RU2579598C2 - Method for making jet forming nozzles - Google Patents
Method for making jet forming nozzles Download PDFInfo
- Publication number
- RU2579598C2 RU2579598C2 RU2013111286/05A RU2013111286A RU2579598C2 RU 2579598 C2 RU2579598 C2 RU 2579598C2 RU 2013111286/05 A RU2013111286/05 A RU 2013111286/05A RU 2013111286 A RU2013111286 A RU 2013111286A RU 2579598 C2 RU2579598 C2 RU 2579598C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- diamond
- binder
- nozzle
- nitriding
- titanium
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
- B24C5/00—Devices or accessories for generating abrasive blasts
- B24C5/02—Blast guns, e.g. for generating high velocity abrasive fluid jets for cutting materials
- B24C5/04—Nozzles therefor
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/25—Diamond
- C01B32/28—After-treatment, e.g. purification, irradiation, separation or recovery
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C26/00—Alloys containing diamond or cubic or wurtzitic boron nitride, fullerenes or carbon nanotubes
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Geology (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
Description
Область техники. Изобретение относится к области производства струеформирующих сопел, которые могут быть использованы, например, для очистки поверхностей, удаления покрытий, создания шероховатости на поверхности, для резки и разделения материалов.The field of technology. The invention relates to the field of production of jet-forming nozzles, which can be used, for example, for cleaning surfaces, removing coatings, creating surface roughness, for cutting and separation of materials.
Предшествующий уровень техники. Струеформирование обычно осуществляется путем подачи под большим давлением воды или газа через сопло с небольшим отверстием. В зависимости от вида обработки в струю могут быть введены абразивные наполнители. Для точной и эффективной обработки материалов сопло должно формировать компактную хорошо сфокусированную струю и сохранять ее компактность длительное время. На стенках рабочего отверстия сопла при прохождении воздушной или водяной струи образуется пристеночный турбулентный слой, обладающий тормозящим эффектом, который нарушает параллельность потока. Поэтому качество обработки рабочего отверстия оказывает существенное влияние на образование компактной струи. Кроме того, в результате абразивного воздействия струи на стенки рабочего отверстия сопла происходит струйное истирание стенок, на последних появляются следы износа, приводящие к нарушению компактности струи, к потере напора и росту сил сопротивления. В этом случае необходима замена сопла на новое. Следует также учитывать, что сопло является дорогостоящим элементом в струеформирующих устройствах, поэтому частая замена сопла приводит к увеличению затрат на струйную обработку.The prior art. Structuring is usually carried out by supplying water or gas under high pressure through a nozzle with a small hole. Depending on the type of treatment, abrasive fillers may be introduced into the stream. For accurate and efficient material processing, the nozzle must form a compact, well-focused jet and maintain its compactness for a long time. On the walls of the nozzle orifice during the passage of an air or water jet, a near-wall turbulent layer is formed, which has an inhibitory effect, which violates the parallel flow. Therefore, the processing quality of the working hole has a significant impact on the formation of a compact jet. In addition, as a result of the abrasive action of the jet on the walls of the nozzle’s working hole, abrasion of the walls occurs, the traces of wear appear on the latter, leading to a violation of the compactness of the jet, to a loss of pressure and an increase in resistance forces. In this case, you need to replace the nozzle with a new one. It should also be borne in mind that the nozzle is an expensive element in jet forming devices, so frequent replacement of the nozzle leads to an increase in the cost of blasting.
Вполне очевидно, что износостойкость сопла в большей степени зависит комплексно от материала, из которого оно изготовлено, и от вида обработки, которой подвергается материал сопла при его изготовлении.It is obvious that the wear resistance of the nozzle to a greater extent depends comprehensively on the material from which it is made, and on the type of processing to which the nozzle material is subjected during its manufacture.
Известно, что для изготовления сопел используются различные поликристаллические сверхтвердые материалы, содержащие порошки алмаза и связующую среду. Такие материалы имеют высокую твердость, благодаря большому содержанию в них алмазных порошков имеют низкий коэффициент трения, высокую теплопроводность, высокую износостойкость и соответственно имеют высокую долговечность.It is known that for the manufacture of nozzles, various polycrystalline superhard materials are used containing diamond powders and a binder medium. Such materials have high hardness, due to the high content of diamond powders in them, they have a low coefficient of friction, high thermal conductivity, high wear resistance and, accordingly, have high durability.
