Металлическая связка Советский патент 1981 года по МПК B24D3/06 

(54) МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ СВЯЗКА Изобретение относится к области изготов ления инструмента из высокотвердых материалов, в частности к связкам для инструмента из алмаза (типа СВСП) или нитрида бора (типа эльбора -Р, белбор, ПТНБ), изготовляемого методом пропитки металлическйм расплавом каркаса из тугоплавких порошков,, в том числе инструмента для бурения скважин. Известна металлическая связка для изготовления алмазного инструмента (1,имеющая следующий состав, мас.%: Медь0,5-19 Металл, выбранный из группы олово, кремний0,1 Металл, выбранный из группы титан,хром, цирконий0,001-0,5 Металл, выбранный из группы железо, никель, кобальт1,5-30 Фосфор 0,05-0,5 Марганец 0,25-10 Карбид вольфрама Остальное Эта связка имеет следующие недостатки: 1.Необходимость проведения дополнительной технологической операции - металлизации высокотвердого материала; 2.Взаимодействие переходных металлов (титан, цирконий и т. д.) с компонентами газовой среды (водородом остаточным кислородом и азотом) при пропитке резко ухудшает смачивание высокотвердого материала; 3.Высокая температура пропитки из-за низкого содержания меди. Такая температура приемлема для природных алмазов, но для синтетических высокотвердых материалов чрезмерна. Целью изобретения является создание связки для бурового инструмента из высокотвердых материалов обеспечивающей повышение стойкости инструмента за счет улуч щения смачивания высокотвердого материала, повышение технологичности за счет снижения температуры изготовления инструмента. Поставленная цель достигается тем, что в связку, содержащую карбид вольфрама, металл подгруппы железа (кобальт, никель, железо), медь, олово, марганец, вводят высшие силициды переходных металлов IV- VI групп, например, дисилициды титана, хрома , молибдена при следующем содержании компонентов в связке, мае. %: Медь25-40 Металл, выбранный из группы железо,кобальт, никель1 -10 Марганец0,25-5 Олово0,25-5 Дисилициды переходных металлов, выбранные из группы дисилицидов титана, хрома, молибдена0,1-2 Карбид вольфрама Остальное Дисилициды переходных металлов в контакте с расплавом на основе медь-металл подгруппы железа-марганец растворяются в расплаве с выделением атомов переходного металла и кремния. Атомы переходных металлов диффундируя в расплаве к поверхности высокотвердых материалов на основе алмаза или кубического нитрида бора, взаимодействуют с ними с образованием переходного слоя карбидов (по алмазной поверхности) или боридов и нитридов (по поверхности кубического нитрида бора), тем самым обеспечивая смачивание расплавом высокотвердых материалов. Высшие силициды в частности дисилициды титана, хрома, молибдена, циркония, термодинамически устойчивы (не разлагаются при нагреве до температуры изготовления и не взаимодействуют с компонентами газовой среды, в частности не окисляются). Поэтому при введении дисилицидов в каркас из тугоплавких порошков переходные металлы находящиеся в устойчивых соединениях, вплоть до начала пропитки каркаса расплавившимся металлическим сплавом предохраняются от взаимодействия с компонентами газовой среды, тогда как при введении в каркас порошков переходных металлов в чистом виде или при введении этих металлов в предварительно приготовленный пропитывающий сплав в течение длительного периода разогрева указанные металлы подвергаются окислению, гидрированию, азотированию и тем самым теряют свою способность смачивать высокотвердые материалы. Выделяющийся из дисилицидов при рас створении их в расплаве кремний входит в состав расплава, улучшая его свойства (повышает жидкотекучесть сплава и увеличивает твердость связки). Пределы введения компонентов связки обусловлены следующим. Медь - основной компонент расплава, определяющий температуру изготовления инструмента и в значительной мере его свойства (твердость и т. д.). При содержании меди 25 мае. % температура изготовления инструмента выще допустимой для синтетических высокотвердых материалов (1000-1100°С); при содержании меди более 40% связка не будет обладать достаточной твердостью. Металлы подгруппы железа служат как для повышения механических свойств связки, так и для растворения дисилицидов. При содержании менее 1% их влияние на свойства связки не сказываются при повышении их количества более связка становится очень тугоплавкой. Марганец способствует снижению температуры изготовления инструмента и растворению силицидов. При наличии его менее 0,25% действие его незаметно; при введении марганца более 