[go: up one dir, main page]

RU2829867C1 - Method of producing superhard composite material for cutting tools - Google Patents

Method of producing superhard composite material for cutting tools Download PDF

Info

Publication number
RU2829867C1
RU2829867C1 RU2023135030A RU2023135030A RU2829867C1 RU 2829867 C1 RU2829867 C1 RU 2829867C1 RU 2023135030 A RU2023135030 A RU 2023135030A RU 2023135030 A RU2023135030 A RU 2023135030A RU 2829867 C1 RU2829867 C1 RU 2829867C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
boron nitride
cubic boron
titanium
fraction
carried out
Prior art date
Application number
RU2023135030A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Людмила Петровна Руденок
Владимир Игоревич Румянцев
Валентин Николаевич Фищев
Олег Николаевич Булатов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Вириал"
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Вириал" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Вириал"
Application granted granted Critical
Publication of RU2829867C1 publication Critical patent/RU2829867C1/en

Links

Abstract

FIELD: various technological processes.
SUBSTANCE: invention relates to production of a sintered superhard composite material based on cubic boron nitride, intended for making cutting tools. Method of producing the composite material involves preparing a mixture by mixing powders of cubic boron nitride in amount of 55-65 wt.% of the weight of the charge, titanium metal and iodine with a weight ratio of titanium to iodine of 5:1. A titanium layer is deposited on the surface of particles of cubic boron nitride by chemical deposition from a gas phase. When temperature rises at rate of 7.00±0.50 deg/min and holding at final temperature for 120 minutes, a layer of titanium nitrides and borides is formed. Cutting tool workpieces are formed from the obtained powder. Sintering of workpieces is carried out at 1,450±50 °C under pressure 3.8±0.2 GPa for 10 s with simultaneous formation of a binder of titanium nitride and titanium diboride. For the preparation of the mixture and further processing, cubic boron nitride powder of fraction (mcm) 10/5 is used and the process of forming a layer of titanium nitrides and borides on the surface of cubic boron nitride particles is carried out to a final temperature of 725±5 °C, or cubic boron nitride powder of fraction (mcm) 8/4 is used and said process is carried out to final temperature of 710±5 °C, or cubic boron nitride powder of fraction (mcm) 3/1 is used and said process is carried out to a final temperature of 675±5 °C.
EFFECT: invention enables to obtain a superhard composite material intended for processing hardened steels with hardness of up to 65 HRC, grey and chilled cast irons, hard-to-machine materials and for making wear-resistant structural parts.
1 cl, 6 dwg, 1 tbl, 14 ex

Description

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к спеченным сверхтвердым композиционным материалам на основе кубического нитрида бора, предназначенным для применения в режущих инструментах, используемых для обработки закаленных сталей с твердостью до 65 HRC, серых и отбеленных чугунов, труднообрабатываемых материалов, а также для изготовления износостойких конструкционных деталей.The invention relates to powder metallurgy, in particular to sintered superhard composite materials based on cubic boron nitride, intended for use in cutting tools used for processing hardened steels with a hardness of up to 65 HRC, gray and chilled cast irons, difficult-to-machine materials, as well as for the manufacture of wear-resistant structural parts.

Сверхтвердые материалы на основе кубического нитрида бора отличаются повышенной термостойкостью, твердостью, стойкостью к циклическому воздействию высоких температур, низким коэффициентом трения, химической стойкостью к железу, являющемуся основным компонентом большинства сталей, подвергаемых механической обработке резанием [1]. При изготовлении режущего инструмента на основе порошка кубического нитрида бора используют покрытия в системе «зерно сверхтвердого материала - покрытие - связка» для активирования процессов смачивания, адгезии и химического взаимодействия, что позволяет повысить степень закрепления зерен в связке и тем самым работоспособность инструмента.Superhard materials based on cubic boron nitride are characterized by increased heat resistance, hardness, resistance to cyclic exposure to high temperatures, low friction coefficient, chemical resistance to iron, which is the main component of most steels subjected to mechanical cutting [1]. When manufacturing cutting tools based on cubic boron nitride powder, coatings are used in the "superhard material grain - coating - bond" system to activate the processes of wetting, adhesion and chemical interaction, which allows increasing the degree of fixation of grains in the bond and thereby the performance of the tool.

