Способ изготовления алмазного инструмента Советский патент 1980 года по МПК B24D3/00 B24D17/00 

(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АЛМАЗНОГО ИНСТРУМЕНТА

1

Изобретение относится к области изготовления алмазного инструмента и может быть использовано, в частности, при изготовлении сверл для сверления бетона и железобетона и буровых коронок из синтетических алмазов.

Известен способ изготовления алмазного инструмента, в котором пропитку прессованной шихты проводят двухкомпонентным сплавом, состоящим из 80%-ного тугоплавкого компонента - меди ,и 20%-ного легкоплавкого компонента - олова 1.

Недостатком этого решения является невозможность уменьшить температуру пропитки данным сплавом.

Так, пропитка сплавом, содержаш.им 80% меди и 20% олова (бронзой), происходит при 1050°С, а в качестве абразива применяются природные алмазы.

Однако изготовить высококачественный инструмент этим способом из синтетических алмазов невозможно. Синтетические алмазы без заметной потери прочности выдерживают нагревание только до 850-900°С. Если прочность кристаллов систетических алмазов при 25°С принять за 100%, то при 900°С их прочность составит 98,5%, при 1000°С - 68%, а при 1000°С - 43,5%.

При пропитке синтетических алмазов при 1050°С инструмент значительно потеряет свою работоспособность из-за потери проч. ности зерен алмаза.

Можно произвести пропитку сплавом медь-олово с повышенным содержанием олова, имеющим температуру плавления ниже 850°С. Однако, такой сплав обладает повышенной хрупкостью, в результате чего связка, полученная пропиткой таким сплавом, также будет иметь высокую хрупкость. Кроме того, развивающаяся в процессе работы алмазного инструмента высокая температура (порядка 800°С при алмазном сверлении бетона) вызовет расплавление связки и выпадание алмаза.

