×
27.09.2014
216.012.f748

Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СВЕРХТВЕРДОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ КУБИЧЕСКОГО НИТРИДА БОРА ИЛИ СИНТЕТИЧЕСКОГО АЛМАЗА ДЛЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению сверхтвердых композиционных материалов. Может использоваться для изготовления лезвийных инструментов, работающих в условиях непрерывного и прерывистого резания закаленных сталей, чугунов, твердых сплавов и других труднообрабатываемых материалов. Твердосплавную шихту размещают в пресс-форме и после проведения процесса прессования получают подложку. Предварительное спекание проводят при температуре 1150°C для получения подложки с плотностью менее 100%. Спеченную подложку помещают в установку для нанесения покрытия из титана или нитрида титана толщиной 3-5 мкм. На поверхности подложки с покрытием размещают переходный слой из материала подложки и материала режущего слоя, в соотношении 1:1, при этом размеры зерен переходного слоя из смеси порошков в три раза превосходят размеры зерен исходного материала подложки. После этого на поверхность переходного слоя размещают порошок материала режущего слоя и спекают в камере высокого давления. 2 табл.
Основные результаты: Способ получения сверхтвердого композиционного материала на основе кубического нитрида бора или синтетического алмаза для режущего инструмента, включающий размещение твердосплавной шихты в пресс-форме, прессование, предварительное спекание в водородной печи, нанесение покрытия из титана или нитрида титана, последующее размещение материала режущего слоя из кубического нитрида бора или синтетического алмаза и спекание в камере высокого давления, отличающийся тем, что предварительное спекание в водородной печи исходной твердосплавной шихты проводят при температуре 1150°C, а покрытие из титана или нитрида титана толщиной 3-5 мкм наносят на полуспеченную подложку, на поверхности которой размещают переходный слой из порошков материала подложки и режущего слоя в соотношении 1:1, размер зерен которых в 3 раза больше размера зерна материала подложки и режущего слоя.

Изобретение относится к получению сверхтвердых композиционных материалов, которые предназначены для применения в производстве для оснащения лезвийных инструментов, работающих в условиях непрерывного и прерывистого (с ударом) резания закаленных сталей, чугунов, твердых сплавов и других труднообрабатываемых материалов.

Известен способ получения сверхтвердого композиционного материала на основе кубического нитрида бора для режущего инструмента, включающий размещение порошка кубического нитрида бора на подложке из твердого сплава, горячее прессование под давлением 40-60 кбар, соответствующее термодинамической устойчивости кубического нитрида бора, и нагрев до 1400-1700°C, выдержку под давлением с последующим снижением давления до атмосферного и извлечение заготовки. Толщина подложки не превышает 0,25 толщины композиционного материала. Перед горячим прессованием в нижней части графитового нагревателя помещают предварительно спрессованную таблетку из шихты рабочего слоя материала, а сверху на таблетку насыпают порошкообразный твердый сплав зернистостью до 315 мкм, в качестве материала подложки выбирают твердый сплав на основе карбида вольфрама с кобальтовой связкой. (Патент России №2185930, МПК7 B22F 7/02, B22F 3/14, опубл. 27.07.2002 г.).

Недостатком данного способа является низкая износостойкость инструмента, обусловленная отсутствием прочной адгезионной связи между материалом подложки и режущего слоя из кубического нитрида бора.

Наиболее близким техническим решением является способ получения сверхтвердого композиционного материала на основе кубического нитрида бора, в котором порошок кубического нитрида бора и/или порошок нитрида бора с покрытием боридом или нитридом титана сначала смачивают в этиловом спирте, гранулируют и подпрессовывают, затем полученный брикет помещают в нагреватель на пластину твердого сплава, сжимают контейнер до давления, соответствующего термодинамической устойчивости кубического нитрида бора, и спекают.(Патент России №2147972, МПК7 B22F 3/14, C04B 35/5831, опубл. 27.04.2000 г.).