Обычно для резания труднообрабатываемых материалов используют режущие пластины с содержанием кубического нитрида бора до 95 об. % [2]. Для более широкого использования режущего инструмента из композиционных материалов на основе кубического нитрида бора следует стремиться к минимизации содержания этого дорогостоящего компонента в материале и снижению параметров синтеза материала без существенной потери режущих свойств.Typically, cutting inserts with a cubic boron nitride content of up to 95 vol. % are used for cutting difficult-to-machine materials [2]. For wider use of cutting tools made of composite materials based on cubic boron nitride, it is necessary to strive to minimize the content of this expensive component in the material and reduce the parameters of material synthesis without significant loss of cutting properties.

Композиционные материалы на основе кубического нитрида бора со связками состава TiN-TiB2 перспективны при создании термически стабильного высокотвердого режущего инструмента, устойчивого к ударным и коррозионным воздействиям [3]. Присутствие в матрице тугоплавких соединений, обладающих повышенной твердостью и трещиностойкостью, позволяет затормозить процессы рекристаллизации и фазового превращения кубического нитрида бора в гексагональный, а также уменьшить дробление зерен кубического нитрида бора за счет сдавливания их связкой [4].Composite materials based on cubic boron nitride with TiN-TiB 2 binders are promising for the creation of thermally stable, high-hardness cutting tools resistant to impact and corrosion [3]. The presence of refractory compounds in the matrix, which have increased hardness and crack resistance, makes it possible to slow down the processes of recrystallization and phase transformation of cubic boron nitride into hexagonal, as well as to reduce the crushing of cubic boron nitride grains by squeezing them with a binder [4].

Известен способ получения сверхтвердого композиционного материала на основе кубического нитрида бора для режущих инструментов и полученный таким образом композиционный материал в соответствии с изобретением RU 2147972 (С1) [5], в котором порошок кубического нитрида бора и/или порошок нитрида бора с покрытием боридом или нитридом титана сначала смачивают в этиловом спирте, гранулируют и подпрессовывают при давлении 1⋅104-2⋅104 кгс/см2, затем полученный брикет помещают в нагреватель с размещением с торца брикета шайбы, спрессованной из смеси природного графита и гексагонального нитрида бора, с внутренней стороны шайбы располагают прокладку из алюминия, подвергают контейнер вакуумированию в течение 1-2 ч, после чего с другого торца контейнера укладывают алюминиевую прокладку и шайбу, помещают контейнер в матрицу и под давлением, соответствующим термодинамической устойчивости кубического нитрида бора, нагревают брикет пропусканием электрического тока при постоянной мощности в течение 10-180 с, затем снижают давление до атмосферного и извлекают заготовку композиционного материала. Полученный композиционный материал содержит порошок кубического нитрида бора и/или фракцию 5/1 мкм порошка кубического нитрида бора с покрытием боридом и нитридом титана с содержанием титана до 25 масс. %. Количество алюминиевых прокладок определяют из расчета 2 мм высоты брикета композиционного материала на одну прокладку с толщиной 0,2 мм. Исходный порошок размещают на подложке из твердого сплава, которую предварительно шлифуют и обезжиривают в этиловом спирте.A method for producing a superhard composite material based on cubic boron nitride for cutting tools and the composite material obtained in this way is known in accordance with invention RU 2147972 (C1) [5], in which cubic boron nitride powder and/or boron nitride powder coated with a boride or titanium nitride are first wetted in ethyl alcohol, granulated and pressed at a pressure of 1⋅10 4 -2⋅10 4 kgf/cm 2 , then the resulting briquette is placed in a heater with a washer pressed from a mixture of natural graphite and hexagonal boron nitride placed at the end of the briquette, an aluminum gasket is placed on the inside of the washer, the container is subjected to vacuuming for 1-2 hours, after which an aluminum gasket and washer are placed at the other end of the container, the container is placed in a matrix and under a pressure corresponding to the thermodynamic stability of cubic nitride boron, heat the briquette by passing an electric current at a constant power for 10-180 s, then reduce the pressure to atmospheric and remove the composite material blank. The resulting composite material contains cubic boron nitride powder and/or a 5/1 μm fraction of cubic boron nitride powder with a coating of boride and titanium nitride with a titanium content of up to 25 wt. %. The number of aluminum spacers is determined based on 2 mm of the height of the composite material briquette per one spacer with a thickness of 0.2 mm. The original powder is placed on a hard alloy substrate, which is pre-ground and degreased in ethyl alcohol.

