Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ СВЕРХТВЕРДЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ СВЕРХТВЕРДЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ СВЕРХТВЕРДЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: изобретение относится к области получениях сверхтвердых материалов в аппаратах высокого давления и температуры. Сущность изобретения: способ получения изделий из сверхтвердых композиционных материалов повышает режущую способность. По предлагаемому способу последовательно размещают четыре слоя: слой металлической композиции, взятый в виде тройного квазиэвтектического сплава Ti-Al-Cu, подвергают антиликвационной термообработке, размолу, сфероидизации и ультразвуковой обработке; режущий слой изготавливают из смеси порошков иодидного титана и порошков кубического нитрида бора, подвергнутых ультразвуковой обработке и плакированных металлов, и размещают на слое металлической композиции; слой подложки, изготовленный из смеси порошков плакированного кубического нитрида бора, иодидного титана и сплава Ti-Al-Cu, располагают на режущем слое; опорный слой, содержащий порошок сплава Ti-Al-Cu или смесь плакированного порошка сплава Ti-Al-Cu и сплава припоя, размещают на подложке, а воздействие давлением и температурой осуществляют одновременно при ступенчатом повышении температуры и понижении давления при изотермической выдержке. Предлагаемый способ может быть использован при изготовлении лезвийного режущего инструмента.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2098388
Класс(ы) патента: C04B35/5831
Номер заявки: 94036610/03
Дата подачи заявки: 30.09.1994
Дата публикации: 10.12.1997
Заявитель(и): Акционерное общество закрытого типа "Темп+"
Автор(ы): Белиев М.М.; Кеда А.М.; Михалев В.П.; Салтыков В.А.; Нуждин Г.А.
Патентообладатель(и): Акционерное общество закрытого типа "Темп+"
Описание изобретения: Изобретение относится к получению сверхтвердых материалов в аппаратах высокого давления и температуры и может найти применение в машиностроении при производстве лезвийного режущего инструмента.
Прототипом изобретения является способ получения изделий из сверхтвердого композиционного материала по авт. свид. СССР N 1630238, кл. С 04 В 35/58, 1994, согласно которому последовательно размещают подложку, спрессованную из смеси порошков интерметаллидов меди и титана, алмаза и кубического нитрида бора; режущий слой, содержащий кубический нитрид бора и алмаз; слой металлической композиции, содержащей интерметаллиды меди и титана и алюминий или марганец; стружколомный слой, содержащий интерметаллиды меди и титана, кубический нитрид бора и алмаз. Изделия из сверхтвердого композиционного материала по авт.свид. N 1630238 получают трехслойными: слой подложки, режущий слой и стружколомный слой, то есть с переменными физико-механическими свойствами. Однако композиты, полученные этим способом, имеют при сложных режимах резания, например при черновой обработке закаленных сталей, большой относительный износ.
Задачей изобретения является повышение режущей способности.
Это достигается тем, что металлическую композицию берут в виде тройного квазиэвтектического сплава титан алюминий медь, содержащего, мас. титан 45-75, алюминий 8-15, медь остальное, подвергают его антиликвационной термообработке, размолу и сфероидизации до размера частиц в виде сфероидов, сфер или глобул 5-315 мкм, ультразвуковой обработке с частотой 20000-40000 Гц, затем прессуют по форме изделия, режущий слой изготавливают из смеси порошков иодидного титана с размером частиц 1-5 мкм и порошков кубического нитрида бора крупной фракции с размером зерен 10-60 мкм и мелкой фракции с размером зерен 1-5 мкм с соотношением размеров зерен 1:(0,15-0,015), плакированных металлом, имеющим температуру плавления не выше 0,7-0,9 температуры плавления металлической композиции, причем перед плакированием порошки кубического нитрида бора подвергают ультразвуковой обработке, при соотношении компонентов режущего слоя, мас. иодидный титан 0,5-5; плакированный кубический нитрид бора зернистостью 1-5 мкм 0,5-5; зернистостью 10-50 мкм остальное, после чего смесь режущего слоя размещают на слое металлической композиции; подложку изготавливают из смеси плакированного порошка кубического нитрида бора с размером зерна 10-60 мкм, порошка иодидного титана с размером частиц 1-5 мкм и порошка тройного квазиэвтектического сплава титан алюминий медь с размером частиц, в 2-30 раз превышающим размер зерен кубического нитрида бора при следующем соотношении компонентов слоя подложки, мас. смесь плакированного порошка кубического нитрида бора