Способ изготовления алмазного инструмента

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1192955 А Э 17 Щ 4 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ Р в ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ Н АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Ордена Трудового Красного Знамеинститут физики высоких давлений АН СС(54) (57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АМАЗНОГО ИНСТРУМЕНТА, при которготовят массу смешиванием поликрист лических алмазов с размером зерен 315 - 2000 мкм, монокристаллических алмазов с размером 60 - 250 мкм в количестве 1 О - 50% от массы поликристаллических алмазов и связки, полученную массу формуют и спекают, отличающийся тем, что, с целью стабилизации режущих свойств породоразрушающего инструмента до полного его износа и улучшения закрепления поликристаллических зерен в связке, предварительно 40 - 80 мас. 00 связки накатывают на поли- кристаллические алмазы, а оставшуюся часть связки смешивают с монокристаллами алмаза и продолжают накатку нолик ристалл ическ их ал мазов.1зобретение относится к порошковой ме;алрги, в частности к способам изготовлсия ал; ного инструмента, и может быть испо,ьзов,:и при изготовлении режущего исеруясна из синтетических алмазов, при изготовлснии буровых коронок, долот, отрезых ликов, плфовальных кругов и т. д.ель избрстенияподдержание стабильшсти высоких режущих свойств породоразрушающего инструмента до полного его износа и повышение надежности закрепления поликристаллов алмаза.Для осуществления способа берут поли- кристаллические алмазы с размерами зерен 315 в 20 мкм, накатывают на них порошок связки, взятой в количестве 40 - 80 Я, а оставшуюся часть порошка связки смешивают с износостойкими частицами, в . качестве которых берут монокристаллические алмазы с размерами зерен 60 - 250 мкм в количестве 10 - 50 Я от массы поликристаллических алмазов и продолжают дальнейшую накатку поликристаллических алмазов.Накатка зерен поликристаллов сначала плько порошком связки - металлокерамической матрицы позволяет повысить надежность закрепления зерна в матрице, так как не образуется контакт между алмазными зернами, и дальнейшая накатка смесью порошка матрицы с порошком монокристаллов уже не влияет на степень закрепления поликристаллов в матрице. Накатка поли- кристаллов позволяет равномерно распределить зерна поликристаллических алмазов по всему объему матрицы и тем самым достигнуть поддержание стабильности высоких режущих свойств породоразрушающего инструмента до полного его износа.Накатка поликристаллов порошком матрицы, взятой в количестве менее 40 мас. Я от общего веса матрицы, приводит во время прессования и спекания к контакту поли- кристаллов с монокристаллами и частично между собой, что снижает прочность их закрепления, использование порошка матрицы более 80 мас. Я приводит к высокой концнрации монокристаллов в оболочке, что сшсобствует дополнительным микронапряжениям в матрице. 11;катка поликристаллов размером 315 2000 мкм порошком матрицы, взятой и ко.ичестве 40 - 80 Я от общего веса матрицьь обеспечивает толщину оболочки из связующего, равной 0,3 - 0,8 радиуса поликристаллического зерна алмаза. Содержание монокристаллов менее 10 мас. Я от веса гн,икисталлов недостаточно для образования в ьнме алмазных осколков для разрыхлсния ;рной породы и образования развитой поверхности на поликристалле, более .50 мас, Я монокристаллов снижает эффективность работы поликристаллов иззп их частичного перетирания с оскол 5 о 2ками монокристаллов в шламе. При введении монокристаллов размером меньше 60 мкм не образуется достаточно глубоких царапин на гговерхности горной породы, что малоэффективно способствует образованию развитой поверхности на поликристалле. Использование монокристаллов размером больше 250 мкм приводит к недостатку в шламе алмазных осколков, что влечет за собой недостаточное размягчение горной породы и воздействие на поверхность поликристалла и тем самым приводит к зашлифовке поверхности поликристаллических зерен, Использование поликристаллических алмазов размером меньше 315 мкм неэффективно изза малого обнажения поликристаллов и их 15 растрескивания, алмазы размером более2000 мкм малоэффективны из-за уменьшения активной поверхности зерен, на зернах появляются при работе площадки (зашлифовка), которые резко снижают производительность инструмента.Пример . Для приготовления массы дляалмазного инструмента берут 15 кар поли- кристаллических синтетических алмазов АСПК с размерами зерен 400/315 мкм и гранулируют с 14,4 г порошка матричной шихты, что составляет 40 мас, Я от об.