Недостатком данного технического решения является получение неоднородных по структуре заготовок, что приводит к большому разбросу их режущих свойств и значительной выбраковке инструмента.

Задачей предложенного технического решения является создание способа получения сверхтвердого композиционного материала для двухслойных пластин режущего инструмента, позволяющего обеспечить прочное соединение между твердосплавной подложкой и режущим слоем пластины и, следовательно, высокие режущие свойства инструмента.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в способе получения сверхтвердого композиционного материала на основе кубического нитрида бора или синтетического алмаза для режущего инструмента, включающем размещение твердосплавной шихты в пресс-форме, прессование, спекание в водородной печи, нанесение покрытия нитрида титана или титана, размещение на спеченную заготовку материала режущего слоя из кубического нитрида бора или синтетического алмаза и последующее спекание в камере высокого давления, проводят предварительное спекание исходной шихты твердого сплава при температуре 750-1150°C, а покрытие из титана или нитрида титана толщиной 3-5 мкм наносят на предварительно полуспеченную заготовку, а далее на покрытие насыпают переходный слой из шлифпорошков заготовки и режущего слоя в соотношении 1:1, размер зерен которых в 2-4 раза больше размера зерна материала заготовки и режущего слоя.

Предварительное спекание исходной шихты твердого сплава для получения заготовки подложки проводят при температуре 750-1150°C для того, чтобы обеспечить необходимую пористость. При температуре ниже 750°C заготовка подложки не будет достаточно прочной, а при температуре выше 1150°C наносимое покрытие не проникнет в материал подложки на достаточную глубину.

Покрытие из Ti или TiN, наносимое на подложку толщиной 3-5 мкм, обеспечивает полное смачивание зерен промежуточного слоя и зерен подложки, обеспечивая лучшую адгезию порошка нитрида бора с твердосплавной основой. Кроме того, в материале создается своеобразный демпфирующий слой, который в процессе обработки изделий резанием не допускает возникновения сколов вдоль границы твердый сплав - сверхтвердый материал, особенно при операции прерывистого резания. Покрытие толщиной менее 3 мкм недостаточно для полного обволакивания зерен материала промежуточного слоя и зерен материала подложки, что снижает контакт между промежуточным слоем и подложкой. Покрытие толщиной более 5 мкм приводит к проникновению Ti или TiN в режущий слой, создавая неоднородность структуры композита и большой разброс его режущих свойств, что может привести к возникновению сколов при резании.

Переходный слой из шлифпорошков материала заготовки и режущего слоя в соотношении 1:1 и размером зерен в 2-4 раза больше размера зерна материала заготовки и режущего слоя способствует лучшему проникновению Ti или TiN из нанесенного покрытия в переходный слой, улучшается адгезия, тем самым достигается больший контакт между слоями композита в процессе окончательного спекания.

Сверхтвердый композиционный материал на основе кубического нитрида бора или синтетического алмаза изготавливали следующим образом. Твердосплавную шихту, содержащую 92% WC и 8% Со, помещали в пресс-форму и прессовали в изделие, в дальнейшем - подложка. После этого подложку помещали в водородную печь и спекали при температуре 1150°C для получения подложки с плотностью менее 100%. Спеченную таким образом подложку помещали в установку для нанесения покрытия из титана или нитрида титана. В рассматриваемом примере было нанесено покрытие из нитрида титана. Далее подложку с нанесенным на нее покрытием помещали в графитовый нагреватель. На покрытие на торцевой поверхности подложки насыпали смесь порошков материалов подложки и режущего слоя, состоящего из кубического нитрида бора в соотношении 1:1, при этом размер зерна переходного слоя смеси порошков в три раза больше размера зерен исходного материала основы. После этого на переходный слой насыпали порошок для формирования режущего слоя из кубического нитрида бора. Далее изделие спекали в камере высокого давления при температуре 2000°C и давлении 8 ГПа.

