Устройство для горячего прессования алмазосодержащего композиционного материала на основе тугоплавких соединений переходных металлов и их сплавов при высоких давлениях

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 12 Е ИЗОБРЕТЕНИЯ К ате риал скии, И.Ф.ВовЭ,С,Симкин СССР 79.М 2089415,Я ГОРЯЧЕГО ОДЕ РЖАЩЕГО ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(71) Институт сверхтвердАН УССР(54)(57) УСТРОЙСТВО ДПРЕССОВАНИЯ АЛМАЗОС 1 В 22 Г 3/14, В 30 В 15/ 2КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ ТУГОПЛАВКИХ СОЕДИНЕНИЙ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ И ИХ СПЛАВОВ ПРИ ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЯХ, включающее силовые элементы, сосуд из тепло- и электроизоляционного материала и графитовую оболочку для размещения прессуемого материала, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения качества изделий, оно снабжено вь 1 полненной из металлосодержащего порошкового материала втулкой, размещенной между сосудом и графитовой оболочкой с возможностью контактирования с последними.Иэобретенйе оносися к производствукомпозицион ных алмаэосодержащих материалов методами порошковой металлургии,в частности к производству материалов дляоснащения бурового, правящсго и другихинструментов, работающих в условиях интенсивного абразивного износа,Целью изобретения является повыше:.:.ле качества здей,Сущность изобретения поясняется чертежом,Устройство содерж: т силовые элементы наприиер, наковальни с углублениями) 1и 2, сосуд 3 иэ тепло- и электроизоляционного материала, уплотнение 4, Прессуемыйматериал 5 помещен в графитовую оболочку6. Вулка 7 из порошкового металлосодержагцв о материала расположена между сосудом 3 и графитовой оболочкой 6 без;, воров, т.е, контактирует с ними, Нагревосуществляегся через кольцевые токоподводы 8, Для уменьшения теплоотдачи на. орцах рас пол ожен ы теплоизоля ци о нн ыедиски 9, Для предотвращения взаимодействияокоподподов 8 с прессуемым материало:и устройгтво содержит графитовые диски10 и 11, между которыми установлен диск 12из того же материала, что и втулка 7,В некоторых случаях при определенныхсоотношениях размеров сосуда и прессуемоге маериала диск 12 в устройстве можетэтсутсгвовать. Прл этом вместо дисков 10 и11, с; ройс гво должно бь,ть снабжено одним. еебитовым диском, расположенным меядутслоподводами 8 и прессуемым материа.ьм з.Силовые элементы 1 и 2 устройства иэ:лоленля иэ твердого сплава или быстрорежущей стали твердостью Н 1 С 60.62,сосуд 3 и диски 9 - лз пирофиллита илиитографского камня, уплотнение 4 - из эластичного материала, например поливинилхлорида или резины,Токоподводы 8 изготовлены прессованием иэ смеси порошков графита и неэлектропроводного материала, напримерлитографского камня или хлористого на 1 рия.Устройство работает следующим образом. Для создания давления в устройствеего помещают под пресс на чертеже не гюказан) и нагружают осевым усилием. 11 рлэтом силовые элементы 1 и 2 сблихз,отся исжимают сосуд 3 с прессуемым материалом5 в графитовой оболочке 6 и втулкой 7. Впроцессе схатия происходит внедрение металлических частиц втулки в оболочку. "асп;материала сосуда выдавливается в зазормежду силовыми элементами, образуя прокладку, герметизирующую полость, в которой создается высокое давление. Равномерность формирования прокладки обеспечивается уплогнением 4.По достижении необходимого давленияосуществляют нагрев прессуемого материала, для чего через сборку пропускают электрическии токПри воздействии высокого давления итемпературы в течение заданного временипроисходит горячее прессование алмазосодержащего композиционного материала иматериала втулки. После отключения нагрева происходит охлаждение устройства засчет отвода тепла охлаждаемь,ми деталями15 прессовой установки,После охлажцения производится снижение давления в устройстве, при этом подвергнувшаяся горячему прессованиювтулка 7, механически связанная с графитовой оболочкой 6 и обладающая высокой сопротивляемостью разрушению при ударныхнагрузках, тормозит расширение оболочки,Зто приводит к снятию ударных нагрузок соспрессованного алмазосодержащего композиционного материала, благодаря чемуисключается его расслоение и образованиев нем микротрещин. После снихения давления горячепрессованный материал извлекают из граРитовой оболочки,30 Внутренний диаметр втулки равен наружному диаметру графитовой оболочки, аее наружный диаметр от 1,1 диаметра графитовой оболочки до 0,8 диаметра сосуда.При меньшем наружном диаметре втулки ее35 механические характеристики могут оказаться недостаточными для компенсацииударных нагрузок и торможения расширения оболочки: произойдет расслоение испрессованного материала и втулки, При40 большем наружном диаметре значительноувеличится теплоотвод через боковую стенку сосуда, нарушится однородность теплового поля в сосуде, что приведет кнеравномерности в свойствах спрессованГного материала, в частности к низкой износостойкости его центральной части.