Известен способ получения поликристаллического алмаза (RU 1029555, опублик. 20.07.1999 г.), который включает воздействие сверхвысокого давления при высокой температуре на полую заготовку из углеродсодержащего материала с размещенным в ней металлом-катализатором. С целью повышения абразивной стойкости и размеров поликристаллов в полость заготовки дополнительно вводят тугоплавкий материал в количестве 4-90% от объема углеродсодержащего материала. Тугоплавкий материал выбирают из группы: титан, гафний, ванадий, цирконий, ниобий, молибден, тантал, вольфрам, рений, хром, их сплавы или соединения с углеродом, азотом или кремнием, графитоподобный нитрид бора, оксид алюминия.A known method of producing polycrystalline diamond (RU 1029555, published. 07/20/1999), which includes the action of ultra-high pressure at high temperature on a hollow billet of carbon-containing material with a metal catalyst placed in it. In order to increase the abrasion resistance and the size of polycrystals, a refractory material is additionally introduced into the cavity of the preform in an amount of 4-90% of the volume of carbon-containing material. Refractory material is selected from the group: titanium, hafnium, vanadium, zirconium, niobium, molybdenum, tantalum, tungsten, rhenium, chromium, their alloys or compounds with carbon, nitrogen or silicon, graphite-like boron nitride, aluminum oxide.
Недостатком указанного материала является практическая невозможность его использования при изготовлении соплового инструмента в связи со значительным диаметром дефектной области композита (2,5-4 мм) по сравнению с диаметром сопла инструмента (0,2-1 мм).The disadvantage of this material is the practical impossibility of its use in the manufacture of nozzle tools due to the significant diameter of the defective region of the composite (2.5-4 mm) compared with the diameter of the nozzle of the tool (0.2-1 mm).
Известен термостойкий композиционный алмазный спеченный материал (RU №2312844, опублик. 2003 г.), который может быть использован как в режущих инструментах, а также как износостойкий материал, работающий в условиях трения. Материал получают при высоких давлениях (P=7,7 ГПа) и высоких температурах (Т=2100°C) спеканием алмазных порошков с размерностью зерен менее 200 нм без использования спекающей добавки. Материалу может быть придана различная конфигурация посредством лазерной или электроэрозионной обработки, шлифования и полирования. Так как в материале отсутствует связующее, он имеет высокую твердость - 85 ГПа по Викерсу и высокую износостойкость.Known heat-resistant composite diamond sintered material (RU No. 2312844, published. 2003), which can be used both in cutting tools, and also as a wear-resistant material operating in friction conditions. The material is obtained at high pressures (P = 7.7 GPa) and high temperatures (T = 2100 ° C) by sintering diamond powders with grain sizes less than 200 nm without the use of a sintering additive. The material can be given a different configuration through laser or EDM, grinding and polishing. Since there is no binder in the material, it has a high hardness of 85 GPa according to Vickers and high wear resistance.
Недостаток материала заключается в том, что для его изготовления требуются достаточно высокие давления и очень высокие температуры. Оборудование, на котором реализуются эти условия, не позволяет изготавливать материал больших размеров, поэтому материал имеет узкий диапазон применения.The disadvantage of the material is that for its manufacture requires a sufficiently high pressure and very high temperatures. Equipment that implements these conditions does not allow the manufacture of large-sized material; therefore, the material has a narrow range of applications.
Известен способ изготовления сопла (US 2002142709, опублик. 2002 г.). Для изготовления сопла используется износостойкий спеченный поликристаллический алмазный материал, получаемый с использованием высоких давлений и температур. Материал изготавливается спеканием алмазных порошков в присутствии катализатора. Катализатор может быть представлен в виде порошка, который смешивается с алмазным порошком, либо катализатор может быть введен в слой алмазного порошка пропиткой. В качестве катализатора-связующего может быть использован кобальт или сплав кобальта, например, с никелем. Материал имеет достаточную износостойкость и электропроводность. Спеченный алмазный материал подвергается обработке с помощью электроискрового или лазерного резания или других видов обработки для получения внешних размеров. В полученной заготовке электроискровым сверлением формируют рабочее отверстие и обрабатывают шлифованием и полированием.A known method of manufacturing a nozzle (US 2002142709, published. 2002). For the manufacture of the nozzle, wear-resistant sintered polycrystalline diamond material obtained using high pressures and temperatures is used. The material is made by sintering diamond powders in the presence of a catalyst. The catalyst can be presented in the form of a powder, which is mixed with diamond powder, or the catalyst can be introduced into the layer of diamond powder by impregnation. As a binder catalyst, cobalt or an alloy of cobalt, for example, with nickel, can be used. The material has sufficient wear resistance and electrical conductivity. Sintered diamond material is processed using spark or laser cutting or other types of processing to obtain external dimensions. In the resulting workpiece by electric spark drilling, a working hole is formed and processed by grinding and polishing.