По этой ее причине неприменимы для изготовления алмазных инструментов методом пропитки низкотемпературные сплавы, например, типа ПОС (ГОСТ 1499-54), не содержащие в своем составе таких тугоплавких компонентов, как медь, никель, железо и т. п. Механическая прочность этих сплавов мала, а низкая температура плавления является причиной расплавления связки в процессе работы алмазного инструмента и выпадания алмазов. Целью изобретения является изготовление инструмента из синтетических алмазов путем снижения температуры пропитки при сохранении или превышении жаропрочных свойств связки и эксплцатационных свойств инструмента. Цель достигается тем, что в многокомпонентом сплаве уменьшают содержание тугоплавких компонентов до достижения температурыплавления 750-800°С, а перед гранулированием тугоплавкие компоненты в количестве, превышаюш;ем разность между исходными и уменьшенным их содержанием в 1,2-8,0 раз, в виде порошка смешивают с нагГолнителем, при этом пропитку осуществляют при температуре 850-880°С. При этом жидкий сплав, пропитывая спрессованную смесь, взаимодействует с порошком замешенных ранее тугоплавких компонентов, которые растворяются в сплаве. В результате этого повышается температура плавления силава, и его механические свойства приближаются к свойствам исходного сплава. Таким образом, несмотря на то, что пропитка происходит при 850°С, свойства пропитанной связи получаются выше, чем при пропитке сплавом с температурой плавления свыше 1000°С. Замешивание тугоплавких компонентов в количестве, равном разности между исходным и уменьшенным содержинем в сплаве, приводит к тому, что физико-механические свойства связки (ударная вязкость, прочность на изгиб) существенно снижается. Увеличение же разности более, чем в 8,0 раз, приводит к резкому уменьшению твердости до 20 ед. HRC и менее, что также является нежелательным. Этими причинами и обусловлены выбранные количества тугоплавких компонентов, смешиваемых с наполнителем. Инструмент, изготовленный из природных алмазов, гранулированных наполнителем-порошком твердого сплава типа ВКЮ и пропитанный исходным сплавом состава: медь - 80%, олова - 20%, при 1050°С обладает высокими эксплуатационными свойствами. Для применения синтетических алмазов вместо природных необходимо снизить температуру пропитки до 850 -880°С. Для выполнения этого в исходном многокомпонентом сплаве уменьшают содержание тугоплавкого компонента, т. е. меди. Сплавы такого состава обычно хрупкие и, если ими непосредственно пропитывать порошок ВКЮ, то инструмент будет неработоспособен из-за своей хрупкости. Поэтому медь в количестве, превышаюшей разность между исходным и уменьшенным состоянием в сплавах, в виде порошка смешивают с наполнителем-порошком ВКЮ. Затем зерна синтетических алмазов гранулируют полученной смесью ВКЮ + медь, прессуют в прессформе и подвергают пропитке указанным сплавом. В процессе пропитки жидкая фаза контактирует с мелкими частицами замещенного ранее порошка меди и взаимодействует с ними. В результате этого сплав обогащается медью, его свойства приближаются к свойствам состава, в котором содержится 80% меди и 20% олова. Или это соотношение изменяется в сторону увеличения содержания меди. Непрореагированная медь является пограничным слоем, и следовательно, дополнительным источником повышения прочности и ударной вязкости. Пример . Для изготовления инструмента готовят сплав с уменьшенным по сравнению с известным составом содержанием меди: Си - 71%, Sn - 29%; этот сплав в соответствии с диаграммой состояний имеет температуру плавления 750°С (при пропитке предусматривается перегрев на ЮОС). Разность между исходным и уменьшенным содержанием меди в сплавах Л 80 - 71 9%. С наполнителем смешивают 12% меди. Этой смесью гранулируют алмазные зерна. Превышение этой разницы всего в 1,2-1,3 раза обеспечивает существенное повышение физико-механических свойств (а 0,244 кгм/ см, 6 73,4 кг/мм2 по сравнению с исходными:.а 0,130 кгм/см2, и (S 58,2 кгм/мм при сохранении высокой твердости 30-35 ед HRC. Таким образом, содержание меди в пропитанном образце составляет 71 + 9 + -4- 3 83%. Пример 2. Готовят состав сплава с уменьшенным по сравнению с прототипом содержанием меди: Си - 78%, Sn - 22%, температура плавления сплава 800°С, температура пропитки этим сплавом 880°С. Разность между исходным и уменьшенным содер жанием Д 80 - 78 2%. В пропитанном образце содержание .меди 86,4%, что соответствует превышению разности между исходным и уменьшенным содержанием меди в сплавах в 4,2 раQnоо- аУдарная вязкость и прочность на изгиб повышаются в еще больщей степени и составляют соответственно 0,280 кгм/cм и 85,4кг/. /мм2 при твердости 25-80 ед. HRC. Пример 3. Для достижения больших величин ударной вязкости и прочности на изгиб изготавливается инструмент, в котором содержание меди составляет 94 вес. % (в пропитанном состоянии). Содержание меди и олова в исходном сплаве и сплав с уменьщенным содержанием меди соответствует примеру 2. В этом случае достигается превыщение разности между исходным и уменьшенным содержанием меди, равное ff-i-MPв этом случае предварительные испытания дают основание считать, что ударная вязкость инструмента, изготовленного таким способом, составит 0,330 кгм/см, а предел прочности на изгиб - 98,0 кгс/мм, однако твердость - всего около 20 ед. HRC, поэтому такой инструмент требует специфических условий для успешного применения. Большое превышение разности между исходным и уменьшенным содержанием нецелесообразно вследствие очень малой твердости. Формула изобретения Способ изготовления алмазного инструмента, при котором алмазные зерна гранулируют порошком наполнителя, прессуют и пропитывают многокомпонентным сплавом, содержашим тугоплавкие и легкоплавкие компоненты, отличающийся тем, что, с целью изготовления инструмента из синтети48ческих алмазо-в путем снижения температуры пропитки без ухудшения качества инструмента, в многокомпонентном сплаве уменьшают содержание тугоплавких компонентов до достижения темперутары плавления 750- 800°С, а перед гранулированием тугоплавкие компоненты в количестве, превышающем разность между исходным и уменьшенным их содержанием в сплаве в 1,2-8 раз в виде порошка смешивают с наполнителем, при этом пропитку осуш,ествляют при температуре 850-880°С. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент Франции № 2037742, кл. В 24 D 3/00, опублик. 1975.