Спосіб одержання композиційного матеріалу, що містить алмази

(13) A i 1142979 Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к производству композиционных алмазосодержащих материалов для оснащения бурового, правящего и других инструментов, работающих в усло- 5 виях интенсивного абразивного износа. Известен способ изготовления алмазосодержащего композиционного материала, заключающийся в смешивании металлических порошков с частицами алмаза, имею- 10 щих титановое или молибденовое покрытие, и в спекании полученной смеси при температуре и давлении, соответствующих зоне стабилизации алмаза. Недостатком известного способа является то, что он лишь учи- 15 тывает условие сохранения алмаза как сверхтвердой фазы. При изготовлении композиционного материала имеют место микротрещины и расслоения. Наиболее близким к предложенному 20 способу по технической сущности и достигаемому результату является способ получения алмазосодержащего композиционного материала на основе твердых сплавов системы карбид вольфрама - кобальт, заключа- 25 ющийся в смешивании алмазов с твердосплавной шихтой, формовании и последующем горячем прессовании при высоком давлении. Способ учитывает условия сохранений алмазных зерен, но в материале 30 матрицы при изготовлении композиционного материала наблюдаются микротрещины вследствие того, что в шихте имеются невосстановленные окислы. Недостатком является низкая работоспособность изделия из 35 алмазосодержащего материала. Целью предложенного способа является повышение алмазосодержания. Для достижения указанной цели в способе получения алмазосодержащего компо- 40 зиционного материала на основе твердых сплавов системы карбид вольфрама - кобальт, включающем смешивание алмазов с твердосплавной шихтой, формование и по следующее горячее прессование при высо- 45 ком давлении, после формования производят термообработку прессовок в восстановительной среде при температуре 600-850°С с изотермической выдержкой в течение 25-50 мин, а горячее прессование 50 ведут при давлении 5-50 кбар с выдержкой 0,5-3,5 мин, при этом нагрев осуществляют со скоростью 400-600°С/мин, подъем давления - со скоростью 20-60 кбар/мин, охлаждение - со скоростью 750-1000°С/мин, 55 а снятие давления осуществляют со скоростью 7-20 кбар/мин. Термообработка в восстановительной среде обеспечивает удаление окислов из формовки при низких температурах Взаи мосвязи выбранных интервалов давления, скорости нагрева и охлаждения, скорости подъема и снятия давления позволяют за счет равномерного заполнения жидкой фазой зазора между зернами тугоплавкого каркаса и сверхтвердой составляющей (алмаза) обеспечить равномерное их перемещение за счет вязкого течения пористого тела и затем перекристаллизацию мелких тугоплавких частиц на крупные. Это способствует формированию фазового состава и структуры сверхтвердого композиционного материала, обеспечивающих высокое алмазоудержание композиционного материала. С другой стороны параметры обеспечивают активацию процесса уплотнения в результате сохранения повышенной степени дефектности структуры, которая свойственна тугоплавким частицам, до температуры иэотермический выдержки, что ведет к значительному повышению производительности процесса, фазового состава и структуры, обеспечивающих высокую работоспособность композиционного материала. П р и м е р . Навеску твердосплавной смеси марки ВКб в количестве 1.99 г смешивают с синтетическими алмазами зернистостью 400/315 марки АСС весом 0,7 карата методом грануляции (т.