Недостаток известного способа заключается в следующем. Структура спеченного алмазного материала представляет собой алмазные зерна, связанные друг с другом связующим материалом, физико-механические характеристики которого существенно уступают алмазу. При эксплуатации сопла стенки рабочего отверстия под воздействием абразивосодержащей струи, проходящей через это отверстие под высоким давлением, будут подвергаться износу. При этом износ стенок будет происходить локально по всей поверхности в тех местах, где находится металлическая фаза, образуя так называемые эрозии. Наличие эрозий на поверхности рабочего отверстия нарушает прямолинейность потока, в водном или газовом потоке образуются завихрения, которые нарушают компактность струи, в результате уменьшается ее скорость, увеличивается потеря энергии. Все это приводит к снижению эффективности обработки деталей.The disadvantage of this method is as follows. The structure of the sintered diamond material is diamond grains, bonded to each other by a binder material, the physical and mechanical characteristics of which are significantly inferior to diamond. When operating the nozzle, the walls of the working hole under the influence of an abrasive-containing jet passing through this hole under high pressure will be subject to wear. In this case, wall wear will occur locally over the entire surface in those places where the metal phase is located, forming the so-called erosion. The presence of erosion on the surface of the working hole violates the straightness of the flow, turbulence forms in the water or gas flow, which violate the compactness of the jet, as a result, its speed decreases, and the energy loss increases. All this leads to a decrease in the efficiency of processing parts.
Прототипом предложенного изобретения является способ изготовления струеформирующего сопла (WO 2008032272, опублик. 2008 г.) из поликристаллического алмазного материала, содержащего в качестве связующей среды кобальт, кремний и карбид кремния с использованием аппарата для синтеза при сверхвысоком давлении. В алмазном поликристалле формируют рабочее отверстие с помощью лазерного сверления, которое обрабатывают до получения необходимых размеров и подвергают полировке, чтобы получить окончательные размеры и качество поверхности отверстия. Полировку в основном проводят с помощью проволоки из меди или стали в присутствии тонкозернистого алмазного порошка.The prototype of the proposed invention is a method of manufacturing a jet-forming nozzle (WO 2008032272, published. 2008) from a polycrystalline diamond material containing cobalt, silicon and silicon carbide as a binder using an ultra-high pressure synthesis apparatus. A working hole is formed in a diamond polycrystal using laser drilling, which is processed to obtain the required dimensions and polished to obtain the final dimensions and surface quality of the hole. Polishing is mainly carried out using copper or steel wire in the presence of a fine-grained diamond powder.
Недостатком способа является наличие кремния, который при кристаллизации увеличивает свой объем, что приводит к появлению микронапряжений и в дальнейшем к возникновению микротрещин. В процессе изготовления соплового или другого вида инструмента при нагрузках происходит образование трещин и нарушение целостности поликристаллов.The disadvantage of this method is the presence of silicon, which during crystallization increases its volume, which leads to the appearance of microstresses and in the future to the occurrence of microcracks. In the process of manufacturing a nozzle or other type of tool under loads, cracking and violation of the integrity of the polycrystals occur.
Раскрытие изобретения. Технической задачей, на решение которой направлено предложенное изобретение, является разработка способа изготовления струеформирующего сопла, в котором достигается повышение срока службы струеформирующего сопла путем повышения износостойкости стенок рабочего отверстия сопла, а также обеспечивается сохранение компактности абразивосодержащего потока в течение более длительного времени, что приводит к повышению эффективности работы струеформирующего сопла при газо- и гидроабразивной обработке материалов.Disclosure of the invention. The technical problem to which the proposed invention is directed is to develop a method for manufacturing a jet-forming nozzle, in which an increase in the service life of the jet-forming nozzle is achieved by increasing the wear resistance of the walls of the nozzle working hole, and the compactness of the abrasive-containing stream is maintained for a longer time, which leads to an increase the efficiency of the jet forming nozzle during gas and waterjet processing of materials.