щего веса матрицы, состоящей из смеси порошка твердого сплава и никеля карбонильного, и обеспечивает толщины оболочки 0,4 радиуса зерна АСПК, а затем 1,5 кар монокристаллов алмазов АСК с размерами зо зерен 80 - 63 мкм смешивают с 21,6 г порошка матрицы, что составляет 60 мас. о" от общего веса матрицы, и этим составом продолжают дальнейшую накатку АСПК. Затем изготовленную массу подвергают холодному прессованию и спекают под давле нием 12 кбар и при 1050 С.Буровые коронки КСК-59 И, изготовленные с использованием массы, приготовленной по примеру 1 в производственных условиях, при бурении горных пород 1 Х - Х 1 категорий буримости имеют среднюю проходку 10,6 м при средней скорости 2,3 м/ч, тогда как коронки 01 АЗД 40 К 20 (из природных алмазов) в аналогичных условиях имеют проходку 4,8 м при скорости 0,9 м/ч.Пример 2. Для приготовления массы 45 для алмазного инструмента берут 8 карАСПК с размерами зерен 2000/1600 мкм и гранулируют с 28,8 г порошка матричной шихты, что составляет 80 мас. Я от общего веса матрицы, состоящей из смеси порошка твердого сплава и карбонильного ни О келя, и обеспечивает толщину оболочки 0,8радиуса зерна АСПК, а затем 8 кар моно- кристаллов алмазов АСК размером 250/ 200 мкм смешивают с оставшимися 7,2 гпорошка матрицы, что составляет 20 мас. О( 55от общего веса матрицы, и этим составом продолжают дальнейшую накатку АСПК. Затем изготовленную массу подвергают холодному прессованию и спекают под давлением О кбар при 1000 С.1192955 Составитель Н. Ьалнгиова Техред И. Всрес Коррскто 1 Л. Знмокосов Тираж 768 1 о.ниснос ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж - 35, Раугвская наб., л. 45 филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4Редактор О. ГоловаяЗаказ 7210/16 3Буровые коронки КСК-59 Из, изготовленные с использованием массы, приготовленной по примеру 2, в производственныхусловиях имеют среднюю проходку 34,5 мпри скорости 4,2 м/ч, тогда как буровыекоронки 01 АЗД 40 К 20 имеют среднюю проходку 18,3 м при скорости 1,9 м/ч.Пример 3. Для и риготовления массыдля алмазного инструмента берут 30 карАСПК с размерами зерен 1600/1250 мкм,гранулируют с 40 г порошка матричнойшихты, что составляет 50 мас. оо от общеговеса матрицы, состоящей цз смеси порошка твердого сплава и никеля карбоцильного, и обеспечивает толщину оболочки0,55 радиуса зерна АСПК, а затем 10 кармонокристаллов АСК размером зерен 125/ 5100 мкм смешивают с оставшимися 40 гпорошка матрицы, что составляет 50 мас. о,"от веса матрицы, и этим составом продолжают дальнейшую грануляцию зерен АСПК.Затем изготовленную массу подвергают холодному прессованию и спекают под дав 20лением 8 кбар при 950 С.Шлифкруги ШГК/50, изготовленные сиспользованием массы, приготовленной попримеру3 в производственных условиях,при шлифовании огнеупоров показываютресурс 24 м с удельным расходом алмазов1,80 кар/м, тогда как сегментные кругииз природных алмазов имеют соответственно8 м при удельном расходе алмазов4,15 кар/м,Алмазный инструмент (буровые коронки, 30шлифкруги, долота), изготовленный по предложенному способу, включа 1 ощий грануляцию синтетических поликристаллическихалмазов АСПК порошком металлокерамической матрицы с монокристаллами АСК,имеет высокую работоспособность и стабильность до полного. износа инструмента.Изготовленные буровые коронки по предложенному способу типа КСК-59 Из показываот высокие механические скорости бурения и проходки на коронку по сравнению с серийными коронками цз природных алмазов, типа 01 АЗД 40 К 20 и ОАЗД 40 К 40, изготовленных по известному способу, преимуц 1 ествеццо применяющихся при бурении тех же пород. Так прц бурении трещиноватых гранитов, кварцитов, магматизцрованных гнейсов (1 Х - Х 1 категорий буримости), коронки КСК-59 Из имеют среднюю проходку 8,4 м против 3,2 м у коро 1 ьок 01 АЗД 40 К 20, среднюю механическукз скорость бурения у КСК-59 Из 2,6 м/ч против 1,4 м/ч у О АЗД 40 К 20, удельный расход алмазов у КСК-59 Из 2,25 кар/м против 3,48 у 01 АЗД 40 К 20.Из приведенного сравнения видно, что оуровые коронки, изготовленные по предложенному способу, имеют высокие эксплуатационные характеристики и конкурентно- способны с буровыми коронками цз дорогостоящих природных алмазов.Эксплуатация буровых коронок КСК- 59 Из без грануляциц матричной шихтой поликристаллических зерен при бурении горных пород 1 Х - Х 1 категорий буримости приводит к частичной зашлифовке рабочей поверхности зерен поликристаллов. Грц этом резко снижается механическая скорость бурения, коронка теряет работоспособность при износе матрицы всего на 20 - ЗОЯ. Удельный расход алмазов на 1 м проходки у этих коронок выше за счет выкрашивация зерен полцкристаллов, контактирующих без прослойки между собой.Предложенный способ изготовления алмазного инструмента су 1 цественно отличается от известного, позволяет простить технологию изготовления алмазного инструмента, повысить надежность закрепления поликристаллцческцх алмазов и поддерживать стабильность высоких режуцих свойств инструмента до полного износа.