и порошка иодидного титана 40-60; квазиэвтектический сплав титан алюминий медь остальное, и располагают на режущем слое с постоянным или переменным по высоте слоя подложки содержанием тройного квазиэвтектического сплава титан алюминий медь, причем при переменном содержании смесь подложки укладывают псевдослоями с возрастающим от поверхности контакта подложки с режущим слоем количеством сплава титан - алюминий медь; на подложке размещают опорный слой, содержащий порошок сплава титан алюминий медь или плакированные сплавом припоя порошки сплава титан алюминий медь и сплав припоя, при следующем объемном отношении слоев, металлическая композиция и режущий слой 19-80, слой подложки 80-10, опорный слой 1-10, а воздействие давлением и температурой осуществляют одновременно при ступенчатом повышении температуры: до температуры связывания титаном кислорода, до температуры плавления металла покрытия и затем до температуры плавления металлической композиции, причем при изотермической выдержке давление понижают на 1-10 кбар.
В предлагаемом способе воздействие высоким давлением и температурой на исходную шихту осуществляют следующим образом. В катлинитовый контейнер - чечевицу помещают первую нижнюю пластину нагревателя, выполненную в форме таблетки. На пластину нагревателя помещают токопроводящий формообразующий вкладыш, выполненный в виде цилиндра с внутренним отверстием, соответствующим формам многогранных пластин для режущего инструмента. Исходную шихту по способу изобретения размещают в формообразующем вкладыше слоями: слой металлической композиции, режущий слой, слой подложки и опорный слой. Сверху на заполненный формообразующий вкладыш помещают вторую верхнюю пластину нагревателя. Заполненный катлинитовый контейнер помещают в аппарат высокого давления и температуры и подвергают воздействию высоких давлений и температур.
Металлическую композицию изготавливают из тройного квазиэвтектического сплава титан алюминий медь. При применении в качестве материала пропитки двойного сплава титан медь композиты иногда имеют трещины, микротрещины и другие дефекты, что, по-видимому, объясняется концентрацией напряжений за счет наличия включений меди в структуре композита. В то время как тройной квалиэвтектический сплав титан алюминий медь хорошо смачивает зерна кубического нирида бора, образуя с ним прочные химические связи и устраняя локализацию меди в отдельных включениях, предупреждает возникновение напряжений. Исходные компоненты тройного квазиэвтектического сплава титан - алюминий медь берут в соотношении, мас. титан 45-75; алюминий 8-15; медь остальное.
Практически установлено, что наличие титана в сплаве более 75 мас. и алюминия более 15 мас. приводит к охрупчиванию материала, а уменьшение содержания титана ниже 45 мас. и алюминия менее 8 мас. снижает режущие свойства композитов при обработке закаленных сталей. Материал пропитки - металлическая композиция в виде тройного квазиэвтектического сплава титан - алюминий медь, обеспечивает необходимую глубину пропитки, прочную связь зерен кубического нитрида бора и достаточную вязкость связующего в композите. Однородность и качество материала пропитки, определяющие однородность и свойства рабочей поверхности композита и, соответственно, в итоге стабильную стойкость резцов, зависят в значительной мере от методики приготовления металлической композиции. При этом необходимо руководствоваться не только степенью однородности сплава, не только степенью измельчения, а главным образом, степенью достигаемой однородности частиц сплава, их формой, оптимальной дисперсностью частиц и их качеством. Поэтому тройной квазиэвтектический сплав подвергают антиликвационной термообработке, позволяющей достигнуть высокой степени однородности сплава. Затем сплав подвергают размолу и сфероидизации до размера частиц в виде сфероидов, сфер или глобул 5-315 мкм. Такая форма частиц сплава обеспечивает минимальную удельную поверхность и более технологична. Получение частиц сплава с размером менее 5 мкм экономически нецелесообразно, а более 315 мкм не обеспечивает плотную укладку, что может привести в дальнейшем к падению давления в камере (аппарате) высокого давления. Полученный сфероидизированный порошок подвергают ультразвуковой обработке, которая не только очищает поверхность, но и активирует ее. Экспериментально установлено, что лучший эффект достигается при частоте от 20000 до 40000 Гц. Приготовленный сфероидизированный порошок тройного квазиэвтектического сплава титан алюминий медь прессуют по форме изделия и располагают в формообразующем вкладыше в контакте с пластиной нагревателя.