Указанный технический результат достигается в изобретении следующим образом.The specified technical result is achieved in the invention as follows.
Способ изготовления струеформирующего сопла включает формирование рабочего отверстия в композиционном алмазном материале, полученном в условиях высоких давлений и температур с использованием связующего материала, и окончательную обработку рабочего отверстия, после которой его подвергают азотированию.A method of manufacturing a jet forming nozzle includes forming a working hole in a composite diamond material obtained under conditions of high pressures and temperatures using a binder material, and final processing of the working hole, after which it is subjected to nitriding.
При этом композиционный алмазный материал содержит алмазную фазу и фазу связующего, включающего никель и титан при содержании титана в количестве 5,0-15,0 вес.%.In this case, the composite diamond material contains a diamond phase and a phase of a binder comprising nickel and titanium with a titanium content in the amount of 5.0-15.0 wt.%.
В частном случае азотирование проводят в азотосодержащей среде при температуре 700-900°С в течение 1-15 ч.In the particular case, nitriding is carried out in a nitrogen-containing medium at a temperature of 700-900 ° C for 1-15 hours
Кроме того, азотирование проводят в среде чистого азота.In addition, nitriding is carried out in pure nitrogen.
Также композиционный алмазный материал получают синтезом из углеродосодержащего материала в области термодинамической стабильности алмаза в присутствии связующего материала.Composite diamond material is also obtained by synthesis from a carbon-containing material in the field of thermodynamic stability of diamond in the presence of a binder.
Кроме того, связующий материал содержит титан в количестве 5,0-10,0 вес.%.In addition, the binder material contains titanium in an amount of 5.0-10.0 wt.%.
Также композиционный алмазный материала получают спеканием алмазных порошков в присутствии связующего материала.Composite diamond material is also obtained by sintering diamond powders in the presence of a binder.
Кроме того, композиционный алмазный материала получают пропиткой алмазных порошков расплавом связующего материала.In addition, a composite diamond material is obtained by impregnating diamond powders with a melt of a binder.
Варианты осуществления изобретения. Способ осуществляют следующим образом.Embodiments of the invention. The method is as follows.
Для изготовления сопла используют поликристаллические алмазные материалы, которые получают с использованием различных технологий. Один из способов получения поликристаллического алмазного материала включает смешивание алмазного порошка с порошками металлов-катализаторов, помещение смеси в устройство, в котором создаются условия высокого давления и температуры, обеспечивающие каталитические реакции и связывание алмазных частиц друг с другом.For the manufacture of nozzles using polycrystalline diamond materials, which are obtained using various technologies. One of the methods for producing polycrystalline diamond material involves mixing diamond powder with metal catalyst powders, placing the mixture in a device in which high pressure and temperature conditions are created that provide catalytic reactions and the bonding of diamond particles to each other.
Другой способ получения поликристаллического материала включает помещение в форму алмазного порошка и уплотнение порошка любым известным способом, например прессованием, виброуплотнением и др. Для получения материала с высоким объемным содержанием алмазного порошка можно использовать алмазные порошки разной зернистости, при этом зернистость порошков выбирают таким образом, чтобы порошки более мелкой зернистости размещались между алмазными порошками большей зернистости. На уплотненные порошки укладывают пропиточный материал и производят пропитку под давлением при температуре, обеспечивающей требуемую жидкотекучесть пропиточного материала.Another method for producing a polycrystalline material involves placing in the form of a diamond powder and compacting the powder by any known method, for example by pressing, vibration compaction, etc. To obtain a material with a high volumetric content of diamond powder, diamond powders of different grain sizes can be used, while the grain size of the powders is chosen so that finer grain powders were placed between diamond granular powders. Impregnating material is placed on compacted powders and impregnation is carried out under pressure at a temperature providing the required fluidity of the impregnating material.