е. накатывают твердосплавную смесь на алмазные зерна), затем формуют в стальной пресс-форме изделия диаметром 10 мм и высотой 10 мм под давлением 30 кгс/см . После извлечекия из пресс-формы формовку подвергают термообработке в среде водорода. При температуре 700°С в течение 40 мин происходит восстановление окислов и удаление газообразных продуктов реакции. Затем формовку помещают в камеру высокого давления, прикладывают давление 30 кбар Подъем давления осуществляют со скоростью 40 кбар/мин. Затем производят нагрев брикета в камере высокого давления до температуры 1300°С. После изотермической выдержки при температуре 1300°С в течение 2 мин производят охлаждение изделия до комнатной температуры. Скорость нагрева изделий составляет 550°С/мин, а охлаждения 900°С/мин. Указанные скорости нагрева и охлаждения обеспечивают равномерную усадку при спекании и охлаждении без возникновения напряжения и микротрещин в спеченном изделии. После охлаждения снимают давление со скоростью 15 кбэр/мин. Скорость снятия давления меньше скорости подъема давления, что предотвращает возникновение трещин в уже спеченном изделии. 1142979 Примеры конкретной реализации способа при других режимах для наглядности сведены в таблицу. 6 ни пористости и величины пор (ГОСТ 9391— 80), Как видно из данных, приведенных в таблице, при изготовлении сверхтвердых композиционных материалов по предлоРаботоспособность инструмента опреженному способу обеспечивается повышеделяли при испытании правящих карандание качества материала и повышение шей, оснащенных сверхтвердыми работоспособности инструмента из компоматериалами, измерением удельного зита при правке абразивных кругов (снижерасхода алмазов, мг/кг. Качество материала определяли в результате металлографиче- 10 ние удельного расхода алмазов s 1,6-1,9 раза). ских исследований путем измерения степе Способ Марка изготов- сплава ления матричного материала Извест ВКб -• ТемпеВремя ратура выдержтермоки при обработки в темпевосста- ратуре восстановительной новления. среде мин Н2,°С Давление кбар Качестэо матеоиала Измосо-! Технопс-ичецхие ОРЖИМЫ_ Объемное содержание Количество пор {е 1 см А ), Скоро- Скоро- Изотер- Скоро- Скоростойразмером, мкм сть ох- сть сняпор, % сть сть намичекость лоры поры 52-75 75-100 свыше пары лаждел греаз, подъская тия сверх100 ема дав- °С/мин выдерж- ния. давле- < 10 мкм < 3 0 м к м < 50 мкм твердоления, ния. ка, мин °С/ми« го кбар/ кбэр/ компо- j /мин /мин зиционЧ ного материала при пра&ке абразивных кругов. уд. расход алі мазов, мг/кг _^ЩЦ_1_ 40 70 400 1 700 30 25 40 50 40 40 45 40 40 35 40 40 S 30 30 50 30 30 30 30 5 30 30 40 40 40 40 40 60 40 40 30 40 20 550 560 550 550 400 600 500 500 50О 500 550 2 2 2 2 2 3 05 3.5 1 2 2 600 900 750 850 800 1000 800 800 800 800 800 15 15 IS 15 1S 20 15 15 0.02 0.02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0.02 0,02 0.02 5 _ _ 1.6 1,4 1,4 1.5 1.4 1.6 1.6 1,4 1,5 1.4 1 4 to 2,7 СО ный Предложенный способ В Кб . • 1 1 1 1 1 600 700 850 700 і 1 і 750 800 750 ! 750 І 650 і 750 750 І , to 7 15 -О Продолжение таблицы Способ Марка изготов- сплава ления матричного материала Температура термообработки а восстановительной среде Н2,°С Технологические Время Давле- Скоро- СкоровыдержНИЄ. сть насть подъгрева. ки при кбар ема дав- °С/мин температуре ления. кбар/ восстановле/мин ния. 1 режимы Изотермическая выдержка, мин мин • Обоснование выбранных пределов технологических параметров 550 8Кб 20 30 40 900 55 45 10 40 40 40 40 40 40 40 40 50 40 40 40 40 550 800 750 700 750 700 700 700 750 30 3 2 2 500 500 350 650 2 3.0 2 2 550 0.3 40 70 15 40 500 400 500 550 4 1 2 750 55 40 30 30 30 40 30 35 550 2 ИзносоКачество материала Объемное содержание Количество пор {в 1 см*). стойСкоро- Скорость ох- сть сняпод. % размером, мкм кость поры поры лоры 52-75 75-100 свыше сверхлаждетия 100 ния. давле- < Юмкм