Способ получения композиционных сверхтвердых материалов

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ, включающий пропитку сверхтвердого порошка металлическим связующим при высоких давлениях и температурах, отличающийся тем, что, с целью увеличения выхода годного и повышения режущей способности материалов, сверхтвердый порошок берут в виде смеси микропорошка кубического нитрида бора с размером зерна 3 - 100 мкм и ультрадисперсного порошка вюрцитоподобного нитрида бора при содержании в смеси вюрцитоподобного нитрида бора 0,5 - 5 мас.%, металлическое связующее берут в виде соединений титана с металлом группы железа с содержанием титана 45 - 70 мас.%, легированных вольфрамом или молибденом в количестве 0,5 - 3 мас.%, металлическое связующее перед пропиткой подвергают гомогенизирующему отжигу в вакууме 10^-4 - 10^-6 мм рт.ст при температуре 0,7 - 0,9 т.пл., а пропитку ведут под давлением 20 - 35 кбар в течение 20 - 40 с.

Изобретение относится к получению сверхтвердых материалов в аппаратах высоких давления и температуры и может найти применение в машиностроении в качестве конструкционного материала и абразивно-режущего инструмента.
Целью изобретения является увеличение выхода годного и повышение режущей способности материалов.
Сверхтвердый порошок берут в виде смеси порошков кубического нитрида бора и ультрадисперсного вюрцитоподобного нитрида бора, что обеспечивает наиболее плотную укладку сверхтвердого порошка. Связующее на основе жаростойких соединений титана с Ni, Co, Fe хорошо смачивает поверхность кубического нитрида бора, образуя прочную связь, и является более жаростойким, чем эвтектика. Легирование металлического связующего W, Mo повышает механические свойства компакта в целом, увеличивает режущие свойства материала. Гомогенизирующий отжиг в вакууме способствует выравниванию химического состава связки, что соответственно приводит к повышению однородности компакта в целом. Компакты по предложенному способу получали пропиткой расплавленным металлическим связующим при высоких давлениях смеси мелкодисперсных порошков кубического и вюрцитоподобного нитридов бора. Процесс пропитки под давлением 20-35 кбар при автоматическом поддержании мощности в течение 20-40 с позволяет увеличить процент выхода годных компактов.
П р и м е р 1. Графитовый нагреватель выполняют в форме стаканчика. Внутреннюю поверхность графитового нагревателя изолируют от содержимого, для чего внутрь стаканчика помещают слой слюды и гексагонального нитрида бора.
Металлическое связующее, представляющее собой сплав титана с никелем при содержании титана 45 мас.%, легированный Mo в количестве 0,5 мас.%, подвергают гомогенизирующему отжигу в вакууме 10^-4 мм рт.ст. при температуре 850^оС (0,7 т.пл). Приготавливают смесь порошка кубического нитрида бора с размером 3 мкм и ультрадисперсного порошка вюрцитоподобного нитрида бора опри содержании в смеси 0,5 мас.% вюрцитоподобного нитрида бора. На дно подготовленного графитового стаканчика помещают металлическое связующее, а на него насыпают приготовленную смесь сверхтвердого порошка в количестве 2,5 г. Сверху помещают слой изоляции в виде слюды и гексагонального нитрида бора. Заполненный графитовый нагреватель помещают в камеру высоких давления и температуры и подвергают воздействию давления 20 кбар и температуры, достаточной для расплавления металлического связующего ( 1250^оС). Автоматически поддерживают мощность в течение 20 с. Металлическое связующее пропитывает смесь порошков. После снятия давления и температуры получают компакт. Плотность компакта 4,0 г/см³.
Выход годных компактов составляет 90-95%. Резцы, полученные из этих компактов, были применены при точении закаленных сталей с твердостью >60 HRC. Стойкость инструмента на термически обработанной стали Р18 63 HRC составляет без переточки более 2 ч.
П р и м е р 2. Графитовый нагреватель и изолирующий слой выполняют как в примере 1. Металлическое связующее берут в виде сплава титана с кобальтом (70 мас. % Ti, 30 мас.% Co), легированного W в количестве 3 мас.%, затем подвергают его гомогенизирующему отжигу в вакууме 10^-6 мм рт. ст. при температуре 1000^оС (0,9 т.пл.). Смесь порошка кубического нитрида бора с размером зерна 10 мкм и 100 мкм и ультрадисперсного порошка вюрцитоподобного нитрида бора (в соотношении 20 мас.% 10-микронного порошка, 74 мас.% 100-микронного порошка кубического нитрида бора и 5 мас.% ультрадисперсного вюрцитоподобного порошка) тщательно перемешивают. Затем металлическое связующее и полученную смесь сверхтвердого порошка помещают в графитовый нагреватель. Заполненный графитовый нагреватель в аппарате высоких давления и температуры подвергают воздействию давления 35 кбар и температуры 1200^оС при автоматическом поддержании мощности в течение 40 с. После снятия давления и температуры получают компакт. Выход годных компактов составляет 90-95% , в то время как по известному способу лишь 60-70%. Полученные компакты также используют для приготовления резцов для обработки закаленных сталей. Стойкость инструмента на термически обработанной стали 45ХЕМФА 50 HRC составляет без переточки 3-4 ч. Частота обработанной поверхности 0,63.
П р и м е р 3. Графитовый нагреватель и изолирующий слой выполняют как в примере 1. Металлическое связующее берут в виде сплава титана с железом в соотношении 45 мас.% Ti и 55 мас.% Fe, легированного W в количестве 1 мас.% , и подвергают гомогенизирующему отжигу в вакууме 10^-6 мм рт. ст. при температуре 1000^oС. Порошок кубического нитрида бора (к.н.б.) с размером зерна 5 мкм и 60 мкм смешивают с ультрадисперсным порошком вюрцитоподобного нитрида бора (в.н.б) в соотношении: 15 мас.% к.н.б. с размером зерна 5 мкм, 82 мас. % к.н.б. с размером зерна 60 мкм, 3 мас.% в.н.б. В графитовый нагреватель помещают металлическое связующее в количестве 1,5 г и смесь порошка в количестве 2,5 г. Графитовый нагреватель помещают в аппарат высоких давления и температуры и подвергают воздействию давления 30 кбар и температуры 1350^оС. Мощность поддерживают автоматически в течение 30 с. Выход годных компонентов составляет 90-95%, что в 1,5 раза превышает процент выхода годных компактов по известному способу. Компакты, полученные по описываемому способу, не имеют трещин и не дают сколов при механической обработке на алмазных кругах. Резцы, полученные из компактов, показали высокую стойкость при очении термически обработанных сталей с твердостью 30-60 HRC. Существенным преимуществом резцов является высокий класс чистоты обрабатываемой поверхности.
Резцы, полученные по известному способу, вследствие взаимодействия алмазных компактов с обрабатываемой сталью не могут применяться при точении сталей. Резцы, полученные предложенным способом, показывают высокую стойкость и могут быть использованы при условиях, недоступных резцам из твердого сплава, а именно твердости обрабатываемых сталей >60HRC и скорости резания >100 м/мин.