Втулка может быть выполнена свободной засыпкой металлического порошка вокруг графитовой оболочки, установленной. в50 сосуде, или прессованием металлическогопорошка. Так как в последнем случае приразмере частиц порошка более 100 - 200 мкмтребуется значительное усилие, втулка может быть выполнена из гомогенной смесипорошков металла и наполнителя обычновещества, характеризующего хорошей прессуемостью), например хлористого натрия, природного гоафига, гексагональногонитрида бора, талька и т,д, В этом случае усилие прессования при изготовлении втул 1223517ки значительно снижается, а сборка устройства с прессованной втулкой упрощается, . Соотношение компонентов составляет (об,): металл - 30-80; наполнитель - 20- 70, 5При меньшем содержании наполнителя ухудшается прессуемость втулки, а при меньшем содержании металлической составляющей втулка после горячего прессования не обладает достаточной 10 механической прочностью для компенсации ударных нагрузок при разгрузке устройства.При горячем прессовании в области термодинамической стабильности алмаза 15 целесообразным является выбор в качестве наполнителя для втулки графита или гексагонэльного нитрида бора, а металлической составляющей из группы металлов (сплавов), являющихся инициаторами превраще ния наполнителя в сверхтвердый материал - алмаз или кубический нитрид бора.В последнем случае при горячем прес- совании алмаэосодержащего композицион ного материала. дополнительно обеспечивается получение сверхтвердого материала, чем повышается эффективность использования устройства,При выполнении устройства в качестве 30 горячепрессуемого материала использовали смесь порошка твердого сплава ВК 6 и синтетических алмазов марки АС 50 зернистостью 400/315.Сравнительные испытания износосгой кости полученного. материала проводили при правке абразивных кругов. Оценку износа производили по величине удельного расхода алмазов мг/кг.П р и м е р 1. Размеры прессуемой 40 заготовки; диаметр 8 мм, высота 8 мм. Наружный диаметр графитовой оболочки 10 мм. Втулка, наружный диаметр которой составлял 21 мм,выполнена свободной засыпкой гомогенной смеси порошков молотого 45 талька и алюминия с размером частиц 50 - 100 мкм при соотношении компонентов (об. О ): тальк - 20, алюминий - 80. Параметры горячего прессования: давление 30 кбар, температура 1150 С, время3 мин.Изготовлено 125 изделий, случаев расслоя нет,Среднее значение удельного расхода 55алмазов при правке абразивных кругов -1,5 - 1,6 мг/кг,П р и м е р 2. Размеры заготовки изалмэзосодержащего композиционного материала; диаметр 10 мм, высота 10 мм,Наружный диаметр графитовой оболочки 12 мм, втулкимм, Втулка изготовленапрессованием под давлением 350 кгм/смиз смеси порошков железа марки ПЖ 2 ихлористого натрия при соотношении компонентов (об, ): железо - 30, хлористый натрия - 70,Параметры горячего прессования; давление 40 кбар. температура 1190 С, время3,5 мин,Изготовлено 90 изделий, случаев расслоя нет.Среднее значение удельного расходаалмазов при правке абразивных кругов -1,45-1,55 кг/мг.П р и м е р 3, Размеры заготовки: диаметр 12 мм, высота 15 мм.Наружный диаметр графитовой оболочки 14 мм, втулки - 25 мм.Втулка изготовлена прессованием иэсмеси порошков природного графита маркиГСУ, искусственного графита марки ГМЗОСЧ-3 с размером части менее 250 мкм исплава никеля с марганцем(размеры частиц200-250 мкм) при соотношении компонентов (об,%): графит - 60, сплав - 40.Параметры горячего прессования: давление 50 кбар, температура 1240 С, время3,5 мин.Изготовлено 250 изделий, случаев расслоя нет,Средний удельный расход алмазов приправке абрээивнь 1 х кругов - 1,4 - 1,5 мг/кг.Кроме того, за один цикл горячего прессования получено во втулке 9,5 карат алмазов.П р и м е р 4, То же, что и в примере 3,но втулка изготовлена поессованием придавлении 150 кгс/см иэ смеси порошковмагния марки МПФи нитридэ бора присоотношении компонентов (об. О ): магний -30, нитрид бора - 70.Параметры горячего прессования: давление 55 кбар, температура 1270 С, время35 мин.Изготовлено 150 изделий, случаев расслоя нет.Средний удельный расход алмазов приправке абразивных кругов - 1,4 - 1,5 мг/кг,Кроме того, за один цикл горячего прессования во втулке получено 8,2 карата кубического нитрида бора,П р и м е р 5 (иэвестное устройство). Размеры заготовки, как в примерах 4 - 3.Наружный диаметр оболочки (нагревателя иэ графита) 14 мм,Параметры горячего прессования: давление 50 кбар, температура 1240"С, время 3,5 мин.1223517 СоставительТехред М,Моргентал Корректор Е.Папп Редактор Л,Письман Заказ 544 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производпвенно-иэдагельский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 Изготовлено 110 изделий, случаев расалоя - 58, годных (без расслоя) - 52.Среднее значение удельного расхода алмазов при правке абразивных кругов изделиями без расслоя - 2,0-2,5 мг/кг, 5 Таким образом, предлагаемое устройство для горячего прессования алмазосодержащего композиционного материала10 обеспечивает 100 -ный выход годных изделий, что в 2 раза превышает выход годных в известном устройстве, Кроме того, зти изделия за счет отсутствия микротрещин имеют в 1,5 раза более высокую износостойкость, оцениваемую по удельному расходу элмазов при правке абразивных кругов по сравненикэ с изделиями, изготовленными в известном устройстве.