Предложенным способом были изготовлены пластины для оснащения режущего инструмента, которые механически крепились на державки. Стойкостные испытания инструмента, изготовленного предлагаемым способом, и стандартных пластин проводили на токарном станке 16К20. Были испытаны резцы в следующих условиях:

обрабатываемый материал - сталь ХВГ (HRC 48-50)

скорость резания - 200 м/мин

подача - 0,15 мм/об

глубина резания - 0,5 мм.

Сравнение стойкости резцов, изготовленных по предлагаемому способу, проводили со стойкостью резцов, оснащенных пластинами «Гексанит-Р». Результаты испытаний представлены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1
Зависимость стойкости инструмента от толщины покрытия и температуры предварительного спекания подложки
№п/п Материал подложки Температура предварительного спекания, °C Толщина покрытия, мкм Коэффиц. вариации стойкости Коэффиц. стойкости
1 2 3 4 5 6
1 WC-92% Со-8% с покрытием TiN 750 4 0,33 1,85
2 -//- 900 3 0,32 1,9
3 -//- 900 4 0,33 2,0
4 -//- 1150 4 0,32 2,5
5 -//- 1150 5 0,34 3,0
6 -//- 1150 6,5 0,35 2,8, сколы
7 -//- 1200 5 0,35 2,6 сколы

8 WC-92% Co-8% без покрытия 1150 - 0,32 1,6
9 Гексанит-Р - - 0,37 1,0

Как видно из таблицы 1, инструмент, оснащенный пластинами, изготовленными по предложенному способу, имеет стойкость в 2,5 раза выше стойкости инструмента, оснащенного стандартными пластинами «Гексанит-Р», а коэффициент вариации снизился в среднем на 20%.

Таблица 2
Зависимость стойкости инструмента от соотношения зерен WC-Co/СИТ в переходном слое при оптимальной температуре предварительного спекания и толщине покрытия TiN
№п/п Материал подложки Соотношение зерен WC-Co к CBN в переходном слое (по массе) Температура предварительного спекания, °C Коэффиц. вариации стойкости Коэффиц. стойкости
1 WC-92% Со-8% с покрытием TiN 1:2 1150 0,35 2,8
2 -//- 1:1 1150 0,34 3,0
3 -//- 2:1 1150 0,35 2,7

Величина зерен твердого сплава и кубического нитрида бора в переходном слое больше зерен твердого сплава подложки и режущего слоя CBN в 3 раза.

Таким образом, примеры, представленные в таблицах 1 и 2, свидетельствуют о достижении поставленной цели.

Способ получения сверхтвердого композиционного материала на основе кубического нитрида бора или синтетического алмаза для режущего инструмента, включающий размещение твердосплавной шихты в пресс-форме, прессование, предварительное спекание в водородной печи, нанесение покрытия из титана или нитрида титана, последующее размещение материала режущего слоя из кубического нитрида бора или синтетического алмаза и спекание в камере высокого давления, отличающийся тем, что предварительное спекание в водородной печи исходной твердосплавной шихты проводят при температуре 1150°C, а покрытие из титана или нитрида титана толщиной 3-5 мкм наносят на полуспеченную подложку, на поверхности которой размещают переходный слой из порошков материала подложки и режущего слоя в соотношении 1:1, размер зерен которых в 3 раза больше размера зерна материала подложки и режущего слоя.
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 13.
20.04.2013
№216.012.3714

Способ изготовления твердого сплава с регулированием распределения и количества углерода в его объеме

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к изготовлению твердосплавных пластин для оснащения металлорежущего инструмента. Для изготовления твердого сплава с регулируемым распределением и количеством углерода в его объеме проводят шихтовку и размол смеси порошков тугоплавких...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479653
Дата охранного документа: 20.04.2013
20.01.2014
№216.012.98f7

