Металлическая связка для алмазного инструмента Советский патент 1984 года по МПК B24D3/06 

о 00

00

со

Изобретение относится к изготовл нию алмазных инструментов, в частно ти к составам связок для изготовления алмазных отрезных кругов для резки гранитов и мраморов. Известна металлическая связка для алмазного инструмента, содержащая кобальт, медь и олово ij . Однако инструмент на известной металлической связке изготавливаетс горячим прессованием при температур 1010-1030®С, а следовательно, рассч тан на использование только природн алмазов. Цель изобретения - расширение технологических возможностей .путем снижения температуры спекания Поставленная цель достигается те что металлическая связка для алмазн го инструмента, включающая кобальт, медь и олово, дополнительно содержи хлористый кобальт и гидрид титана или циркония, при этом компоненты взяты в следующем соотногаении, мас. Кобальт 5а,8 - 86,5 Медь8,8 - 32,0 Олово1,2 - 8,0 Гидрид Ti - 3,0 или Zr 0,2 - 0,5 В том случае, когда отрезные кру ги предназначаются для обработки аб разивных материалов, например мрамо ров и гранитов со значительным содержанием кварца, в состав предлагаемой связки целесообразно добавить 12,0-18,0 мас.% карбида хрома. 8 предлагаемой связке кобальт, как основа, обеспечивает высокую прочность н ударную вязкость режущих элементов инструмента. Медь и олово, образуя легкоплавкую бронзу, позволяйт снизить температуру горячего прессования до 750-770с и получить при этом практически беспористые изделия, кроме того, выдавливаясь при горячем прес совании к стенкам графитовой прессформы, экранируют (защищают) ее от взаимодействия с прессуемьм изде лием (со связкой). При содержании меди и олова менее 8,8 и 1,2 мас,% соответственно наблюдается остаточная пористость, снижение физико-механических свойст связки и частичное взаимодействие при высоких температурах (более 900 С) прессуемого изделия с графитом пресс-формы. Предлагаемая связка предназначена для резки как гранитов, так и мраморов, рассчитана на применение природных и синтетических алмазов и изготавливается поэтому в широком интервале температур (750-1025 С). При этом чем ниже температура н,следовательно, въеяе объемная основы, тем большее количество меди и олова приходится добавлять в состав связки, чтобы обеспечить высокую плотность сегментов и защиту их от взаимодействия с графитом. Для самой низкой рекомендуемой температуры изготовления сегментов () необходимо добавлять в связку 32% Си и 8Z Яп.Если это количество увеличить, то наблюдаются избыточные вытеки. Гидриды, введенные в состав связки, разлагаются при нагреве (и выдержке) и выделяют активный атомарный водород, который защищает алмазы (особенно/синтетические) от графитизадии, восстанавливает бескислородную легкоплавкую соль кобальта, например CoCl и окислы на поверхности порошков-пчгредиентов, улучшая образование между ними металлических контактов и взаимную диффузию. Оптимальное количество гидрида титана или циркония 1,0-3,0 мас.%. С уменьшением его содержания количество вьщеляемого водорода может оказаться недостаточным. Увеличение его содержания более 3,0 мас.% также нецелесообразно, так как при этом наблюдается снижение прочности и ударной вязкости связки. Введение в состав связки бескислородной термически устойчивой легкоплавкой соли кобальта, например CoCl2, в количестве 0,2-0,5 мас.% обеспечнв§ет резкое увеличение прочности удержания алмазов в связке и, как следствие, увеличение стойкости алмазного инструмента при силовом резании. Возрастание прочности удержания алмазов обусловлено образованием на их поверхности (на границе раздела алмаз-связка), тонкого химико-адсорбционного металлического слоя, сформированного из химически активных, имеющих избыточную энергию атомов кобальта, образующихся в процессе нагрева при восстановлении расплава бескислородной (л«гкоплавкой) соли, например CoCl , водородом гидрида . Восстановление легкоплавкой соли напГример СоС , в твердой фаэе тормо зится кинематическими трудностями, протекает вяло, н хлористый кобальт плавясь при нагреве при 724 С, растекается по объему изделия, а при на греве (спекании, горячем прессовании и т.п.) - и на поверхность раздела алмаз-связка, где, восстанавливаясь обеспечивает металлизацию поверхности алмазов активными атомами кобальта. Использование в составе предлагаемой связки бескислородной легкоплавкой соли кобальта (а не другого металла, например никеля, или желез обусловлено тем, что кобальт хорошо смачивает алмаз (краевой угол смачи вания близок к сЯ)., не вызывает его графитизации вплоть до 1050-1110 С и не образует карбидов (образование карбидов на границе раздела алмазсвязка снижает прочность их удержания) . Выбор бескислородной термически устойчивой соли обусловлен тем, что кислородсодержащие соединения при высоких температурах способны активировать графитизацию алмазов. Оптимальное количество добавки в связку бескислородной легкоплавкрй соли, например СоС, составляет 0,2-0,5 мас.%, что обеспечивает образование на поверхностях порошков необходимого количества атомных слоев активного кобальта (10-15 слоев). Указанное количество легкоплавкой соли кобальта позволяет образовать слои атомов кобальт только на поверхности порошков, используемых для связки металлов, а также алмазов. Этому способствует также малая длительность процесса спекания связки и относительно невы сокие температуры, принятые при изготовлении алмазного инструмента. С уменьшением количества СоС менее 0,2 мас.% стойкость отрезных кругов начинает заметно уменьшаться (при содержании СоС 0,18 мас,% износ увеличивается на 10-15%). С увеличением содержания СоС1 более 0,5 мас.% стойкость отрезных кругов изменяется мало. Карбид хрома в количестве 1218 мас.% вводят в состав связки для повышения ее прочности и твердости в том случае, когда отрез сые круги предназначены д.пя силового резашия мраморов, гранитов, содержащих значительное количество кварца. Однако с увеличением содержания более 18 мас.% ударная вязкость связки уменьшается настолько, что инструмент, например сегменты отрезньйх кругов, в условиях динамических нагрузок начинает разрушаться. При содержании менее 12 мас.% износостойкость инструмента недостаточна. Алмазосодержащие режугаие элемеиты, например сегменты отрезных кругов, на предлагаемой связке изготавливают из исходных порошков-ингредиентов методом горячего прессования. Исходные порошки, взятые в нужном соотношении, смешивают в шаровой мельнице типа пьяная Точка со стальными шарами диаметром А-10 мм. Время смешивания 1,5-2 ч при соотношении веса шихты к весу шаров I:3. Приготовленную шихту-связку смешивают с алмазами (или гранулируют иа них) и прессуют при давлении « 2 тс/см в заготовки сегментов. За готовки подвергают горячему прессованию при 750-1025 0 и давлении 250300 кг/см в течение 2-5 мин. Дпя изготовления алмазного инструмента для резания гранита и мрамора можно рекомендовать следующие варианты состава связки (мас.%): для резки мраморов крепких и средней прочности (например, Газганского и Уфалейского месторождений) - Со. 58,8; Си 32,0; Sn 8,0; TiH, 1,0; ,2 температура изготовления 770t20 c); (для резки мягких мраморов (напри- мер. Коелгинского месторождения) - Со 73,0; Си 20,0; Sn 4,65; ZrHg 2,0; 0,35 ( температура изготовления 850120 С); для резки лабродаритов, габбро и т.п.. материа- лов Со 86,5; Си 8,8; Sn 1,2; TiHg 3,0; CoCl 0,5 (температура изготовления 1000i:20°C); для резки мраморов с включениями кварца Со 62,5; Си 20,0; Sn 4,0; TiH IfO; CoCl2 0,5; 12,0 температура изготовления 900120°C); для резки легкообрабатываемых гранитов (например, Жежелевского месторождения) Со 64,0; Си 15,0; Вп 2,65; TiHg 3,0; CoCl20,35; 15,0 температурй изS10889196