Известен способ изготовления сверхтвердых композиционных материалов в соответствии с разработкой RU 92007535 (А) [6], который предусматривает смешивание микропорошков кубического нитрида бора с микропорошком тугоплавкого металла, их совместную обработку в парах галогена этого металла при температуре 950-1150°С до полного перехода тугоплавкого металла в бориды и нитриды, образующие диффузионные покрытия на зернах микропорошков кубического нитрида бора, и горячее прессование с получением заготовок режущих пластин. Предлагается вариант осуществления способа, при котором полученный микропорошок кубического нитрида бора с диффузионным покрытием на зернах, состоящим из боридов и нитридов тугоплавкого металла, смешивают с микропорошком чистого кубического нитрида бора при следующем соотношении компонентов: микропорошок кубического нитрида бора с диффузионным покрытием зерен 20-80 масс. %, микропорошок чистого кубического нитрида бора - остальное. Затем осуществляют холодное прессование порошковой смеси, полученные заготовки помещают в оболочку из алюминия или алюминиевых сплавов с добавками щелочных, щелочноземельных и/или переходных металлов или покрывают с двух сторон пластинами из указанных материалов. Кроме того, возможен вариант смешивания микропорошков кубического нитрида бора с диффузионным покрытием на зернах и чистого кубического нитрида бора с порошком алюминия или алюминиевых сплавов при следующем соотношении компонентов: микропорошок кубического нитрида бора с диффузионным покрытием на зернах 15-65 масс. %, порошок алюминия или алюминиевых сплавов - 2,5-10 масс. %, микропорошок чистого кубического нитрида бора остальное.A method for producing superhard composite materials is known in accordance with development RU 92007535 (A) [6], which provides for mixing micropowders of cubic boron nitride with micropowder of a refractory metal, their joint processing in halogen vapors of this metal at a temperature of 950-1150 °C until the refractory metal is completely converted into borides and nitrides that form diffusion coatings on the grains of cubic boron nitride micropowders, and hot pressing to obtain cutting plate blanks. An embodiment of the method is proposed in which the obtained micropowder of cubic boron nitride with a diffusion coating on grains consisting of borides and nitrides of a refractory metal is mixed with micropowder of pure cubic boron nitride in the following ratio of components: micropowder of cubic boron nitride with a diffusion coating of grains of 20-80 mass. %, pure cubic boron nitride micropowder - the rest. Then cold pressing of the powder mixture is carried out, the obtained blanks are placed in a shell of aluminum or aluminum alloys with additives of alkali, alkaline earth and/or transition metals or coated on both sides with plates of the said materials. In addition, it is possible to mix cubic boron nitride micropowders with a diffusion coating on grains and pure cubic boron nitride with aluminum or aluminum alloy powder in the following ratio of components: cubic boron nitride micropowder with a diffusion coating on grains 15-65 wt. %, aluminum or aluminum alloy powder - 2.5-10 wt. %, pure cubic boron nitride micropowder - the rest.

Недостатком рассмотренных выше способов изготовления сверхтвердых композиционных материалов для режущего инструмента является использование алюминия во время спекания. За счет пропитки заготовки расплавом алюминия и дальнейшего фазообразования во время спекания происходит образование связки. Вследствие использования в данных технических решениях кубического нитрида бора с большим разбросом размеров зерен пропитка заготовки может происходить неравномерно, что в свою очередь способствует появлению дефектов и снижает физико-механические свойства материала. При использовании порошков мелких фракций пропитка алюминием затруднена и приводит к неполному спеканию материала и образованию повышенной пористости заготовок режущего инструмента.The disadvantage of the above-considered methods for manufacturing superhard composite materials for cutting tools is the use of aluminum during sintering. Due to the impregnation of the workpiece with aluminum melt and subsequent phase formation during sintering, a bond is formed. Due to the use of cubic boron nitride with a large spread of grain sizes in these technical solutions, the impregnation of the workpiece may occur unevenly, which in turn contributes to the appearance of defects and reduces the physical and mechanical properties of the material. When using fine-grained powders, impregnation with aluminum is difficult and leads to incomplete sintering of the material and the formation of increased porosity of the cutting tool workpieces.