Режущий слой изготавливают из смеси порошков иодидного титана и порошков кубического нитрида бора двух фракций, плакированных металлом, имеющим температуру плавления не выше 0,7-0,9 температуры плавления металлической композиции. Зерна кубического нитрида бора имеют микротрещины, дислокационные нарушения и другие поверхностные дефекты, которые являются концентраторами напряжений. Плакирование зерен кубического нитрида бора металлом, имеющим температуру плавления не выше 0,7-0,9 температуры плавления металлической композиции, например, цинком, оловом, алюминием, серебром, медью, значительно упрочняет зерна и предотвращает схватывание между зернами кубического нитрида бора, что облегчает возможность перегруппировки и миграции зерен кубического нитрида бора при появлении жидкой фазы в направлении их более плотной укладки. Плакирование металлом с температурой плавления не ыше 0,7-0,9 температуры плавления металлической композиции позволяет начать процесс перегруппировки и миграции зерен кубического нитрида бора до расплавления металлической композиции и пропитки ею режущего слоя. Ультразвуковая обработка зерен кубического нитрида бора перед плакированием обеспечивает прочное адгезионное сцепление металлической пленки с поверхностью зерна. Кроме того, плакирование улучшает смачивание порошка, облегчает пропитку, позволяя увеличить высоту получаемых композитов, и приводит к более равномерному распределению материала связующего по высоте композита. В режущем слое по способу изобретения применяют смесь плакированных порошков кубического нитрида бора крупной и мелкой фракции с размерами частиц, соответственно, 10-60 и 1-5 мкм. При использовании кубического нитрида бора зернистостью более 60 и менее 10 мкм режущие свойства композитов понижаются. Использование в смеси режущего слоя порошка кубического нитрида бора зернистостью 1-5 мкм способствует дисперсионному упрочнению связующего в готовом композите, причем экспериментально определено, что соотношение размеров зерен крупной и мелкой фракции 1:(0,15-0,015) является оптимальным и обеспечивает максимальный эффект дисперсионного упрочнения. Отклонения от выбранных соотношений в сторону уменьшения или в сторону увеличения ведут либо к разрыхлению структуры, либо к увеличению объема засыпки. Вышеуказанные плакированные порошки кубического нитрида бора смешивают с порошком иодидного титана в соотношении, мас. порошок иодидного титана 0,5-5; плакированные порошки кубического нитрида бора зернистостью 1-5 мкм 0,5-5; зернистостью 10-60 мкм остальное.
Тщательное перемешивание порошков обеспечивает равномерное распределение иодидного титана и мелкой фракции кубического нитрида бора в смеси режущего слоя. Порошок иодидного титана, имеющего большое сродство к кислороду, связывает кислород при нагреве, образуя мелкодисперсные тугоплавкие окислы, которые будучи равномерно распределенными в режущем слое оказывают дополнительное дисперсионно-упрочняющее воздействие. Наличие в смеси режущего слоя менее 0,5 мас. иодидного титана и 0,5 мас. мелкозернистого кубического нитрида бора не оказывает заметного положительного влияния, более 5 мас. иодидного титана и 5 мас. мелкозернистого кубического нитрида бора приводит к понижению режущих свойств композитов. Смесь порошков режущего слоя размещают в формообразующем вкладыше на слое металлической композиции.