Также поликристаллический материал может быть получен формированием заготовки из углеродосодержащего материала, которую пропитывают металлом или сплавом-катализатором в условиях высокого давления и температуры. В этом способе металл-катализатор формируется в виде стержня, в контакте с которым находится углеродосодержащий материал. Пропитку проводят при давлении выше 7 ГПа и при температуре, обеспечивающей жидкотекучесть катализатора, при которой происходит полное его просачивание в объем графитовой заготовки. Температура пропитки зависит от состава катализатора. В качестве катализатора используется никель или его сплавы с металлами: титан, молибден, хром. Углеродосодержащим материалом служит графит. В условиях синтеза происходит образование алмаза, которое начинается у поверхности контакта углеродосодержащего материала со стержнем и распространяется в глубь углеродосодержащего материала типа «карбонадо» или «баллас».Polycrystalline material can also be obtained by forming a preform of carbon-containing material, which is impregnated with a metal or alloy catalyst under high pressure and temperature. In this method, the metal catalyst is formed in the form of a rod, in contact with which is a carbon-containing material. The impregnation is carried out at a pressure above 7 GPa and at a temperature that ensures the fluidity of the catalyst, at which it completely seeps into the volume of the graphite billet. The impregnation temperature depends on the composition of the catalyst. Nickel or its alloys with metals are used as a catalyst: titanium, molybdenum, chromium. The carbon-containing material is graphite. Under the conditions of synthesis, the formation of diamond occurs, which begins at the contact surface of the carbon-containing material with the rod and extends into the depth of the carbon-containing material such as "carbonado" or "ballas".
Во всех вышеперечисленных случаях композиционный алмазный материал содержит алмазную фазу и фазу связующего, включающего никель и титан при содержании титана в количестве 5,0-15,0 вес.%.In all of the above cases, the composite diamond material contains a diamond phase and a binder phase comprising nickel and titanium with a titanium content of 5.0-15.0 wt.%.
Сплав никель - титан обладает высокой прочностью с удовлетворительной пластичностью. Превышение содержания титана приводит к охрупчиванию матрицы, тем самым к снижению прочностных свойств композита в целом. Меньшее количество титана затрудняет процесс последующего азотирования.Nickel - titanium alloy has high strength with satisfactory ductility. Exceeding the titanium content leads to embrittlement of the matrix, thereby reducing the strength properties of the composite as a whole. Less titanium complicates the process of subsequent nitriding.
Для изготовления сопла в алмазном поликристалле формируют рабочее отверстие. Так как поликристалл с никелевым связующим является электропроводным, рабочее отверстие может быть образовано электроискровой обработкой, лазерным сверлением, а также любым известным подходящим способом.To make a nozzle, a working hole is formed in a diamond polycrystal. Since the polycrystal with a nickel binder is electrically conductive, the working hole can be formed by electric spark machining, laser drilling, as well as any known suitable method.
После получения отверстия производят его многоступенчатую обработку. Вначале производят черновое шлифование отверстия инструментом в виде проволоки или иглы в присутствии крупнозернистого алмазного порошка. Затем производят шлифование отверстия мелкозернистым алмазным порошком.After receiving the holes produce its multi-stage processing. First, rough grinding of the hole is performed with a tool in the form of a wire or a needle in the presence of coarse-grained diamond powder. Then, the holes are ground with fine-grained diamond powder.
Отверстие полируют до получения гладкой поверхности, которая способствует формированию компактной газо- и гидроабразивной струи с постоянным давлением и которая имеет высокую скорость истечения из рабочего отверстия без раздробления и распыления.The hole is polished until a smooth surface is obtained, which contributes to the formation of a compact gas and hydroabrasive jet with constant pressure and which has a high flow rate from the working hole without crushing and spraying.
После того как рабочее отверстие было окончательно обработано, рабочее отверстие подвергают процессу азотирования. Технологически удобнее процессу азотирования подвергнуть сопло целиком. При азотировании диффузионному насыщению подвергаются участки, которые имеют металлическую природу. Такими участками являются участки матричного материала, которым являются металлы или сплавы-катализаторы. Так как в качестве материала для сопла использовали алмазный поликристалл, содержащий связующее в виде сплава никель-титан, поверхность стенки отверстия содержит участки этого сплава.After the working hole has been finally processed, the working hole is subjected to a nitriding process. It is technologically more convenient to expose the entire nozzle to the nitriding process. When nitriding, diffusion saturation is subjected to areas that are of a metallic nature. Such areas are areas of the matrix material, which are metals or catalyst alloys. Since a diamond polycrystal containing a binder in the form of a nickel-titanium alloy was used as the material for the nozzle, the surface of the hole wall contains sections of this alloy.