л{ 909ллмия 970120 C); для резкии гранитов. Испытаны сегментные

трудяообрвбатываемых гранитов (напри-круги диаметром 500 мм, оснащенные

мер, Янцевского месторождеиия) -природными алмазами зернистостью

Со 69,8{ Си 8,8; Sn TiH-j 2,0;500/АОО и 630/500 при концентрации

CoClj 0,2; Сй)С218,0.550%, отрезной круг со связкой М50

Эксплуатационные свойства алмазных отрезных кругов на предлагаемой связке оценены в лабораторных и промышленных условиях при реэке мраморов

(базовый объект) и отрезной круг со связкой Ml (базовый объект).

Результаты испытаний приведены в

таблице.

МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ СВЯЗКА ДЛЯ АЛМАЗНОГО ИНСТРУМЕНТА, содержап5ая кобальт, медь и олово, о т л и ч а ю щ а я с я тем,что, с целью расши- рения техологических возможностей путем снижения температуры спекания, . она дополнительно содержит хлористый кобальт и гидрид титана или циркония, при этом компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%: 58,8 - 86,5 Кобальт 8,8 - 32,0 Медь 1,2 - 8,0 Олово Гидрид титана 1,0-: 3,0 или циркония Хлористый 0,2 - 0,5 кобальт (Л с

Предлагаемая

Со 58,8; Си 32,0; TiH .0,2; Sn 8,0,

Си 73,0; Си 20,0; Sn 4 ZrHg 2,0; CoCl20,35

Со 86,5; Си 8,8; Sn 1, TiHj2 3,0; CoCl20,5 Co 62,5; Cu 20,0; Sn 4 TiH2 1,0; CoCl2 0,5; .2 12,0

Co 64,0; Cu 15,0; Sn 2 TiHg 3,0; CoClg 0,35; , 15,0

Co 69,8; Cu 8,8;

; TiHg 2,0; ,2; CrjCg 18,0

Гранит Янцевского месторождения

Мрамор Коелгинзовая) ского и Уфалейского месторождений

Гранит Вуоксинского месторождения ...

Грани Янцевского месторождения..... ОКРУГИ испытаны в промышленных условиях (не в лабораторных условиях).

0,035

1000

0,04

1000

5000,5

700-8000,15

500-6001,5

450-5501,6-1,8

200-250 2,4-2,8

0,07

1000

450-550 3,5-3,6

200-250 5,4-5,8 отмеченные звездочкой

710889198

Из приведенных данных видно, чтов снижении расхода алмазов при реза

стойкость отрезных сегментных круговнии.

на предлагаемой связке при резкеИспользование предлагаемой саязмраморов и гранитов в 2 раза вьвпе,ки позволяет расширить технологичен у кругов на базовых связках5 ческие возможности инструмента (резМ50 и Ml.ка гранита, мрамора), а также сни/Экономическая эффективность отвозможность использовать наряду с

внедрения изобретения заключается.природными алмазами и синтетические, зить температуру спекания, что дает