Для достижения наибольшей степени консолидации слоев композита и получения единой неразрывной связи режущего слоя и подложки, предупреждения образования трещин за счет устранения напряжений в объеме композита и целостности материала композита, подложку изготавливают из смеси плакированного порошка кубического нитрида бора с размером частиц 10-60 мкм, иодидного титана с размером частиц 1-5 мкм и тройного квазиэвтектического сплава титан алюминий медь при следующем соотношении, мас. смесь плакированного порошка кубического нитрида бора и порошка иодидного титана 40-60; квазиэвтектический сплав остальное, причем размер частиц сплава титан - алюминий медь в 2-30 раз превышает размер зерен кубического нитрида бора. Материал подложки должен иметь достаточно высокую теплопроводность, чтобы обеспечить хороший теплоотвод от режущей кромки пластины композита. При недостаточном теплоотводе на режущей кромке образуется проточка, которая при дальнейшей обработке приводит к разрушению материала сколу вершины резца. В данном способе для увеличения теплопроводности пластины композита и улучшения теплоотвода от режущей кромки размер частиц тройного квазиэвтектического сплава титан алюминий медь берут в 2-30 раз больше размера частиц кубического нитрида бора. Выход за пределы указанного соотношения ухудшает качество композита. Экспериментально установлено, что оптимальное содержание тройного квазиэвтектического сплава титан алюминий медь составляет 40-60 мас. Содержание сплава Ti-Al-Cu в слое подложки менее 40 мас. нецелесообразно из-за уменьшения теплопроводности, более 60 мас. ведет к понижению механических свойств композита, например, к уменьшению прочности.
Подложку по изобретению изготавливают двух видов в зависимости от области применения готовых пластин: с постоянным по высоте слоя подложки содержанием компонентов и с переменным. Постоянное по высоте слоя подложки содержание компонентов целесообразно применять для изготовления пластин из сверхтвердого композиционного материала, которые используются в инструменте с механическим креплением резцов. Переменное содержание компонентов по высоте слоя подложки следует использовать для изготовления пластин, которые припаивают к державке. Приготовленную смесь подложки прессуют по форме изделия и помещают на режущий слой в формообразующий вкладыш. Предварительное формование слоя подложки обеспечивает наибольшую плотность упаковки и, как следствие, возможность получения и сохранения высоких давлений в реакционном объеме аппарата высокого давления.
На подложке располагают опорный слой, содержащий сплав титан алюминий - медь или плакированные сплавом припоя порошки сплава титан алюминий медь и сплав припоя. Опорный слой, мягкий относительно более жесткой подложки, обеспечивает как хороший контакт с державкой при механическом креплении резцов, так и качественное припаивание пластины к державке. Использование в опорном слое сплава титан алюминий медь позволяет сохранять консолидацию слоев.
Исходную шихту композиционного материала размещают слоями при следующем объемном отношении, металлическая композиция и режущий слой 19-80; слой подложки 80-10; опорный слой 1-10.
Объемное отношение подобрано опытным путем и зависит от области применения пластин из сверхтвердого композиционного материала. Так, при обработке сильно закаленных сталей с высокими скоростями резания и небольшой глубиной резания целесообразно использовать пластины с тонким режущим слоем и высокой подложкой (до 19 и 80% соответственно), что позволяет за счет хорошей теплопроводности подложки увеличить ресурс стойкости пластины. При жестких режимах резания, например при обработке сталей с твердостью 40-50 НRС с большой глубиной резания высота режущего слоя должна быть больше, а высота подложки соответственно ниже. Использование пластин композитов с высотой режущего слоя менее 19% а слоя подложки более 80% будет создавать трудности при резании, а с высотой режущего слоя более 80% а слоя подложки менее 10% будет ухудшать теплоотвод. При механическом креплении пластины можно использовать невысокий опорный слой, однако слой высотой менее 1% будет создавать технологические трудности его реализации. При припаивании пластин к державке можно использовать относительно высокий опорный слой, однако при увеличении высоты слоя более 10% возможна потеря прочности композита.