В изобретении ЕР 0570635 (А1) [7] предложены поликристаллические абразивные компакты и способы их изготовления из гранул алмаза или кубического нитрида бора, связанных спеченной матрицей, полученной на основе покрытия на гранулах. Покрытие содержит один или несколько слоев активного материала, который химически связывается с поверхностью под ним. Компакты получают путем нанесения на мелкие гранулы кубического нитрида бора или алмаза покрытия из активного материала и спекания покрытых частиц с порошком металла или сплава либо без такого порошка. Компакты получают, используя короткий этап спекания при относительно низких давлениях и температурах. Эти компакты обладают улучшенными характеристиками разрушения благодаря природе включенных в них частиц с покрытием. Способ изготовления поликристаллического абразивного компакта с контролируемыми характеристиками разрушения включает подбор мелких гранул кубического нитрида бора или алмаза с диаметром в диапазоне от 0,1 до 200 мкм, нанесение по меньшей мере двух слоев покрытия из активного материала, выбранного из титана, циркония, гафния, вольфрама, ванадия, ниобия, тантала, хрома, молибдена, кремния или их карбида, бромида, нитрида или оксида, с общей толщиной в диапазоне от 0,1 до 1,0 мкм. При этом внешний слой представляет собой спекаемый материал, выбранный из никеля, меди, кобальта или карбида, нитрида или борида титана, тантала, молибдена, циркония, гафния, ванадия, хрома, вольфрама, кремния или ниобия. Спекание гранул с покрытием осуществляется при температуре около 1000°С и давлении примерно 2000 psi с выдержкой менее 5 минут для получения поликристаллического абразивного компакта.Invention EP 0 570 635 (A1) [7] proposes polycrystalline abrasive compacts and methods for producing them from diamond or cubic boron nitride granules bonded by a sintered matrix obtained from a coating on the granules. The coating comprises one or more layers of active material which chemically bonds to the surface underneath. The compacts are produced by coating fine cubic boron nitride or diamond granules with a coating of active material and sintering the coated particles with or without metal or alloy powder. The compacts are produced using a short sintering step at relatively low pressures and temperatures. These compacts have improved fracture properties due to the nature of the coated particles included therein. The method for producing a polycrystalline abrasive compact with controlled fracture characteristics includes selecting fine granules of cubic boron nitride or diamond with a diameter in the range from 0.1 to 200 μm, applying at least two layers of a coating of an active material selected from titanium, zirconium, hafnium, tungsten, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum, silicon or their carbide, bromide, nitride or oxide, with a total thickness in the range from 0.1 to 1.0 μm. In this case, the outer layer is a sintered material selected from nickel, copper, cobalt or carbide, nitride or boride of titanium, tantalum, molybdenum, zirconium, hafnium, vanadium, chromium, tungsten, silicon or niobium. The coated granules are sintered at approximately 1000°C and approximately 2000 psi for a holding time of less than 5 minutes to produce a polycrystalline abrasive compact.

Недостаток данного способа заключается в использовании в составе шихты для изготовления материала под режущий инструмент порошков кубического нитрида бора с широким диапазоном размеров частиц. Поверхность взаимодействия у полифракционных порошков различна, что неблагоприятно влияет на равномерность нанесения покрытия и что, в свою очередь, может приводить к неравномерности микроструктуры спеченного материала и снижению его эксплуатационных свойств.The disadvantage of this method is the use of cubic boron nitride powders with a wide range of particle sizes in the composition of the charge for the production of material for the cutting tool. The interaction surface of polyfractional powders is different, which adversely affects the uniformity of the coating application and which, in turn, can lead to unevenness of the microstructure of the sintered material and a decrease in its performance properties.