Эти участки подвергаются диффузионному насыщению азотом с образованием нитридного слоя. Образование нитридного слоя способствует повышению твердости и износостойкости этих участков, делая меньшее различие по физико-механическим свойствам между участками связующего и участками алмазного материала. В целом повышается износостойкость стенки рабочего отверстия, стойкость к появлению задиров и кавитационным воздействиям и повышается коррозионная стойкость сопла в водных и воздушных средах.These areas undergo diffusion saturation with nitrogen to form a nitride layer. The formation of a nitride layer helps to increase the hardness and wear resistance of these sections, making a smaller difference in physical and mechanical properties between the sections of the binder and the sections of diamond material. In general, the wear resistance of the wall of the working hole increases, resistance to the appearance of scoring and cavitation effects, and the corrosion resistance of the nozzle in water and air is increased.
Для проведения процесса азотирования сопло помещают в печь, подают в печь азот и нагревают до температуры 700-900°C. Так как сопла имеют небольшие габаритные размеры, для азотирования можно применять камерные печи.To carry out the nitriding process, the nozzle is placed in a furnace, nitrogen is supplied to the furnace, and heated to a temperature of 700-900 ° C. Since the nozzles have small overall dimensions, chamber furnaces can be used for nitriding.
Предпочтительно для азотирования используется чистый азот. Можно использовать аммиак или его смесь с азотом. Но в этом случае нитридный слой приобретет некоторую хрупкость.Pure nitrogen is preferably used for nitriding. Ammonia or a mixture thereof with nitrogen may be used. But in this case, the nitride layer will become somewhat brittle.
В среде азота сопло выдерживают в течение 1-15 ч. При этой температуре в течение 1-15 ч на поверхности стенки рабочего отверстия образуется нитридный слой, толщина которого составляет 35-40 нм. Нитридный слой такой толщины не нарушает рельеф поверхности стенок рабочего канала, сохраняя его гладкость, не отслаивается от поверхности.In nitrogen, the nozzle is kept for 1-15 hours. At this temperature, for 1-15 hours, a nitride layer is formed on the surface of the wall of the working hole, the thickness of which is 35-40 nm. A nitride layer of this thickness does not violate the surface relief of the walls of the working channel, while maintaining its smoothness, does not exfoliate from the surface.
Увеличение времени азотирования приведет к увеличению толщины покрытия и его отслаиванию от матричного участка из-за различных коэффициентов термического расширения, в том числе связанных с содержанием алмаза на азотируемой поверхности. Уменьшение времени азотирования приведет к уменьшению толщины слоя. При маленькой толщине слоя не будет получена требуемая его сплошность и плотность.An increase in the nitriding time will lead to an increase in the coating thickness and its peeling from the matrix region due to various coefficients of thermal expansion, including those associated with the diamond content on the nitrided surface. Reducing the nitriding time will lead to a decrease in the layer thickness. With a small layer thickness, the required continuity and density will not be obtained.
Повышение температуры выше 900°C приведет к повышению скорости азотирования, но также вызовет графитизацию алмазных зерен компакта и снижению абразивной стойкости. Снижение температуры ниже 700°C приведет к значительному повышению времени азотирования и к необоснованному снижению производительности процесса азотирования.An increase in temperature above 900 ° C will lead to an increase in the rate of nitriding, but will also cause graphitization of diamond compact grains and a decrease in abrasion resistance. Lowering the temperature below 700 ° C will lead to a significant increase in the nitriding time and to an unreasonable decrease in the productivity of the nitriding process.
