30, ТН40 приведены в табл. 1.

Порошок безвольфрамового твердого сплавов ТН20-ТН40 имеет дисперсность 1-2 мкм. Уменьшение размера зерна ниже 1 мкм экономически нецелесообразно, а увеличение выше 2 мкм осложняет задачу дисперсионного упрочнения связующего и приводит к снижению режущих свойств композитов. Содержание порошка безвольфрамового твердого сплава состава ТН20-ТН40 в абразивной смеси менее 1% не оказывает заметного положительного влияния, более 10% уменьшает режущие свойства композитов, по-видимому, за счет уменьшения вязкости связующего композита.

Дополнительный слой безвольфрамового твердого сплава состава ТН20-ТН40 способствует значительному улучшению режущих свойств и уменьшению себестоимости композитов, получаемых из предлагаемой шихты. Наличие этого слоя обеспечивает хороший отвод тепла в процессе резания, позволяет повысить стойкость резцов, особенно при тяжелых режимах резания. Наличие в абразивном слое компонентов дополнительного слоя, а именно порошка безвольфрамового твердого сплава ТН20-ТН40 обеспечивает консолидацию этих слоев.

Шихта содержит три слоя при следующем соотношении, мас.

Слой связующего из смеси интерметаллидов меди и титана CuTi₃, CuTi и алюминидов меди и титана CuAl₂, Cu₉Al₄, TiAl, TiAl₃ 10-25
Абразивный слой из смеси порошков кубического нитрида бора и безвольфрамовых твердых сплавов состава ТН20-ТН40 30-25
Слой безвольфрамового твердого сплава состава ТН20-ТН40 60-50
Такое количественное и качественное содержание слоев шихты обеспечивает высокие режущие свойства сверхтвердого композиционного материала, получаемого из предлагаемой шихты. Практически установлено, что уменьшение содержания смеси связующего менее 10% и увеличение содержания абразивной смеси более 30% ведет к повышению хрупкости. Повышение содержания смеси связующего более 25% и снижение содержания абразивной смеси ниже 25% понижает износостойкость композитов, полученных из этой шихты, при обработке закаленных сталей. Уменьшение содержания безвольфрамового твердого сплава состава ТН20-4ТН40 менее 50 мас. нецелесообразно из экономических соображений, а увеличение содержания более 60 мас. ограничивает области применения режущих пластин композитов, полученных из этой шихты.

Пример В катлинитовый контейнер чечевицу камеры высокого давления в цилиндрическое отверстие, которое представляет собой реакционный объем, помещают первую нижнюю пластину нагревателя, выполненную в форме таблетки, диаметр которой равен диаметру отверстия в чечевице. На пластину нагревателя в чечевицу камеры высокого давления помещают токопроводящий формообразующий вкладыш из графита, выполненный в виде цилиндра с внутренним отверстием, соответствующим формам многогранных пластин для режущего инструмента. В формообразующем вкладыше в контакте с пластиной нагревателя располагают спрессованную смесь связующего из интерметаллидов меди и титана CuTi₃, CuTi, и алюминидов меди и титана CuAl₂, Cu₉Al₄, TiAl, TiAl₃. На нее помещают абразивную смесь порошков кубического нитрида бора и безвольфрамового твердого сплава состава ТН20-ТН40. На абразивную смесь в формообразующий вкладыш укладывают безвольфрамовый твердый сплав состава ТН20-ТН40. Сверху на формообразующий вкладыш помещают вторую верхнюю пластину нагревателя, выполненную также в форме таблетки с диаметром, равным внешнему диаметру формообразующего вкладыша. Заполненную чечевицу помещают в аппарат высокого давления и температуры и подвергают действию давления ≈ 30 кбар и температуры, достаточной для расплавления связующего. После изотермической выдержки 10-20 с, понижения давления до атмосферного, а температуры до комнатной, получают композит. Изменяя количество смеси связующего от 10 до 25 мас. абразивной смеси от 30 до 25 мас. и безвольфрамового твердого сплава состава ТН20-ТН40 от 60 до 50 мас. а также количество алюминидов меди и титана CuAl₂, Cu₉Al₄, TiAl, TiAl₃ в связующем от 1 до 80 мас. и количество безвольфрамового твердого сплава состава ТН20-ТН40 в абразивной смеси от 1 до 10% получают составы шихты, представленные в табл. 2 и 3. В табл. 2 и 3 приведены составы предложенной шихты для изготовления сверхтвердого композиционного материала и относительный износ пластин из композитов, полученных из этой шихты, в сопоставлении со сверхтвердым композиционным материалом, полученным из шихты известного состава.

Режущие свойства сверхтвердого композиционного материала определяли при черновой обработке стали Х Г HRC 60. Износ пластин по задней поверхности измеряли на микроскопе МИМ-10. Как следует из приведенных в таблицах данных, предложенная шихта обеспечивает в сравнении с шихтой известного состава значительное уменьшение относительного износа: резцы, полученные из шихты прототипа, показывают относительный износ h_з/L ≈ 0,03, резцы из композитов, полученных из предлагаемой шихты, показывают относительный износ h_з/L до 0,006. Повышение режущей способности инструмента и понижение его себестоимости обеспечивают высокую степень конкурентоспособности режущих пластин из композитов, получаемых из предлагаемой шихты.

Использование: изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к составам шихты для получения сверхтвердых материалов, при высоких давлениях и температурах. Сущность изобретения: шихта послойно содержит смесь связующего из интерметаллидов меди и титана CuTi₃, CuTi и алюминидов меди и титана CuAl₂, Cu₉Al₄, TiAl, TiAl₃; абразивную смесь порошков кубического нитрида бора и безвольфрамового твердого сплава состава ТН - 20 ТН 40 и слой безвольфрамового твердого сплава состава ТН 20 - ТН 40 при следующем соотношении компонентов шихты, мас.%: смесь связующего 10-25, абразивная смесь 25-30, безвольфрамовый твердый сплав 50-60. Предлагаемая шихта может быть использована для получения сверхтвердых композиционных материалов, применяемых в машиностроении при производстве лезвийного режущего инструмента. 3 табл.

Шихта для изготовления сверхтвердого композиционного материала, послойно содержащая смесь связующего из интерметаллидов меди и титана CuTi₃, CuTi и алюминийсодержащий компонент, абразивную смесь, включающую кубический нитрид бора, и слой подложки, отличающаяся тем, что в качестве алюминийсодержащего компонента связующее содержит алюминиды меди и титана CuAl₂, Cu₉Al₄, TiAl, TiAl₃ в количестве 1 80% от массы смеси, абразивная смесь дополнительно содержит порошок безвольфрамового твердого сплава состава ТН 20-ТН 40 зернистостью 1 2 мкм в количестве 1 - 10% от массы абразивной смеси, а слой подложки выполнен из безвольфрамового твердого сплава ТН 20 ТН 40 при следующем соотношении компонентов шихты, мас.

Смесь связующего 10 25
Абразивная смесь 25 30
Безвольфрамовый твердый сплав 50 60е