Автоэмиссионный катод

Изобретение относится к устройствам вакуумной электроники, в частности к источникам для получения электронного потока - автоэмиттерам (холодным эмиттерам) электронов, материалам и способам их изготовления. Подобные катоды могут использоваться в качестве источников электронов в различных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002504858
Дата охранного документа: 20.01.2014
10.04.2014
№216.012.b309

Способ получения металлического рения путем восстановления перрената аммония

Изобретение относится к области металлургии редких тугоплавких металлов. Способ получения металлического рения путем восстановления перрената аммония включает размещение порошка перрената аммония в лодочке и его восстановление противотоком остро осушенного водорода с непрерывным продвижением...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002511549
Дата охранного документа: 10.04.2014
10.07.2014
№216.012.daa1

Твердый сплав на основе карбида вольфрама для обработки резанием труднообрабатываемых материалов

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к твердым сплавам на основе карбида вольфрама с легированным рением связующим. Может использоваться для обработки резанием труднообрабатываемых материалов: на основе тугоплавких металлов, жаропрочных сталей и сплавов, применяемых для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002521747
Дата охранного документа: 10.07.2014
27.07.2015
№216.013.67f1

Многоствольный стрельбовой модуль

Изобретение относится к области оружейной техники, а именно к многоствольным стрельбовым модулям. Модуль содержит блок стволов, ударно-спусковой механизм с корпусом и ударником. Ударник установлен на стержне, который имеет возможность совершать поступательно-вращательное движение. Стержень...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558162
Дата охранного документа: 27.07.2015
20.06.2016
№217.015.04f1

Способ изготовления изделий из порошковой композиции на основе сверхтвердых материалов

Изобретение относится к изготовлению изделий из порошковой композиции на основе сверхтвердых материалов. Способ включает предварительное нормализующее спекание порошковой композиции при температуре нагрева до 1150°С и окончательное пресс-спекание при температуре нагрева 1800-2200°С и давлении...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002587364
Дата охранного документа: 20.06.2016
25.08.2017
№217.015.c9d4

Маятниковое устройство для испытания материалов

Изобретение относится к устройствам для оценки физико-механических свойств методом индентирования, а именно к прогнозированию эксплуатационных свойств изделий, выполненных из инструментальных материалов, методом маятникового скрайбирования с обеспечением широких возможностей позиционирования...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002619479
Дата охранного документа: 16.05.2017
25.08.2017
№217.015.c9e3

Маятниковый склерометр с лазерным устройством

Изобретение относится к устройствам для оценки физико-механических свойств методом индентирования, а именно к прогнозированию эксплуатационных свойств изделий, выполненных из инструментальных материалов, методом маятникового скрайбирования с обеспечением возможности лазерного сканирования следа...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002619448
Дата охранного документа: 15.05.2017
25.08.2017
№217.015.d137

Способ пропитки изделий из пористого углерод-углеродного композиционного материала

Предлагаемое изобретение относится к области конструкционных материалов, работающих в условиях высокого теплового нагружения и окислительной среды и может быть использовано в химической, нефтехимической и химико-металлургической отраслях промышленности. В способе пропитки изделий из пористого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002622061
Дата охранного документа: 09.06.2017
25.08.2017
№217.015.d19f

Многослойное жаростойкое покрытие на изделиях из углерод-углеродных композиционных материалов

Изобретение относится к области нанесения покрытий, в частности к многослойным жаростойким покрытиям на изделиях из углерод-углеродных композиционных материалов, и может быть использовано для деталей, работающих в условиях износа и воздействия коррозионно-активных сред, например, для сопловых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002621506
Дата охранного документа: 06.06.2017
Показаны записи 1-10 из 18.
20.04.2013
№216.012.3714

Способ изготовления твердого сплава с регулированием распределения и количества углерода в его объеме

