Металлическая связка

Союз Советски кСоциалистическиеРеслублик ДЕТЕЛЬС У АВТО/25-08 24 Р 3/06 ением заявки рисо еударстееииый кемитет) УДК 621.9 . 079 (088.8) по делам изееретеиий еткрытий та опубликования описания 28.09.8, Др утметодикиуно;:,тди 4 ИЛания Всесоюзный научно-исследовательский инст и техники разведки и Всесоюзный исследовательский институт абразивов-и-и(54 сится к области з высокотвердь к связкам для ипа СВСП) ил ра -Р, белбор, дом пропитки аркаса из туго сле инструмента изготовх мате- инстру- нитри- ПТНБ), еталлиплавких для буИзобретение отно ления инструмента и риалов, в частности мента из алмаза (т да бора (типа эльбо изготовляемого мето ческим расплавом к порошковв том чи рения скважин. ме 1,5 - 300,05 - 0,50,25 - 10Остальноее недостатки: Известна металлическая связка дляготовления алмазного инструмента 1,ющая следующий состав, мас.Й:Медь 0,5 - 19Металл, выбранный изгруппы олово; кремний 0,1 - 2Металл, выбранный изгруппы титан, хром, цирконий 0,001 - О,Металл, выбранный изгруппы железо, никель,кобальтФосфорМарганецКарбид вольфрамаЭта связка имеет следующи Овсеевич, П. Н. Куро 4 сий, 1 О;-А: Онещко Дышеков и А. А Гоав; 1, Необходимость проведения дополнительной технологической операции - металлизации высокотвердого материала;2. Взаимодействие переходных металлов(титан, цирконий и т. д.) с компонентами га- З зовой среды (водородом остаточным кислородом и азотом) при пропитке резко ухудшает смачивание высокотвердого материала;3. Высокая температура пропитки из-занизкого содержания меди. Такая температура приемлема для природных алмазов, т 0 но для синтетических высокотвердых материалов чрезмерна.Целью изобретения является созданиесвязки для бурового инструмента из высокотвердых материалов обеспечивающей повышение стойкости инструмента за счет улучшения смачивания высокотвердого материала, повышение технологичности за счет снижения температуры изготовления инструмента.Поставленная цель достигается тем, что 20 в связку, содержащую карбид вольфрама,металл подгруппы железа (кобальт, никель, железо), медь, олово, марганец, вводят высшие силициды переходных металлов 1 Ч -3И групп, например, дисилициды титана,хрома, молибдена при следующем содержании компонентов в связке, мас.о/о.Медь 25 - 40Металл, выбранный изгруппы железо, кобальт,5никель 1 - 1 ОМарганец 0,25 - 5Олово 0,25 - 5Дисилициды переходныхметаллов, выбранные изгруппы дисилицидов титана, хрома, молибдена 0,1 - 2Карбид вольфрама ОстальноеДисилициды переходных металлов в контакте с расплавом на основе медь-металлподгруппы железа-марганец растворяются 15в расплаве с выделением атомов переходного металла и кремния. Атомы переходныхметаллов диффундируя в расплаве к поверхности высокотвердых материалов на основе алмаза или кубического нитрида бора,взаимодействуют с ними с образованиемпереходного слоя карбидов (по алмазнойповерхности) или боридов и нитридов (поповерхности кубического нитрида бора), темсамым обеспечивая смачивание расплавомвысокотвердых материалов. 25Высшие силициды в частности дисилициды титана, хрома, молибдена, циркония,термодинамически устойчивы (не разлагаются при нагреве до температуры изготовления и не взаимодействуют с компонентами газовой среды, в частности не окисляются), Поэтому при введении дисилицидов вкаркас из тугоплавких порошков переходныеметаллы находящиеся в устойчивых соединениях, вплоть до начала пропитки каркаса расплавившимся металлическим сплавомпредохраняются от взаимодействия с компонентами газовой среды, тогда как привведении в каркас порошков переходныхметаллов в чистом виде или при введенииэтих металлов в предварительно приготовленный пропитывающий сплав в течение длительного периода разогрева указанные металлы подвергаются окислению, гидрированию, азотированию и тем самым теряют своюспособность смачивать высокотвердые материалы.45Выделяющийся из дисилицидов при расстворении их в расплаве кремний входит всостав расплава, улучшая его свойства (повышает жидкотекучесть сплава и увеличивает твердость связки),50Пределы введения компонентов связки обусловлены следующим.Медь - основной компонент расплава, определяющий температуру изготовления инструмента и в значительной мере его свойства (твердость и т. д.). При содержании 55 меди 25 мас. о/о температура изготовления инструмента выше допустимой для синтетических высокотвердых материалов 4(-1000 в 11 С); при содержании медиболее 40/о связка не будет обладать достаточной твердостью.Металлы подгруппы железа служат какдля повышения механических свойств связки, так и для растворения дисилицидов,При содержании менее 1/о их влияние насвойства связки не сказываются при повышении их количества более 10% связка становится очень тугоплавкой,Марганец способствует снижению температуры изготовления инструмента и растворению силицидов. При наличии его менее0,25 О/, действие его незаметно; при введениимарганца более 5 О/О связка становится излишне склонной к окислению.