Способ изготовления алмазного инструмента

Опубликовано 30.09.80. Бюллетень 36Дата опубликования описания 05.10.80 ло делам изобретений и открытий(72) Авторы из бретения Г. Ф. Голуб, Ф. М. Васерман и Г. П. Рудюк(71) 3 ая в и тел ь Ордена Трудового Красного Знамени институт сверхтвердых материалов АН Украинской ССР(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АЛМАЗНОГО ИНСТРУМЕНТАИзобретение относится к области изготовления алмазного инструмента и может быть использовано, в частности, при изготовлении сверл для сверления бетона и железобетона и буровых коронок из синтетических алмазов.Известен способ изготовления алмазного инструмента, в котором пропитку прессованной шихты проводят двухкомпонентным сплавом, состоящим из 800/,-ного тугоплавкого компонента - меди.и 20%-ного легкоплавкого компонента - олова 111. тоНедостатком этого решения является невозможность уменьшить температуру пропитки данным сплавом.Так, пропитка сплавом, содержащим 80% меди и 20% олова (бронзой), происходит при 1050 С, а в качестве абразива при-меняются Природные алмазы. Однако изготовить высококачественный инструмент этим способом из синтетических алмазов невозможно. Синтетические алмазы 20 без заметной потери прочности выдерживают нагревание только до 850 в 9 С. Если прочность кристаллов систетических алмазов при 25 С принять за 100%, то при 900 С их проч 2ность составит 98,5%, при 1000 С - 68%, а при 1000 С - 43,5%.При пропитке синтетических алмазов при 1050 С инструмент значительно потеряет свою работоспособность из-за потери прочности зерен алмаза.Можно произвести пропитку сплавом медь-олово с повышенным содержанием олова, имеющим температуру плавления ниже 850 С, Однако, такой сплав обладает повышенной хрупкостью, в результате чего связка, полученная пропиткой таким сплавом, также будет иметь высокую хрупкость, Кроме того, развивающаяся в процессе работы алмазного инструмента высокая температура (порядка 800 С при алмазном сверлении бетона) вызовет расплавление связки и выпадание алмаза.По этой ее причине неприменимы для изготовления алмазных инструментов методом пропитки низкотемпературные сплавы, например, типа ПОС (ГОСТ 1499-54), не содержащие в своем составе таких тугоплавких компонентов, как медь, никель, железо и т. п. Механическая прочность этих сплавов мала, а низкая температура плавления является причиной расплавления связки в процессе работы алмазного инструмента и выпадания алмазов,Целью изобретения является изготовление инструмента из синтетических алмазовпутем снижения температуры пропитки присохранении или превышении жаропрочныхсвойств связки и эксплцатационных свойствинструмента.Цель достигается тем, что в многокомпонентом сплаве уменьшают содержание тугоплавких компонентов до достижения температуры плавления 750 в 8 С, а перед гранулированием тугоплавкие компоненты в количестве, превышающем разность между исходными и уменьшенным их одержаниемв 1,2 - 8,0 раз, в виде порошка смешивают снайолнителем, при этом пропитку осуществляют при температуре 850 - 880 С. При этомжидкий сплав, пропитывая спрессованнуюсмесь, взаимодействует с порошком замешенных ранее тугоплавких компонентов, которые растворяются в сплаве. В результате этого повышается температура плавления сплава, и его механические свойства приближаются к свойствам исходного сплава. Такимобразом, несмотря на то, что пропитка происходит при 850 С, свойства пропитаннойсвязи получаются выше, чем при пропиткесплавом с температурой плавления свьше1000 С. Замешивание тугоплавких компонентов в количестве, равном разности междуисходным и уменьшенным содержинем есплаве, приводит к тому, что физико-механические свойства связки (ударная вязкость,прочность на изгиб) существенно снижается.Увеличение же разности более, чем в 8,0 раз,приводит к резкому уменьшению твердости до 20 ед. НКС и менее, что также является нежелательным. Этими причинами иобусловлены выбранные количества тугоплавких компонентов, смешиваемых с наполнителем,Инструмент, изготовленный из природных алмазов, гранулированных наполнителем-порошком твердого сплава типа ВК 10 ипропитанный исходным сплавом состава:медь - 80%, олова - 20/о, при 1050 Собладает высокими эксплуатационными свойствами. Для применения синтетических алмазов вместо природных необходимо снизитьтемпературу пропитки до 850 в 8 С.