ПримерExample
Изготавливали несколько алмазных композитов синтезом из графита при давлении 9,0 ГПа и температуре около 1700°C в течение 10 с. При синтезе использовали сплав-катализатор состава никель - 10% титана. Размер композита - диаметр 4 мм, высота 4 мм. Из алмазных композитов алмазным шлифованием изготавливали диски толщиной 2 мм, диаметром 4 мм. Из этих дисков лазером вырезали сопло с наружным диаметром 2 мм и диаметром отверстия 0,3 мм. Далее проводили обработку и полировку отверстия для достижения шероховатости Ra=0,32. Азотирование проводили при давлении азота 1,2-1,5 атм, при температуре 850 C в течение 3 часов. Толщина нитридного покрытия на металлических участках алмазного композита достигала 30-40 нм. Шероховатость поверхности по сравнению с первоначальной шероховатостью не изменялась. На других поликристаллах проводили азотирование сопла при температуре 700°C. Время азотирования для получения плотного сплошного покрытия составляло 15 часов. Дальнейшее снижение температуры азотирования является неэффективным, так как для получения нитридного слоя толщиной 30-40 нм потребуется много времени.Several diamond composites were prepared by synthesis from graphite at a pressure of 9.0 GPa and a temperature of about 1700 ° C for 10 s. In the synthesis, an alloy-catalyst composition of nickel - 10% titanium was used. The size of the composite is 4 mm in diameter and 4 mm in height. Of diamond composites, diamond grinding was used to make disks with a thickness of 2 mm and a diameter of 4 mm. A nozzle with an outer diameter of 2 mm and an opening diameter of 0.3 mm was laser cut from these disks. Next, the hole was machined and polished to achieve a roughness of Ra = 0.32. Nitriding was carried out at a nitrogen pressure of 1.2-1.5 atm, at a temperature of 850 C for 3 hours. The thickness of the nitride coating on the metal sections of the diamond composite reached 30-40 nm. The surface roughness in comparison with the initial roughness did not change. On other polycrystals, the nozzle was nitrided at a temperature of 700 ° C. The nitriding time to obtain a dense continuous coating was 15 hours. A further decrease in the nitriding temperature is ineffective, since it will take a lot of time to obtain a nitride layer 30–40 nm thick.
Были изготовлены алмазные композиты с применением катализатора состава никель - 20 вес.% титана. Большое количество титана приводило к охрупчиванию поликристалла; прочностные характеристики такого сопла существенно снижались.Diamond composites were made using a nickel - 20 wt.% Titanium catalyst. A large amount of titanium led to embrittlement of the polycrystal; the strength characteristics of such a nozzle were significantly reduced.
Композиты, которые синтезировались с применением катализатора состава никель - 5% титана, сохраняли свою целостность и были использованы для изготовления сопел. Для получения плотного нитридного слоя время азотирования составляло 15 часов. Снижение содержания титана ниже 5 вес % осложняло процесс азотирования, повышение износостойкости у таких сопел было малозначительным.Composites, which were synthesized using a catalyst of the composition nickel - 5% titanium, retained their integrity and were used for the manufacture of nozzles. To obtain a dense nitride layer, the nitriding time was 15 hours. A decrease in the titanium content below 5 wt% complicated the nitriding process; an increase in the wear resistance of such nozzles was insignificant.
Изготовленные в соответствии с изобретением сопла испытывали при водоабразивной резке при давлении 3800 атм стальных листов толщиной 20 мм. Возможность образования компактной струи оценивали визуально. Сверхнормативного разбрызгивания струи для азотированных сопел не наблюдалось. Режущую способность водоабразивной струи оценивали по скорости резания стальной плиты. Скорость резания при использовании азотированных сопел была на 20% выше, чем у неазотированных, стойкость азотированных сопел превышала стойкость неазотированных сопел на 40-60%.The nozzles made in accordance with the invention were tested during water-jet cutting at a pressure of 3800 atm of steel sheets 20 mm thick. The possibility of forming a compact jet was evaluated visually. Excessive spray spray for nitrided nozzles was not observed. The cutting ability of the waterjet jet was evaluated by the cutting speed of the steel plate. The cutting speed when using nitrided nozzles was 20% higher than that of non-nitrided ones, the resistance of nitrided nozzles exceeded the resistance of non-nitrided nozzles by 40-60%.