5% связка становится излишне склонной к окислению. Олово также снижает температуру пропитки при изготовлении инструмента. Однако при содержании его более 5% ухудшается смачивание карбида вольфрама металлическим расплавом, при введении его менее 0,25% действие олова не сказывается. Дисилициды переходных металлов способствуют смачиванию связкой высокотвердых материалов. Так как для смачивания поверхности высокотвердых материалов достаточно образования переходных слоев толшиной в десятки ангстрем то количество дисилицидов не должно быть значительным, а присутствие в связке некоторого количества переходных металлов и кремния улучшает ее прочность и повышает жидкотекучесть расплава. В то же время при введении в каркас значительных количеств растворяющегося материала (дисилицидов) имеет место усадка при пропитке и потеря размеров инструмента. Поэтому введение дисилицидов в количестве более 2% нецелесообразно, менее 0,1% не влияет на свойства связки. Карбид вольфрама - основной элемент связки определяющий ее механические свойства. Его содержание зависит от количества других компонентов и практически составляет 40-70%. Пример 1. Буровые коронки диаметром 59 мм из эльбора - Р были изготовлены на связке состава, мае. %; меди 33; железа 1; марганца 0,25; олова 5; дисилнцида титана 0,1; карбида вольфрама - остальное. Изготовление велось пропиткой каркаса из порошковкарбида вольфрама, дисилицида титана и заготовок эльбора - Р расплавом, содержащим медь железо, олово и марганец при 1050°С в водородной печи. Время разогрева - 50 мин, выдержка при пропитке 10 мин. Пример 2. Буровые коронки диаметром 59 и 76 мм из СВСП были изготовлены на связке состава, мае. %: меди 40; кобальта 4; марганца 1,5; олова 2,5; дисилицида молибдена 1,0; карбида вольфрама - остальное. Изготовление велось пропиткой каркаса из порошков карбида вольфрама, кобальта и дисилицида молибдена а также заготовок СВСП расплавом, включающим медь, марганец, олово при температуре 1020°С в водородной печи. Время разогрева 60 мин, выдержка йри пропитке - 10 мин. Пример 3. Буровые коронки диаметром 59 мм из СВСП были изготовлены на связке состава, мае. %: меди 25; кобальта 5; никеля 5; олова 0,25; дисилицида хрома 2; карбида вольфрама - остальное. Изготовление велось пропиткой каркаса из порошков карбида вольфрама, кобальта дисилицида хрома и заготовок СВСП расплавом, включающим медь,, никель, марганец, олово при температуре 1100°С в водородной печи: Время разогрева - 50 мин, выдержка при пропитке 10 мин. Были также изготовлены коронки диаметром 59 мм из СВСП на известной связке 1 состава, мае. %: меди 19; олова 1; кремния 1; хрома 0,5; кобальта 5; никеля 5; фосфора 0,25; марганца 8; карбида вольфрама - остальное. Изготовление велось пропиткой каркаса из порошков карбида вольфрама, кобальта и предварительно хромированных заготовок СВСП расплавом, содержащим медь, никель, марганец, олово, кремний, фосфор и часть хрома при температуре 1150°С в водородной печи при подъеме температуры 60 мин и выдержке при пропитке 10 мин. Коронки, изготовленные из СВСП в соответствии с примером 2, были испытаны в сравнении с коронками, изготовленными на известной связке и стандартной связке № 50 из этого же материала. Анализ результатов испытаний показывает, что при эксплуатации в одинаковых условиях по стойкости (проходке на коронку) коронки на связке с дисилицидами превосходят коронки на известной связке и на стандартной связке на 20% вследствие того, что в коронках на связке с дисилицидами не нарушалась структура СВСП, сохранялись физико-механические свойства, тогда как при применении стандартных связок имели место вышеуказанные явления. Кроме того поликристаллы СВСП лучше удерживались в матрице на связке с дисилнцидами. Формула изобретения Металлическая связка, преимущественно для изготовления инструмента из алмаза или кубического нитрида бора,содержащая карбид вольфрама, один из металлов VIII группы периодической системы, медь, олово и марганец, отличающаяся тем, что, с целью повышения стойкости инструмента и технологичности его изготовления, в связку дополнительно введен один из дисилицидов переходного металла IV-VI групп периодической системы при следующем соотношении компонентов мае. %: Медь25-40 Один из металлов VIII группы периодической системы (железо, кобальт, никель) 1 -10 Марганец0,25-5 Олово0,25-5 Один из дисилицидов переходного металла IV-VI групп периодической системы (титан, молибден, хром) Q1-2 Карбид вольфрамаОстальное Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 572371, кл. В 24 D 3/06, 1975.