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к изготовлению твердосплавных пластин для оснащения металлорежущего инструмента. Для изготовления твердого сплава с регулируемым распределением и количеством углерода в его объеме проводят шихтовку и размол смеси порошков тугоплавких...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479653
Дата охранного документа: 20.04.2013
10.04.2014
№216.012.b309

Способ получения металлического рения путем восстановления перрената аммония

Изобретение относится к области металлургии редких тугоплавких металлов. Способ получения металлического рения путем восстановления перрената аммония включает размещение порошка перрената аммония в лодочке и его восстановление противотоком остро осушенного водорода с непрерывным продвижением...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002511549
Дата охранного документа: 10.04.2014
10.07.2014
№216.012.daa1

Твердый сплав на основе карбида вольфрама для обработки резанием труднообрабатываемых материалов

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к твердым сплавам на основе карбида вольфрама с легированным рением связующим. Может использоваться для обработки резанием труднообрабатываемых материалов: на основе тугоплавких металлов, жаропрочных сталей и сплавов, применяемых для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002521747
Дата охранного документа: 10.07.2014
27.07.2015
№216.013.67f1

Многоствольный стрельбовой модуль

Изобретение относится к области оружейной техники, а именно к многоствольным стрельбовым модулям. Модуль содержит блок стволов, ударно-спусковой механизм с корпусом и ударником. Ударник установлен на стержне, который имеет возможность совершать поступательно-вращательное движение. Стержень...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558162
Дата охранного документа: 27.07.2015
20.06.2016
№217.015.04f1

Способ изготовления изделий из порошковой композиции на основе сверхтвердых материалов

Изобретение относится к изготовлению изделий из порошковой композиции на основе сверхтвердых материалов. Способ включает предварительное нормализующее спекание порошковой композиции при температуре нагрева до 1150°С и окончательное пресс-спекание при температуре нагрева 1800-2200°С и давлении...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002587364
Дата охранного документа: 20.06.2016
25.08.2017
№217.015.c9d4

Маятниковое устройство для испытания материалов

Изобретение относится к устройствам для оценки физико-механических свойств методом индентирования, а именно к прогнозированию эксплуатационных свойств изделий, выполненных из инструментальных материалов, методом маятникового скрайбирования с обеспечением широких возможностей позиционирования...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002619479
Дата охранного документа: 16.05.2017
25.08.2017
№217.015.c9e3

Маятниковый склерометр с лазерным устройством

Изобретение относится к устройствам для оценки физико-механических свойств методом индентирования, а именно к прогнозированию эксплуатационных свойств изделий, выполненных из инструментальных материалов, методом маятникового скрайбирования с обеспечением возможности лазерного сканирования следа...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002619448
Дата охранного документа: 15.05.2017
25.08.2017
№217.015.d137

Способ пропитки изделий из пористого углерод-углеродного композиционного материала

Предлагаемое изобретение относится к области конструкционных материалов, работающих в условиях высокого теплового нагружения и окислительной среды и может быть использовано в химической, нефтехимической и химико-металлургической отраслях промышленности. В способе пропитки изделий из пористого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002622061
Дата охранного документа: 09.06.2017
25.08.2017
№217.015.d19f

Многослойное жаростойкое покрытие на изделиях из углерод-углеродных композиционных материалов

Изобретение относится к области нанесения покрытий, в частности к многослойным жаростойким покрытиям на изделиях из углерод-углеродных композиционных материалов, и может быть использовано для деталей, работающих в условиях износа и воздействия коррозионно-активных сред, например, для сопловых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002621506
Дата охранного документа: 06.06.2017
02.12.2018
№218.016.a2d4

Многослойно-композиционное покрытие металлического изделия

Изобретение относится к многослойному покрытию, нанесенному методом физического осаждения, в частности к функциональным покрытиям преимущественно для изделий, таких как режущие и штамповые инструменты, хирургические импланты (эндопротезы), а также пары трения, которые могут быть синтезированы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002673687
Дата охранного документа: 29.11.2018
+ добавить свой РИД