Claims (5)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/RU2012/001042 WO2014092592A1 (en) | 2012-12-10 | 2012-12-10 | Jet forming nozzle fabrication method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013111286A RU2013111286A (en) | 2014-09-20 |
RU2579598C2 true RU2579598C2 (en) | 2016-04-10 |
Family
ID=50934718
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013111286/05A RU2579598C2 (en) | 2012-12-10 | 2012-12-10 | Method for making jet forming nozzles |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2579598C2 (en) |
WO (1) | WO2014092592A1 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108217643A (en) * | 2016-12-21 | 2018-06-29 | 曾舟华 | The method and apparatus that chlorine recycles diamond |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1497269A1 (en) * | 1987-08-31 | 1989-07-30 | Куйбышевский политехнический институт им.В.В.Куйбышева | Method of burnishing the surface of parts |
RU2032524C1 (en) * | 1992-12-24 | 1995-04-10 | Малое предприятие "Технология" | Sintered composite material for the abrasive and cutting tool |
WO2008032272A2 (en) * | 2006-09-12 | 2008-03-20 | Element Six B.V. | Waterjet nozzle |
RU2448827C2 (en) * | 2007-11-08 | 2012-04-27 | Альфа Лаваль Корпорейт Аб | Diamond-metallic composite material |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6425805B1 (en) * | 1999-05-21 | 2002-07-30 | Kennametal Pc Inc. | Superhard material article of manufacture |
-
2012
- 2012-12-10 WO PCT/RU2012/001042 patent/WO2014092592A1/en active Application Filing
- 2012-12-10 RU RU2013111286/05A patent/RU2579598C2/en active IP Right Revival
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1497269A1 (en) * | 1987-08-31 | 1989-07-30 | Куйбышевский политехнический институт им.В.В.Куйбышева | Method of burnishing the surface of parts |
RU2032524C1 (en) * | 1992-12-24 | 1995-04-10 | Малое предприятие "Технология" | Sintered composite material for the abrasive and cutting tool |
WO2008032272A2 (en) * | 2006-09-12 | 2008-03-20 | Element Six B.V. | Waterjet nozzle |
RU2448827C2 (en) * | 2007-11-08 | 2012-04-27 | Альфа Лаваль Корпорейт Аб | Diamond-metallic composite material |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ, Справочник, под ред. Ляховича Л.С., Москва, Металлургия, 1981, стр. 44-46. ВЕРЕЩАГИН Л.Ф., Синтетические алмазы и гидроэкструзия, Москва, Наука, 1982, с.с. 26, 28, 30, 39. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2014092592A1 (en) | 2014-06-19 |
RU2013111286A (en) | 2014-09-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3309897B2 (en) | Ultra-hard composite member and method of manufacturing the same | |
Ren et al. | A review of cemented carbides for rock drilling: an old but still tough challenge in geo-engineering | |
US8034153B2 (en) | Wear resistant low friction coating composition, coated components, and method for coating thereof | |
US10954165B2 (en) | Polycrystalline cubic boron nitride and method for preparing same | |
JPH11106948A (en) | Electrode rod for spark deposition, its manufacture and covering method of layer containing super-fine abrasive | |
CN105088044B (en) | A kind of preparation method of the mutually superhard level hard metal article of nanometer of soap-free emulsion polymeization | |
Bose | A PERSPECTIVE ON THE EARLIEST COMMERCIAL PM METAL-CERAMIC COMPOSITE: CEMENTED TUNGSTEN CARBIDE. | |
JP2005177981A (en) | Cemented carbide tool and manufacturing method thereof | |
JPWO2012029440A1 (en) | Cubic boron nitride sintered tool | |
JP6800160B2 (en) | Wire drawing die | |
Kataria et al. | Machining of WC-Co composites-A review | |
US20230202935A1 (en) | Metal boride ceramic composites and uses thereof | |
CN113278964A (en) | Surface wear-resistant layer of oilfield drill rod and preparation method thereof | |
US20120301675A1 (en) | Self-renewing cutting surface, tool and method for making same using powder metallurgy and densification techniques | |
KR102587409B1 (en) | Sintered body and cutting tool | |
RU2579598C2 (en) | Method for making jet forming nozzles | |
JP2005336565A (en) | Cemented carbide | |
GB2560256A (en) | Coated superhard particles and composite materials made from coated superhard particles | |
KR101306194B1 (en) | Sintered body for cutting tools and manufacturing method for the same | |
JP2008238392A (en) | Cutting tools | |
Peter et al. | Manufacturing, composition, properties and application of sintered hard metals | |
Tillmann et al. | Comparison of different metal matrix systems for diamond tools fabricated by new current induced short-time sintering processes | |
Eui-Seong et al. | Material properties and machining performance of hybrid Ti2AlN bulk material for micro electrical discharge machining | |
RU2472608C1 (en) | Method of machining nozzle diamond insert channel | |
KR101251599B1 (en) | Sintered body for a cutting tool and manufacturing method for the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
HZ9A | Changing address for correspondence with an applicant | ||
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160520 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20170410 |