Воздействие давления и температуры на заготовку исходной шихты осуществляют одновременно при ступенчатом возрастании температуры: до температуры связывания титаном кислорода, обеспечивающего дисперсионное упрочнение окислами, до температуры плавления металла покрытия, что обеспечивает уплотнение порошка кубического нитрида бора путем перегруппировки и соответственно, увеличивает плотность композитов и затем до температуры плавления металлической композиции. Понижение давления во время изотермической выдержки при температуре плавления металлической композиции уменьшает внутренние напряжения в материале композита, что обеспечивает получение композитов без микротрещин, то есть повышает прочностные свойства композитов. Понижение давления во время изотермической выдержки менее 1 кбар не оказывает заметного влияния, а более 10 кбар понижает свойства композитов.
Композиты по способу получают трехслойными: режущий слой, слой подложки и опорный слой.
Способ по изобретению позволяет в полной мере реализовать высокие свойства сверхтвердого порошка кубического нитрида бора за счет комплексного использования преимуществ плакирования, антиликвационной термообработки, сфероидизации, ультразвуковой обработки, прецизионных составов металлической композиции, режущего слоя, подложки, опорного слоя, что особенно важно для материалов инструментального назначения.
Предложенный способ иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1. В катлинитовый контейнер чечевицу камеры высокого давления в цилиндрическое отверстие, которое представляет собой реакционный объем, помещают первую нижнюю пластину нагревателя, выполненную в форме таблетки, диаметр которой равен диаметру отверстия в чечевице. Нагреватель выполняют из смеси графита с катлинитом в соотношении 1:1, что обеспечивает высокую температуру в месте контакта с твердосплавной камерой высокого давления, где максимальный теплоотвод. На пластину нагревателя в чечевицу камеры высокого давления помещают токопроводящий формообразующий вкладыш из графита, выполненный в виде цилиндра с внутренним отверстием, соответствующим формам многогранных пластин для режущего инструмента. Внутренняя часть формообразующего вкладыша представляет собой рабочий объем. Приготавливают металлическую композицию связующего из тройного квазиэвтектического сплава титан алюминий медь, взятого в соотношении, мас. Ti 45; Al 8; Cu 47; подвергают его антиликвационной термообработке, размолу и сфероидизации до размера частиц в виде сфероидов, сфер или глобул 315 мкм, затем ультразвуковой обработке с частотой 20000 Гц, после чего прессуют по форме внутреннего отверстия формообразующего вкладыша. Спрессованную металлическую композицию располагают на формообразующем вкладыше в контакте с пластиной нагревателя. Режущий слой изготавливают из смеси порошков иодидного титана с размером частиц 5 мкм и порошков кубического нитрида бора крупной фракции с размером зерен 60 мкм и мелкой фракции с размером зерен 1 и 5 мкм с соотношением размеров зерен 1: 0,017 и 1: 0,083 соответственно, плакированных цинком или оловом, имеющими температуры плавления 419 и 232oС, причем перед плакированием порошки кубического нитрида бора подвергают ультразвуковой обработке с частотой 20000 Гц. Компоненты режущего слоя берут в соотношении, мас. иодидный титан 0,5; плакированный кубический нитрид бора зернистостью 1 мкм и 5 мкм 0,5; плакированного кубического нитрида бора зернистостью 60 мкм 99. После чего смесь режущего слоя размещают в формообразующем вкладыше на слое металлической композиции.
Подложку изготавливают из смеси плакированного цинком или оловом порошка кубического нитрида бора с размером зерен 60 мкм, порошка иодидного титана с размером частиц 5 мкм и порошка тройного квазиэвтектического сплава титан - алюминий медь с размером частиц 1,8 мм, то есть в 30 раз превышающем размер зерен кубического нитрида бора. Компоненты слоя подложки берут в соотношении: смесь плакированного порошка кубического нитрида бора и порошка иодидного титана 40 мас. квазиэвтектический сплав титан алюминий медь 60 мас. прессуют и располагают в формообразующем вкладыше на режущем слое.
Подложку изготавливают в зависимости от области применения готовых пластин двух видов: с постоянным по высоте слоя подложки содержанием компонентов и с переменным. При переменном содержании компонентов смесь подложки укладывают псевдослоями с возрастающим от поверхности контакта подложки с режущим слоем количеством сплава титан алюминий медь.
