Шихта связки для изготовления алмазоабразивного инструмента

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ШИХТА СВЯЗКИ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АЛМАЗОАБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Кузей Анатолий Михайлович Францкевич Алла Владимировна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Физикотехнический институт Национальной академии наук Беларуси(57) Шихта связки для изготовления алмазоабразивного инструмента, включающая порошок меди и порошок, по крайней мере, одного из металлов группы железа, отличающаяся тем, что дополнительно содержит углерод и, по крайней мере, один из оксидов металлов, выбранных из группы, включающей , , 23,и , при следующем соотношении компонентов, мас.порошок меди 4-25 порошок металла группы железа 60,0-95,5 углерод 0,4-10,0 оксид металла 0,1-5,0. Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении инструмента, а именно алмазоабразивного, применяемого для обработки твердых сплавов, закаленной стали, инструментальной керамики. Известна шихта связки для изготовления алмазоабразивного инструмента 1, состоящая из порошков железа и никеля, при следующем соотношении компонентов в шихте связки, мас.железо 64 никель 36. Недостатками известной шихты связки являются высокие температуры и длительность спекания, необходимые для образования связки алмазосодержащего композиционного материала. Окисление компонентов при высокотемпературном спекании шихты связки снижает прочностные характеристики алмазосодержащего композиционного материала, что приводит к повышенному его износу и росту удельного расхода алмаза. 14016 1 2011.02.28 Наиболее близкой к заявляемому техническому решению является шихта связки для изготовления алмазоабразивного инструмента 2, состоящая из железа, никеля, олова,меди, при следующем соотношении компонентов в шихте связки, мас.железо 51 никель 9 медь 32 олово 8. Недостатком известного технического решения является высокий удельный расход алмаза при обработке сверхтвердых материалов, обусловленный низкими прочностными характеристиками алмазосодержащего композиционного материала. При спекании шихты связки окисление поверхности частиц меди (железа, никеля) подавляет растекание олова и его взаимодействие с медью (никелем, железом), что снижает прочностные характеристики связки и алмазоудержание. В процессе шлифования сверхтвердых материалов из такой связки выкрашиваются отдельные частицы металлов, не связанные друг с другом. Это снижает алмазоудержание, что приводит к выкрашиванию алмазных зерен из связки и повышенному удельному расходу алмаза. Задачей изобретения является повышение эксплуатационных характеристик алмазосодержащего композиционного материала, а именно снижение удельного расхода алмаза. Поставленная задача решается тем, что шихта связки для изготовления алмазоабразивного инструмента, включающая порошок меди и, по крайней мере, порошок одного из металлов группы железа, дополнительно содержит углерод и, по крайней мере, один из оксидов компонента шихты, при следующем соотношении компонентов в шихте, мас.медь 4,0-25,0 металл группы железа (железо, никель, кобальт) 60,0-95,5 углерод 0,4-10,0 оксид металла (, , 23, , ) 0,1-5,0. Сущность предлагаемого изобретения заключается в повышении степени взаимодействия между компонентами шихты связки при спекании и за счет этого достижении более высокого уровня физико-механических и эксплуатационных характеристик инструмента. Введение в состав шихты связки углерода и оксидов металлов в процессе ее спекания приводит к восстановлению последних и образованию ультрадисперсной суспензии, состоящей из расплава, частиц металла и остатков углерода. Выделяющийся в процессе спекания шихты монооксид углерода способствует интенсивному перемешиванию расплава,который при этом хорошо смачивает восстановленную поверхность частиц металла и равномерно растекается между ними по всему объему связки. Растекание расплава сопровождается усадкой суспензии и повышением ее плотности. Это приводит к полному взаимодействию расплава с частицами металлов шихты, обеспечивая образование многокомпонентного сплава, и подавляет образование пор. В результате формируется плотный композиционный материал однородного состава, обеспечивающий высокое алмазоудержание. Оставшиеся в прослойках сплава ультрадисперсные частицы углерода выполняют роль твердой смазки, что снижает коэффициент трения и тепловыделение в зоне резания. Алмазные зерна не выкрашиваются из связки и участвуют в процессе резания до полного разрушения. Результатом является снижение удельного расхода алмаза. Снижение концентрации углерода менее 0,4 мас.не обеспечивает полного восстановления оксидов и упрочняет каркас из суспензии. В результате снижается степень взаимодействия компонентов шихты, формируется пористый, неоднородного состава алмазосодержащий композиционный материал с повышенным удельным расходом. Повышение содержания углерода более 10 мас.приводит к аналогичному результату из-за снижения степени взаимодействия между компонентами шихты связки при спекании алмазосодержащего композиционного материала. 14016 1 2011.02.28 Снижение содержания оксидов в шихте менее 0,1 мас.сопровождается образованием плотных прослоек углерода на поверхности частиц металлов, подавляет взаимодействие между ними, что приводит к образованию неоднородной по составу связки с низким алмазоудержанием. Следствием этого является повышенный расход алмаза из-за ускоренного разрушения связки. Повышение концентрации оксидов в шихте связки более 5 мас.подавляет взаимодействие между компонентами. В результате образуется композиционный материал с низкими физико-механическими характеристиками. Это приводит к повышенному износу связки при шлифовании и росту удельного расхода алмаза. Снижение концентрации меди в шихте менее 4 мас.уменьшает объем жидкой фазы, приводит к неполному взаимодействию компонентов шихты и образованию алмазосодержащего композиционного материала с низкими прочностными характеристиками. Следствием этого является разрушение связки и выкрашивание алмазных зерен, сопровождающееся повышенным удельным расходом алмаза. Увеличение концентрации меди в шихте связки более 25 мас.приводит к вытеканию расплава, дестабилизации состава алмазосодержащего композиционного материала, агломерации алмазных зерен. Следствием этого являются выкрашивание алмазных зерен из связки и рост удельного расхода алмаза. Пример 1. Из шихты связки был изготовлен алмазоабразивный инструмент формы 11,1503632,40/28, 150 , которым обрабатывали пластину из кубического нитрида бора. Эксплуатационные характеристики алмазоабразивного инструмента, изготовленного из предлагаемой шихты связки, представлены в таблице. Состав шихты связки, мас.Металл группы Оксид железа 95,50,1 (23) 605 (23) 80,52,5 (23) 803 (23) 653230353295,50,160560595,50,1752,5202022201736 (23) 79,550,05 (23) 255 (23) 750,8 (23) 712903 (23) Прототип Удельный расход Углерод алмаза, карат/карат 0,4 10 5 5 10 10 0,4 10 10 0,4 5 Таким образом, использование предлагаемой шихты связки при изготовлении алмазоабразивного инструмента позволит повысить его эксплуатационные характеристики, а именно снизить удельный расход алмаза. 3 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4