Олово также снижает температуру пропитки при изготовлении инструмента. Однако при содержании его более 5% ухудшается смачивание карбида вольфрама металлическим расплавом, при введении его менее0,25 О/о действие олова не сказывается.Дисилициды переходных металлов способствуют смачиванию связкой высокотвердых материалов. Так как для смачиванияповерхности высокотвердых материалов достаточно образования переходных слоев толшиной в десятки ангстрем то количестводисилицидов не должно быть значительным,а присутствие в связке некоторого количества переходных металлов и кремния улучшает ее прочность и повышает жидкотекучестьрасплава, В то же время при введении вкаркас значительных количеств растворяющегося материала (дисилицидов) имеет место усадка при пропитке и потеря размеровинструмента. Поэтому введение дисилицидов в количестве более 2% нецелесообразно,менее 0,1 О/, не влияет на свойства связки.Карбид вольфрама - основной элементсвязки определяющий ее механические свойства. Его содержание зависит от количествадругих компонентов и практически составляет 40 - 70/о.Пример 1. Буровые коронки диаметром59 мм из эльбора - Р были изготовленына связке состава, мас. о/,: меди 33; железа 1; марганца 0,25; олова 5; дисилицидатитана 0,1; карбида вольфрама - остальное. Изготовление велось пропиткой каркасаиз порошков карбида вольфрама, дисилицида титана и заготовок эльбора - Р расплавом, содержащим медь железо, олово и марганец при 1050 С в водородной печи. Времяразогрева - 50 мин, выдержка при пропитке 10 мин.Пример 2. Буровые коронки диаметром59 и 76 мм из СВСП были изготовлены насвязке состава, мас, /О, меди 40; кобальта 4; марганца 1,5; олова 2,5; дисилицидамолибдена 1,0; карбида вольфрама - остальное. Изготовление велось пропиткой каркасаиз порошков карбида вольфрама, кобальтаи дисилицида молибдена а также заготовокСВСП расплавом, включающим медь, мар865645 формула изобретения Составитель В, Каражас Техред А. Войкас Корректор М. Демчик Тираж 918 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП сПатентэ, г. Ужгород, ул. Проектная, 4Редактор В. Иванова Заказ 7949/25 5ганец, олово при температуре 1020 С в водородной печи. Время разогрева 60 мин, выдержка 11 ри пропитке - 10 мин,Пример 3. Буровые коронки диаметром 59 мм из СВСП были изготовлены на связке состава, мас. %: меди 25; кобальта 5; никеля 5; олова 0,25; дисилицида хрома 2; карбида вольфрама - остальное. Изготовление велось пропиткой каркаса из порошков карбида вольфрама, кобальта дисилицида хрома и заготовок СВСП расплавом, включающим медьникель, марганец, олово при температуре 1100 С в водородной печи. Время разогрева - 50 мин, выдержка при пропитке 10 мин.Были также изготовлены коронки диаметром 59 мм из СВСП на известной связке 1 состава, мас. %: меди 19; олова 1; кремния 1; хрома 0,5; кобальта 5; никеля 5; фосфора 0,25; марганца 8; карбида вольфрама - остальное, Изготовление велось пропиткой каркаса из порошков карбида вольфрама, кобальта и предварительно хромированных заготовок СВСП расплавом, содержащим медь, никель, марганец, олово, кремний, фосфор и часть хрома при температуре 1150 С в водородной печи при подьеме температуры 60 мин и выдержке при пропитке 10 мин.Коронки, изготовленные из СВСП в соответствии с примером 2, были испытаны в сравнении с коронками, изготовленными на известной связке и стандартной связке50 из этого же материала.Анализ результатов испытаний показывает, что при эксплуатации в одинаковых условиях по стойкости (проходке на коронку) коронки на связке с дисилицидами превосходят коронки на известной связке и на 6стандартной связке на 20% вследствие того, что в коронках на связке с дисилицидами не нарушалась структура СВСП, сохранялись физико-механические своиства, тогда как при применении стандартных связок имели место вышеуказанные явления. Кроме того поликристаллы СВСП лучше удерживались в матрице на связке с дисилицидами,Металлическая связка, преимущественнодля изготовления инструмента из алмаза или кубического нитрида бора, содержащая карбид вольфрама, один из металлов Ч 111 группы периодической системы, медь, олово и марганец, отличающаяся тем, что, с целью повышения стойкости инструмента и технологичности его изготовления, в связку дополнительно введен один из дисилицидов переходного металла 1 Ч - Ч 1 групп периоди ческой системы при следующем соотношениикомпонентов, мас. %:Медь 25 - 40 Один из металлов Ч 111 группы периодической системы(железо, кобальт, никель) 1 - 10 Марганец 0,25 - 5 Олово 0,25 - 5 Один из дисилицидов переходного металла 1 Ч - Ч 1групп периодической систещ мы (титан, молибден, хром) Ц 1 - 2Карбид вольфрама ОстальноеИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР572371, кл. В 24 0 3/06, 1975.