close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY14921

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2011.10.30
(12)
(51) МПК (2009)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 14921
(13) C1
(19)
C 04B 35/583
B 01J 3/06
КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ
НА ОСНОВЕ КУБИЧЕСКОГО НИТРИДА БОРА
(21) Номер заявки: a 20091822
(22) 2009.12.21
(43) 2011.08.30
(71) Заявитель: Государственное научнопроизводственное объединение
"Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси
по материаловедению" (BY)
(72) Автор: Старченко Игорь Михайлович (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научно-производственное объединение
"Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по
материаловедению" (BY)
(56) BY 10217 C1, 2008.
BY 10930 C1, 2008.
BY 7925 C1, 2006.
BY 10863 C1, 2008.
WO 2003/086971 A1.
RU 2296727 C2, 2007.
WO 92/17618 A1.
RU 2002133103 A, 2004.
BY 14921 C1 2011.10.30
(57)
Композиционный материал на основе кубического нитрида бора, включающий нитрид
титана, нитрид алюминия и кубический нитрид бора, отличающийся тем, что дополнительно содержит ультрадисперсные алмазы при следующем соотношении компонентов, мас. %:
нитрид титана
20-35
нитрид алюминия
5-15
кубический нитрид бора
40-74
ультрадисперсные алмазы
1-10.
Изобретение относится к производству сверхтвердых материалов при высоких давлениях и температурах и предназначено для инструментального производства для оснащения
лезвийных инструментов, которые работают в условиях непрерывного и прерывистого
резания закаленных сталей, чугунов, твердых сплавов и других труднообрабатываемых
материалов.
Известен композиционный материал, получаемый из смеси 95-85 мас. % порошка
кубического нитрида бора с размерами частиц менее 10 мкм, 5-15 мас. % металлической
добавки в виде смеси в соотношении от 2,3:1 до 1,8:1 порошка алюминия и магния с размерами частиц менее 40 мкм воздействием давления в пределах от 6 до 8 ГПа и температуры от 1500 до 1700 °С в течение времени от 30 до 90 с, затем температуры от 900 до
1000 °С с выдержкой в течение от 30 до 90 с [1].
Недостатком композиционного материала являются невысокие пластические свойства, приводящие к снижению эксплуатационных показателей.
В качестве прототипа выбран композиционный материал [2], включающий компоненты, взятые в соотношениях, выраженных в мас. %: нитрид титана - 20-35, нитрид алюминия - 5-15, алюминия - 1-10, кубический нитрид бора - 40-74.
BY 14921 C1 2011.10.30
Недостатком данного композиционного материала является недостаточное соотношение пластичности и хрупкости связующего материала, связанное с использованием в качестве компонентов связующего "чужеродных" кубическому нитриду бора материалов с
отличающимися от него различными коэффициентами термического расширения. Это
приводит к недостаточной эксплуатационной стойкости режущего инструмента.
Задачей настоящего изобретения является улучшение свойств связующей составляющей композиционного материала на основе кубического нитрида бора.
Поставленная задача достигается тем, что в композиционный материал на основе кубического нитрида бора, включающий нитрид титана, нитрид алюминия и кубический
нитрид бора, дополнительно вводятся ультрадисперсные алмазы при следующем соотношении компонентов, мас. %:
нитрид титана
20-35
нитрид алюминия
5-15
кубический нитрид бора
40-74
ультрадисперсные алмазы
1-10.
Улучшение свойств композиционного материала в значительной степени достигается
благодаря тому, что в состав связки для микропорошков кубического нитрида бора кроме
нитрида титана, нитрида алюминия входит ультрадисперсный алмаз с размерами частиц
порядка 4 нм. Ультрадисперсные алмазы приводят к получению тончайших цементирующих зерна кубического нитрида бора прослоек и получению более плотной структуры
композиционного материала. Нет необходимости в трудоемкой операции нанесения покрытий из борида или нитрида титана на порошки кубического нитрида бора.
Величина пористости композиционного материала в основном не превосходит 0,2-0,3 %.
Заготовки обладают более высокими коэффициентом трещиностойкости (14-17 МПа⋅м1/2)
и твердостью (38-42 ГПа по Кнуппу).
Стойкость резцов при обработке стали ХВТ 62 HRC при скорости точения 80100 м/мин, продольной подаче 0,1 мм/об, глубине точения 0,5 мм составила 80-90 мин.
Сверхтвердый композиционный материал на основе кубического нитрида бора характеризуется следующими примерами.
Пример 1.
Спрессованную при давлении 2,1 кгс/см2 заготовку в виде таблетки, состоящую из
смеси порошков нитрида титана (20 мас. %), нитрида алюминия (5 мас. %), ультрадисперсного алмаза (1 мас. %) с размерами частиц 4-6 нм и микропорошка кубического нитрида бора с размерами частиц 1-5 мкм в качестве основной фракции, тщательно смешанных в
спирте в течение 2 ч, помещают внутрь трубчатого графитового нагревателя, предварительно размещенного в контейнере высокого давления, с торцов которого устанавливают
заглушки, спрессованные из смеси графита и гексагонального нитрида бора. Контейнер
помещают в камеру высокого давления, в которой сжимают шихту при давлении 4,5 ГПа,
затем проводят термообработку при температуре 700 °С в течение 5 с, затем при 1300 °С в
течение 10 с и, наконец, при 1700 °С в течение 15 с. Нагрев отключают, выдерживают
таблетку под давлением в течение 10 с, после чего давление снижают до атмосферного.