Для выполнения этого в исходном многокомпонентом сплаве уменьшают содержание тугоплавкого компонента, т. е. меди.Сплавы такого состава обычно хрупкие и,если ими непосредственно пропитывать порошок ВК 10, то инструмент будет неработоспособен из-за своей хрупкости. Поэтомумедь в количестве, превышающей разностьмежду исходным и уменьшенным состоянием в сплавах, в виде порошка смешиваютс наполнителем-порошком ВК 10. Затем зерна синтетических алмазов гранулируют полученной смесью ВК 10 + медь, прессуют впрессформе и подвергают пропитке указанным сплавом. В процессе пропитки жидкая фаза контактирует с мелкими частицами замещенного ранее порошка меди и взаимодействует с ними. В результате этого сплав обогащается медью, его свойства приближаютсяк свойстьам состава, в котором содержится80/о меди и 20% олова. Или это соотношение изменяется в сторону увеличения содержания меди. Непрореагированная медь является пограничным слоем, и следовательно,дополнительным источником повышенияпрочности и ударной вязкости.10 Пример 1. Для изготовления инструмента готовят сплав с уменьшенным по сравнению с известным составом содержанием меди; Сп - 71/о, 5 п - 29 о/,; этот сплав в соответствии с диаграммой состояний имееттемпературу плавления 750 С (при пропитке предусматривается перегрев на -100"С).Разность между исходным и уменьшеннымсодержанием меди в сплавах Л = 80 - 71 == 9/о,С наполнителем смешивают 12/о меди.2 о Этой смесью гранулируют алмазные зерна,Превышение этой разницы всего в 1,2 - 1,3раза обеспечивает существенное повышениефизико-механических свойств (а = 0,244 кгм/см, Ь = 73,4 кг/мм по сравнению с исходными:.а = 0,130 кгм/см, и (1 = 58,2 кгм/ммпри сохранении высокой твердости 30 - 35 едНКС. Таким образом, содержание меди впропитанном образце составляет 71+ 9+- 3 = 83 о/оПример 2. Готовят состав сплава с уменьуф шенным по сравнению с прототипом содержанием меди: Сц - 78/о, 5 п - 22/ температура плавления сплава 800 С, температура пропитки этим сплавом 880 С. Разность между исходным и уменьшенным содержанием Ь = 80 - 78 = 2 о/о.В пропитанном образце содержание меди 86,4/о, что соответствует превышению разности между исходным и уменьшенным содержанием меди в сплавах в - = 4,2 ра 88 й -78зо-эза,Ударная вязкость и прочность на изгибповышаются в еще большей степени и составляют соответственно 0,280 кгм/см и 85,4 кг//мм при твердости 25 - 80 ед. НКС.Пример 3. Для достижения больших величин ударной вязкости и прочности на изгиб изготавливается инструмент, в которомсодержание меди составляет 94 вес. о/о (впропитанном состоянии). Содержание медии олова в исходном сплаве и сплав с уменьшенным содержанием меди соответствует%0примеру 2. В этом случае достигается превышение разности между исходным и уменьшенным содержанием меди, равное8 = 80 разВ этом случае предварительные испытаниядают основание считать, что ударная вязкость инструмента, изготовленного таким способом, составит 0,330 кгм/см, а предел прочности на изгиб - 98,0 кгс/мм, однако твердость - всего около 20 ед. НКС, поэтому766848 Фор.мула изобретения Составитель В. Воробьев Редактор Г. Улыбина Техред К. Шуфрич Корректор М. Шароши Заказ 7099/1Тираж 943 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4такой инструмент требует специфических условий для успешного применения. Большое превышение разности между исходным и уменьшенным содержанием нецелесообразно вследствие очень малой твердости. Способ изготовления алмазного инструмента, при котором алмазные зерна гранулируют порошком наполнителя, прессуют и пропитывают многокомпонентным сплавом, содержащим тугоплавкие и легкоплавкие компоненты, отличающийся тем, что, с целью изготовления инструмента из синтетических алмазов путем снижения температуры пропитки без ухудшения качества инструмента, в многокомпонентном сплаве уменьшают содержание тугоплавких компонентов до достижения темперутары плавления 750 - 800 С, а перед гранулированием тугоплавкие компоненты в количестве, превышающем разность между исходным и уменьшенным их содержанием в сплаве в 1,2 - 8 раз в виде порошка смешивают с наполнителем, при этом пропитку осуществляют при темпера 4 о туре 850 в 8 С.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Патент Франции Мо 2037742,кл. В 24 Р 3/00, опублик. 1975.