Опорный слой приготавливают из смеси порошка сплава Ti-Al-Cu предварительно плакированного сплавом припоя и порошка сплава припоя, прессуют и располагают в формообразующем вкладыше на слое подложки.
Слои укладывают при следующем объемном отношении: металлическая композиция и режущий слой 80% слой подложки 10% опорный слой 10%
Сверху на формообразующий вкладыш в контакте с опорным слоем располагают вторую верхнюю пластину нагревателя, выполненную также в форме таблетки с диаметром, равным внешнему диаметру формообразующего вкладыша.
Заполненную чечевицу помещают в аппарат высокого давления и температуры и подвергают одновременному действию давления и температуры. Температуру повышают ступенчато, сначала до температуры плавления цинка (419oС) или олова (232oС), потом до температуры связывания титаном кислорода 530-550oС, затем до температуры плавления металлической композиции порядка 1100oС. При достижении давления порядка 30 кбар и температуры порядка 1100oС при изотермической выдержке 25 с снижают давление на 10 кбар. После снижения давления до атмосферного, а температуры до комнатной получают пластину композита. Пластины резцов из этих композитов разных форм (квадратные, круглые, ромбические, трехгранные) при черновой обработке закаленной стали ХВГ с твердостью НRС 60 показывают относительный износ hз/l 0,008.
Пример 2. В катлинитовый контейнер чечевицу камеры высокого давления в цилиндрическое отверстие помещают первую нижнюю пластину нагревателя, выполненную в форме таблетки. На пластину нагревателя помещают токопроводящий формообразующий вкладыш из графита, выполненный в виде цилиндра с внутренним отверстием, соответствующим формам многогранных пластин для режущего инструмента. Внутренняя часть формообразующего вкладыша представляет собой рабочий объем. Приготавливают металлическую композицию связующего из тройного квазиэвтектического сплава титан алюминий медь, взятого в соотношении, мас. Ti 60; Al 12; Cu 28, подвергают его антиликвационной термообработке, размолу и сфероидизации до размера частиц в виде сфероидов, сфер или глобул 150 мкм, затем ультразвуковой обработке с частотой 30000 Гц, после чего прессуют по форме внутреннего отверстия формообразующего вкладыша. Спрессованную металлическую композицию располагают в формообразующем вкладыше в контакте с пластиной нагревателя.
Режущий слой изготавливают из смеси порошков иодидного титана с размером частиц 2 мкм и порошков кубического нитрида бора крупной фракции с размером зерен 28 и 10 мкм и мелкой фракции с размером зерен 1 мкм с соотношением размеров зерен 1:0,036 и 1:0,1, соответственно, плакированных алюминием, имеющим температуру плавления 660oС, причем перед плакированием порошки кубического нитрида бора подвергают ультразвуковой обработке с частотой 30000 Гц. Компоненты режущего слоя берут в соотношении, мас. иодидный титан 3; плакированный алюминием кубический нитрид бора зернистостью 1 мкм З; плакированный алюминий кубический нитрид бора зернистостью 28 мкм и 10 мкм 94. После чего смесь режущего слоя размещают в формообразующем вкладыше на слое металлической композиции. Подложку изготавливают из смеси плакированного алюминием порошка кубического нитрида бора с размером зерна 28 мкм, порошка иодидного титана с размером частиц 2 мкм и порошка тройного квазиэвтектического сплава титан алюминий медь с размером частиц 315 мкм, то есть в 11 раз превышающим размер зерен кубического нитрида бора. Компоненты слоя подложки берут в соотношении: 50 мас. смеси плакированного алюминием порошка кубического нитрида бора и порошка иодидного титана и 50 мас. квазиэвтектического сплава титан алюминий медь, и располагают в формообразующем вкладыше на режущем слое. Подложку в зависимости от области применения композитов можно изготавливать двух видов: с постоянным или с переменным содержанием компонентов по высоте слоя подложки.
Опорный слой приготавливают из смеси порошков сплава Ti-Aд-Cu предварительно плакированного сплавом припоя, прессуют и располагают в формообразующем вкладыше на слое подложки. Вышеуказанные слои укладывают в формообразующий вкладыш при следующем объемном отношении: металлическая композиция и режущий слой 50% слой подложки 45% опорный слой 5%
Сверху на формообразующий вкладыш в контакте с опорным слоем располагают вторую верхнюю пластину нагревателя, выполненную также в форме таблетки с диаметром, равным внешнему диаметру формообразующего вкладыша.