Величина пористости материала - 0,3 %. Коэффициент трещиностойкости - 14 МПа⋅м1/2;
твердость - 38 ГПа по Кнуппу.
Из полученной заготовки готовят пластину RNMN 120408, которую испытывают на
режущую способность при обработке стали марки 9 XC твердостью HRC 62-66 при непрерывном точении при скорости резания 100 м/мин, подаче 0,1 мм/об, глубине резания
0,2 мм. При точении в течение 30 мин износ составляет 0,08.
Пример 2.
Выполняют те же операции, что и в примере 1, только используют таблетку, состоящую из смеси порошков нитрида титана (30 мас. %), нитрида алюминия (10 мас. %), ультрадисперсного алмаза (2 мас. %) и микропорошка кубического нитрида бора с размерами
2
BY 14921 C1 2011.10.30
частиц 1-5 мкм. Давление обработки составляет 5 ГПа, а спекание производят вначале при
температуре 800 °С в течение 10 с, затем при 1400 °С в течение 20 с и, наконец, при
1800 °С в течение 20 с. Затем нагрев отключают, выдерживают под давлением в течение
10 с, после чего давление снижают до атмосферного.
Величина пористости материала - 0,2 %. Коэффициент трещиностойкости - 16 МПа⋅м1/2;
твердость - 40 ГПа по Кнуппу.
Из полученной заготовки готовят пластину RNMN 120408, которую испытывают на
режущую способность при обработке стали марки 9 XC твердостью HRC 62-66 при непрерывном точении при скорости резания 100 м/мин, подаче 0,1 мм/об, глубине резания
0,2 мм. При точении в течение 30 мин износ составил 0,07 мм.
Пример 3.
Выполняют те же операции, что и в примере 1, только используют таблетку, состоящий из смеси порошков нитрида титана (35 мас. %), нитрида алюминия (15 мас. %), ультрадисперсного алмаза (10 мас. %) и микропорошка кубического нитрида бора с
размерами частиц 1-5 мкм. Давление составляет 5,5 ГПа, а спекание производят вначале
при температуре 900 °С в течение 10 с, затем при 1500 °С в течение 20 с и при 1900 °С в течение 60 с. Нагрев отключают, выдерживают таблетку под давлением в течение 10 с, после чего давление снижают до атмосферного.
Величина пористости материала - 0,2 %. Коэффициент трещиностойкости - 17 МПа⋅м1/2;
твердость - 42 ГПа по Кнуппу.
Из полученной заготовки готовят пластину RNMN 120408, которую испытывают на
режущую способность при обработке закаленной стали марки 9 XC твердостью HRC 6266 при непрерывном точении при скорости резания 100 м/мин, подаче 0,1 мм/об, глубине
резания 0,2 мм. При точении в течение 30 мин износ составил 0,07 мм.
Преимуществом изготовления такого сверхтвердого композиционного материала при
работе его в режущем инструменте при непрерывном и прерывистом точении является
простота изготовления.
Для сопоставления физико-механических свойств композиционных сверхтвердых материалов на основе кубического нитрида бора по данному изобретению и прототипу были
изготовлены образцы по способу-прототипу. Данные сравнительных испытаний сведены в
таблицу.
Коэффици- Износ при
ТемСостав
ДавлеВремя Пори- Твердость ент трещиточении
пераисходной
№
ние,
обра- стость, по Кнуп- ностойкости стали 9XC
тура,
шихты,
K1C,
ГПа
ботки, с
%
пу, ГПа
в течение
мас. %
°С
1/2
30 мин, мм
МПа⋅м
Известная шихта (прототип)
1
2
3
TiN - 20
AlN - 5
Аl - 1
КНБ - 74
TiN - 30
AlN - 10
Аl - 1
КНБ - 58
TiN - 35
AlN - 15
Аl - 10
КНБ - 40
4,5
5,0
5,5
700
1300
1700
20
800
1400
1800
20
900
1500
900
20
5
10
15
10
10
20
60
10
10
20
60
10
3
0,5
37
14
0,10
0,3
38
12
0,08
0,4
40
16
0,09
BY 14921 C1 2011.10.30
Продолжение табл.
Заявляемая шихта
4
5
6
TiN - 20
AlN - 5
УДА - 1
КНБ - 74
TiN - 30
AlN - 10
УДА - 2
КНБ - 58
TiN - 35
AlN - 15
УДА - 10
КНБ - 40
4,5
5,0
5,5
700
1300
1700
20
800
1400
1800
20
900
1500
1900
20
5
10
15
10
10
20
20
10
10
20
60
10
0,3
38
14
0,08
0,2
40
16
0,07
0,2
42
17
0,07
Источники информации:
1. Патент РФ 2002133103, 2004.
2. Патент РБ 10217, 2008.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
89 Кб
Теги
by14921, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа