СВЯЗКА НА ОСНОВЕ МЕДИ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА СО СВЕРХТВЕРДЫМ МАТЕРИАЛОМ

Изобретение относится к порошковой металлургии, к способам получения композиционных материалов. Изобретение может быть использовано в качестве связок при изготовлении режущего инструмента со сверхтвердым материалом для стройиндустрии, тяжелого машиностроения, нефте- и газоперерабатывающая отрасли и др., включая отрезные сегментные круги различной конструкции (ОСК), применяемые при резке чугунов, и канатных пил для резки массивных конструкций из стали и чугунов.

Связка оказывает влияние на конструкцию инструмента. В зависимости от связки выбирается материал корпуса, метод соединения абразивного слоя с корпусом. Физико-механические свойства связок предопределяют возможную получаемую форму и размеры режущего инструмента на основе CBN и/или алмаза.

Известна связка для изготовления алмазного инструмента (RU 2286241 С2, опубл. 2006.07.07), содержащая металл, выбранный из группы железа Периодической системы, карбид титана и соединение металла с металлоидом. С целью повышения прочности связки и надежности закрепления алмазного зерна в связке дополнительно содержится карбид циркония.

Недостатком известной связки является использование дорогостоящего и токсичного кобальта, а также более низкой скорости резания высокоармированного железобетона и снижение ресурса работы инструмента.

Прототипом заявленного изобретения является связка для изготовления алмазного инструмента (RU 2432249 С1, опубл. 27.10.2011. Бюл. №30), содержащая основу в виде меди.

Недостатком известного материала на основе меди является недостаточная износостойкость, твердость, прочность, ударная вязкость и температурная стойкость, а также низкий удельный ресурс при резке стали, чугуна.

Технической задачей заявленного изобретения является увеличение ударной вязкости KCU, твердости HRB, предела прочности при трехточечном изгибе σ^изг, удельной износостойкости И_обр, удельного ресурса и скорости резания отрезных сегментных дисков при низкой остаточной пористости сегментов, содержащих CBN/алмаз.

Поставленная задача достигается тем, что в связку на основе меди, кобальта и железа дополнительно вводят от 1 до 45 мас.% никеля и легирующую добавку в количестве от 0,01 до 3 мас.%.

Связки могут быть получены методом порошковой металлургии: спеканием с последующим прессованием при температуре спекания. Этот метод является высокопроизводительным, т.к. продолжительность процесса нагрева до температуры спекания, выдержка при температуре спекания, прессование и охлаждение до комнатной температуры не превышают 15 минут. Высокие скорости нагрева и равномерное распределение температур в рабочей камере обеспечиваются за счет пропускания электрического тока через спекальную форму, которая одновременно является и пресс-формой.

По окончании выдержки при температуре отжига сразу же проводится прессование для обеспечения необходимой плотности и формы изделий. Конструкция пресс-формы позволяет проводить процесс в инертной и защитной атмосфере, что повышает качество инструмента.

Полученные сегменты с CBN и/или алмазом напаиваются на диск. Испытания дисков проводят при резке массивной отливки из серого чугуна марки СЧ20.

Материалы связок по изобретению обеспечивают лучшие экономические показатели по сравнению с аналогами ведущих мировых производителей по критериям цена/ресурс и цена/производительность.

Пример. В связку на основе меди состава (мас.%):

Cu - 27,5-49,5

Со - 13,75-24,75

Fe - 13,75-24,75

Ni - 1-45

Легирующая добавка - 0,01-3,0

Влияние содержания никеля и количества вводимых легирующих компонентов приведено в таблицах 1-6. В качестве легирующей добавки вводят углеродные материалы.

Приведенные примеры составов связки (таблицы 1-6) обосновывают пределы содержания легирующих добавок.

Удельный ресурс ОСК и скорость резания в таблицах 1-6, 8 приведены по данным испытания отрезного сегментного диска с сегментами на основе CBN при резки чугуна марки СЧ20. Общая концентрация абразива в сегменте составляет 10 об.%, крупность зерен CBN 45/50 mesh.

С целью увеличить удельный ресурс и скорость резания в связки вместе CBN водят алмаз. В таблице 7 представлены свойства связки и инструмента с сегментами, в которых в качестве абразива взят алмаз и CBN в пропорции 50/50%. Общая концентрация абразива в сегменте составляет 10 об.%, крупность 45/50 mesh.

Как видно из таблиц 1÷7, содержание легирующей добавки менее 0,01 мас.% не обеспечивает достижение поставленной цели, т.к. их количества недостаточно для эффективного дисперсионного упрочнения связки, и их влияние на структуру и свойства полученного материала незначительно

Введение в связку более 3 мас.% приводит к увеличению пористости и других свойств, т.к. легирующие добавки являются более тугоплавкими, твердыми и имеющими высокие модули упругости материала по сравнению с медью и никелем, то они выступают в роли концентраторов напряжений, что сильно охрупчивает материал и приводит к снижению прочностных характеристик и износостойкости связки, а также требуют повышения температуры спекания и обладают плохой прессуемостью.

Указанные диапазоны концентраций легирующих добавок 0,01÷3 мас.%. Справедливы только для нанодисперсных порошков. На свойства связки оказывает влияние размер частиц легирующего элемента. Для получения заданной удельной поверхности порошки разделялись на фракции заданной дисперсности, обеспечивающей требуемые значения удельной поверхности. В таблице 8 представлена зависимость легирующих элементов от размера частиц (удельной поверхности).

Материалы связок по изобретению обеспечивают лучшие экономические показатели по сравнению с аналогами ведущих мировых производителей по критериям цена/ресурс и цена/производительность.