Заполненную чечевичу помещают в аппарат высокого давления и температуры и подвергают одновременному действию давления и температуры. Температуру повышают ступенчато, сначала до температуры связывания титаном кислорода 530-550oС, потом до температуры плавления алюминия 660oС, затем до температуры плавления металлической композиции порядка 1200oС. При достижении давления порядка 30 кбар и температуры порядка 1200oС при изотермической выдержке 20 с снижают давление на 5 кбар. После снижения давления до атмосферного, а температуры до комнатной получают пластину композита. Пластины резцов из этих композитов разных форм: квадратные, круглые, ромбические, трехгранные при черновой обработке закаленной стали ХВГ с твердостью НRС 60 показывают относительный износ hз/L 0,005.
Пример 3. В катлинитовый контейнер чечевицу камеры высокого давления в цилиндрическое отверстие помещают первую нижнюю пластину нагревателя, выполненную в форме таблетки. На пластину нагревателя помещают токопроводящий формообразующий вкладыш из графита, выполненный в виде цилиндра с внутренним отверстием, соответствующим формам многогранных пластин для режущего инструмента. Внутренняя часть формообразующего вкладыша представляет собой рабочий объем. Приготавливают металлическую композицию связующего из тройного квазиэвтектического сплава титан алюминий медь, взятого в соотношении, мас. Ti 75; Al 15; Сu 10, подвергают его антиликвационной термообработке, размолу и сфероидизации до размера частиц в виде сфероидов, сфер или глобул 5 мкм, затем ультразвуковой обработке с частотой 40000 Гц, после чего прессуют по форме внутреннего отверстия формообразующего вкладыша, то есть по форме изделия. Спрессованную металлическую композицию располагают в формообразующем вкладыше в контакте с пластиной нагревателя. Режущий слой изготавливают из смеси порошков иодидного титана с размером частиц 1 мкм и порошков кубического нитрида бора крупной фракции с размером зерен 20 мкм и мелкой фракции с размером зерен 3 и 1 мкм с соотношением размеров зерен 1:0,15 и 1:0,05, соответственно, плакированных серебром (Тпл 961oС) или медью (Тпл 1083oС), причем перед плакированием порошки кубического нитрида бора подвергают ультразвуковой обработке с частотой 40000 Гц. Компоненты режущего слоя берут в соотношении, мас. иодидный титан 5; плакированный кубический нитрид бора зернистостью 3 мкм и 1 мкм 5; плакированного кубического нитрида бора зернистостью 20 мкм 90. Смесь режущего слоя размещают в формообразующем вкладыше на слое металлической композиции.
Подложку изготавливают из смеси плакированного кубического нитрида бора с размером зерен 10 мкм, порошка иодидного титана с размером частиц 1 мкм и порошка тройного квазиэвтектического сплава титан алюминий медь с размером частиц 20 мкм, то есть в 2 раза превышающим размер зерен кубического нитрида бора. Компоненты слоя подложки берут в соотношении: 60 мас. смеси плакированного порошка кубического нитрида бора и 40 мас. квазиэвтектического сплава титан алюминий медь и располагают в формообразующем вкладыше на опорны слой приготавливают из порошка сплава титан алюминий медь, прессуют и располагают в формообразующем вкладыше на слое подложки.
Вышеуказанные слои укладывают в формообразующий вкладыш при следующем объемном отношении: 19% металлическая композиция и режущий слой, 80% слой подложки, 1% опорный слой.
Сверху на формообразующий вкладыш в контакте с опорным слоем располагают вторую верхнюю пластину нагревателя, выполненную также в форме таблетки с диаметром, равным внешнему диаметру формообразующего вкладыша.
