Связка для изготовления алмазного инструмента Российский патент 2024 года по МПК B24D3/06 

Изобретение относится к инструментальному производству и может быть использовано для изготовления алмазных абразивных инструментов с металлическими связками преимущественно методом порошковой металлургии.

Известна связка по патенту US 8104464 B2 для изготовления алмазных абразивных инструментов методом высокотемпературной пайки. Связку получают из припоя, представляющего собой сплав с аморфным строением. Сплав содержит карбидообразующие металлы, выбранные из группы, включающей вольфрам. Благодаря содержанию карбидообразующих металлов, в том числе вольфрама, связка образует химические связи с зернами алмаза, что обеспечивает прочное закрепление алмазных зерен на рабочей поверхности абразивного инструмента. Недостатком известной связки является недостаточная стойкость к абразивному износу под действием частиц обрабатываемого материала.

Известна связка для изготовления алмазных инструментов по патенту RU 2286242 C1, содержащая кобальт и легирующую добавку в виде нанопорошка. В качестве легирующей добавки используют нанопорошки материалов более твердых, чем кобальт, таких как карбид вольфрама, вольфрам, оксид алюминия, диоксид циркония, карбид ниобия или ультрадисперсные алмазы, покрытые серебром или никелем. Введение в связку нанодисперсного твердого наполнителя приводит к увеличению общей твердости связки, а также к ее дисперсионному упрочнению, в результате повышаются прочность и износостойкость связки. Известно, что вольфрам имеет более высокое химическое сродство к углероду, чем кобальт. Поэтому добавка нанопорошка вольфрама способствует повышению адгезионной активности связки к алмазу. Недостатком известной связки, состоящей из тугоплавких компонентов, является высокая температура спекания, приводящая к деструкции алмазов и ухудшению их режущих свойств. Связка имеет высокую стоимость, так как содержит дорогостоящие нанопорошки.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является связка для изготовления алмазных инструментов по патенту RU 2432250 С2, содержащая кобальт, медь, олово, порошок вольфрама с размером частиц 2-70 мкм и наночастицы вольфрама. Содержание меди и олова обеспечивает спекание связки при сравнительно низкой температуре 780-820°С, что исключает деструкцию алмазов. Микрочастицы и наночастицы вольфрама играют роль твердых наполнителей, повышают общую твердость связки и ее стойкость к абразивному износу. Кроме того, наночастицы вольфрама значительно повышают адгезионную активность связки к алмазу и прочность закрепления алмазов на рабочей поверхности инструмента.

Недостатком известной связки являются высокая ее стоимость, обусловленная высокой стоимостью нанопорошков вольфрама. При обработке некоторых керамических и минеральных материалов связка имеет недостаточную износостойкость.

Задачей изобретения является повышение износостойкости связки и снижение ее стоимости.

Техническим результатом изобретения является повышение твердости связки и исключение из ее состава дорогостоящего нанопорошка вольфрама. Указанный результат достигается тем, что связка для изготовления алмазного инструмента, содержащая кобальт, медь, олово и твердый наполнитель, в качестве твердого наполнителя содержит механически активированный порошок вольфрама при следующем соотношении компонентов, мас.%:

кобальт 52,0-80,0 медь 10,0-23,0 олово 1,0-10,0 вольфрам 9,0-15,0

Вольфрамовый порошок перед введением в связку подвергают механической активации в планетарной шаровой мельнице при центробежном ускорении 15-20 g в течение 60-120 мин.

Для приготовления связки могут быть использованы коммерческие порошки вольфрама с размером частиц 2-200 мкм. При механической активации в центробежной шаровой мельнице происходит измельчение частиц вольфрама до размера 20-500 нм. При этом возрастает удельная поверхность порошкового материала. Пластическая деформация частиц приводит к увеличению количества дефектов кристаллической решетки вольфрама. В результате возрастают свободная энергия и химическая активность порошка вольфрама. В процессе механической активации частицы вольфрама подвергаются наклепу, что увеличивает их твердость.

При введении механически активированного вольфрама в связку повышаются ее твердость и износостойкость по сравнению с прототипом. Стоимость механически активированного порошка вольфрама в 3-4 раза меньше, чем стоимость вольфрамовых нанопопрошков, полученных плазмохимическим способом.

Заявленный технический результат достигается при содержании в связке не менее 9 мас.% механически активированного порошка вольфрама. Содержание вольфрама более 15 мас.% не целесообразно, так как приводит к хрупкости связки и значительному увеличению ее стоимости.

Свойства металлической связки должны соответствовать абразивным, механическим и другим свойствам обрабатываемого материала. В связи с этим, количество всех компонентов связки выбирают таким образом, чтобы получить требуемые характеристики алмазного инструмента.

Ниже приведены примеры осуществления изобретения.

Изготавливают алмазные круги для шлифования архитектурных деталей из природного камня и «искусственного гранита». Состав связки выбирают из таблицы.

К порошковым компонентам связки добавляют алмазы марки АС 160 зернистостью 400/315 мкм (ГОСТ 9206-80) в количестве 25% от объема металлических порошков. Смесь металлических порошков и алмазов уплотняют в пресс-форме и спекают при температуре 800-820°С.

Связка №1 после спекания при 820°С имеет твердость 102-105 HRB. Связка предназначена для обработки материалов при большой силе резания и динамических нагрузках. Благодаря максимальному содержанию кобальта связка является наиболее прочной и наименее хрупкой из представленных в таблице.

Связка №2 после спекания при температуре 800°С имеет твердость 106-109 HRB. Связка предназначена для алмазных инструментов, обрабатывающих «искусственный гранит» и природный гранит с повышенным содержанием кварца. За счет твердости 106-109 HRB связка №2 имеет высокую стойкость к абразивному износу.

Были проведены сравнительные испытания алмазных кругов с предлагаемой связкой и со связкой по прототипу. Шлифовали фасонные кромки на архитектурных деталях из гранита. Износостойкость связок оценивали по изменению размеров кругов после заданного периода шлифования. Сравнительные испытания показали, что предлагаемая связка имеет износостойкость, повышенную в 1,3-1,4 раза по сравнению с прототипом. При этом стоимость предлагаемой связки в 1,4-1,6 раз меньше, чем у прототипа.

Изобретение относится к инструментальному производству и может быть использовано для изготовления алмазных инструментов с металлическими связками преимущественно методом порошковой металлургии. Связка содержит кобальт, медь, олово и твердый наполнитель. В качестве последнего используют порошок вольфрама, подвергнутый механической активации в планетарной шаровой мельнице при центробежном ускорении 15-20 g в течение 60-120 мин. Соотношение компонентов в связке следующее, мас.%: кобальт 52,0-80,0; медь 10,0-23,0; олово 1,0-10,0; вольфрам 9,0-15,0. В результате повышаются твердость связки и ее стойкость к абразивному износу. Повышается износостойкость связки при снижении её стоимости. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Связка для изготовления алмазного инструмента, содержащая кобальт, медь, олово и твердый наполнитель, отличающаяся тем, что в качестве твердого наполнителя содержит механически активированный порошок вольфрама при следующем соотношении компонентов, мас.%:

кобальт 52,0-80,0 медь 10,0-23,0 олово 1,0-10,0 вольфрам 9,0-15,0

2. Связка для изготовления алмазного инструмента по п. 1, отличающаяся тем, что порошок вольфрама подвергают механической активации в планетарной шаровой мельнице при центробежном ускорении 15-20 g в течение 60-120 мин.