Заполненную чечевицу помещают в аппарат высокого давления и температуры и подвергают одновременному действию давления и температуры. Температуру повышают ступенчато, сначала до температуры связывания титаном кислорода 530-550oС, потом до температуры плавления 961oС или Cu 1088oС, затем до температуры плавления металлической композиции порядка 1250oС. При достижении давления порядка 30 кбар и температуры порядка 1250oС при изотермической выдержке 15 с снижают давление на 1 кбар. После снижения давления до атмосферного, а температуры до комнатной получают пластину композита. Пластины резцов из этих композитов при обработке закаленной стали ХВГ с твердостью НРС 60 показывают относительный износ hз/l 0,005-0,006.
Способ позволяет получать композиты, режущие пластины из которых показывают небольшой относительный износ при сложных режимах течения. При черновой обработке закаленной стали ХВГ твердостью НРС 60 пластины из композитов, полученных по способу прототипа показывают относительный износ hз/L≈0,01, в то время как режущие пластины из композитов, полученных по предлагаемому способу показывают относительный износ hз/L до 0,005. Значительное уменьшение относительного износа позволяет использовать композиты, полученные предлагаемым способом при изготовлении лезвийного режущего инструмента для обработки как закаленных конструкционных и легированных сталей, так и в состоянии поставки. Пластины резцов из сверхтвердых композиционных материалов можно использовать на станках с ЧПУ при автоматическом производстве.
Формула изобретения: Способ получения изделий из сверхтвердых композиционных материалов путем последовательного размещения слоя металлической композиции, содержащей титан, медь и алюминий, режущего слоя, содержащего кубический нитрид бора, подложки, содержащей медь, титан и кубический нитрид бора, с последующим воздействием высокого давления и температуры, отличающийся тем, что металлическую композицию берут в виде тройного квазиэвтектического сплава титан алюминий медь, содержащего, мас.
Титан 45 75
Алюминий 8 15
Медь Остальное
подвергают его антиликвационной термообработке, размолу и сфероидизации до размера частиц в виде сфероидов, сфер или глобул 5 315 мкм, ультразвуковой обработке с частотой 20000 40000 Гц, затем прессуют по форме изделия, режущий слой изготавливают из смеси порошков иодидного титана с размером частиц 1 5 мкм и порошков кубического нитрида бора крупной фракции с размером зерен 10 60 мкм и мелкой фракции с размером зерен 1 5 мкм с соотношением размеров зерен 1 0,15 0,015, плакированных металлом, имеющим температуру плавления не выше 0,7 0,9 температуры плавления металлической композиции, причем перед плакированием порошки кубического нитрида бора подвергают ультразвуковой обработке при соотношении компонентов режущего слоя, мас.
Иодидный титан 0,5 5,0
Плакированный кубический нитрид бора зернистостью
1 5 мкм 0,5 5,0
10 60 мкм Остальное
после чего смесь режущего слоя размещают на слое металлической композиции, подложку изготавливают из смеси плакированного порошка кубического нитрида бора с размером зерна 10 60 мкм, порошка иодидного титана с размером частиц 1 5 мкм и порошка тройного квазиэвтектического сплава титан - алюминий медь с размером частиц, в 2 30 раз превышающим размер зерен кубического нитрида бора, при следующем соотношении компонентов слоя подложки, мас.
Смесь плакированного порошка кубического нитрида бора и порошка иодидного титана 40 60
Квазиэвтектический сплав титан алюминий медь Остальное
и располагают на режущем слое с постоянным или переменным по высоте слоя подложки осодержанием тройного квазиэвтектического сплава титан алюминий - медь, причем при переменном содержании смесь подложки укладывают псевдослоями с возрастающим от поверхности контакта подложки с режущим слоем количеством сплава титан алюминий медь, на подложке размещают опорный слой, содержащий порошок сплава титан алюминий медь или плакированные сплавом припоя порошки сплава титан алюминий медь и сплав припоя при следующем объемном отношении слоев,
Металлическая композиция и режущий слой 19 80
Слой подложки 80 10
Опорный слой 1 10
а воздействие давлением и температурой осуществляют одновременно при ступенчатом повышении температуры: до температуры связывания титаном кислорода, до температуры плавления металла покрытия и затем до температуры плавления металлической композиции, причем при изотермической выдержке давление понижают на 1 10 кбар.