Наиболее близким к заявленному изобретению является разработка SU 1583457 (А1) [8], согласно которой из шихты определенного состава методом высоких давлений и высоких температур был получен спеченный сверхтвердый инструментальный материал.The closest to the claimed invention is development SU 1583457 (A1) [8], according to which a sintered superhard tool material was obtained from a charge of a certain composition using the high pressure and high temperature method.

Шихта для получения спеченного сверхтвердого инструментального материала содержит активирующие металлы или их сплавы и зерна кубического нитрида бора с двухслойным покрытием, внутренний слой которого состоит из эвтектического сплава нитрид (TiN) - диборид титана (TiB2), а внешний слой состоит из соединения, состав которого монотонно изменяется к внешней поверхности от нитрида титана до оксинитрида титана состава TiNxOy, где х=0,6-0,9, у=0,5-0,9, а х+у=1,1-1,8, при следующем соотношении компонентов шихты: активирующие металлы или их сплавы 1-10 масс. %, эвтектический сплав нитрид - диборид титана 3-25 масс. %, соединение, состав которого монотонно меняется от нитрида титана до оксинитрида титана состава TiNxOy 1-15 масс. %, кубический нитрид бора остальное.The charge for producing sintered superhard tool material contains activating metals or their alloys and cubic boron nitride grains with a two-layer coating, the inner layer of which consists of a eutectic alloy nitride (TiN) - titanium diboride (TiB 2 ), and the outer layer consists of a compound, the composition of which monotonically changes towards the outer surface from titanium nitride to titanium oxynitride of the composition TiN x O y , where x = 0.6-0.9, y = 0.5-0.9, and x + y = 1.1-1.8, with the following ratio of the charge components: activating metals or their alloys 1-10 wt. %, eutectic alloy nitride - titanium diboride 3-25 wt. %, a compound, the composition of which monotonically changes from titanium nitride to titanium oxynitride of the composition TiN x O y 1-15 wt. %, cubic boron nitride the rest.

Порошки кубического нитрида бора марки ЛМ/10/3 смешивают в необходимой пропорции с порошками титана марки ПТОМ и помещают в кварцевый реактор, в условиях вакуума нагревают до температуры 1000°С и выдерживают в течение 20-60 мин. В результате воздействия летучих йодидов и большей диффузионной подвижности азота по сравнению с бором образуется покрытие, в котором прилегающий к поверхности кубического нитрида бора слой представляет эвтектический сплав TiN-TiB2, а внешний слой состоит из TiN. Полученные порошки кубического нитрида бора отжигают в вакууме при 500°С в течение 5-20 минут, в результате чего внешний слой из нитрида титана диффузионно насыщают кислородом с образованием на поверхности зерен оксинитрида титана TiNxOy необходимого формульного состава. Полученные порошки смешивают с порошком адгезионно активного металла или его сплава, добавляют пластификатор и брикетируют в виде цилиндрических таблеток диаметром 5 мм и высотой 11 мм. После высушивания таблетки помещают внутрь графитового нагревателя, вставленного в контейнер из литографского камня, и подвергают горячему прессованию в камере высокого давления при давлении 5 ГПа (50 кбар), температуре 1600°С в течение 10 секунд. Из спеченных заготовок изготавливают инструментальный материал цилиндрической формы диаметром 4 мм и высотой 6 мм.Powders of cubic boron nitride of the LM/10/3 brand are mixed in the required proportion with powders of titanium of the PTOM brand and placed in a quartz reactor, heated in vacuum to a temperature of 1000°C and maintained for 20-60 minutes. As a result of the action of volatile iodides and the greater diffusion mobility of nitrogen compared to boron, a coating is formed in which the layer adjacent to the surface of cubic boron nitride is a eutectic alloy TiN-TiB 2 , and the outer layer consists of TiN. The obtained powders of cubic boron nitride are annealed in vacuum at 500°C for 5-20 minutes, as a result of which the outer layer of titanium nitride is diffusionally saturated with oxygen with the formation of titanium oxynitride grains TiN x O y of the required formula composition on the surface. The resulting powders are mixed with the powder of the adhesively active metal or its alloy, a plasticizer is added and they are briquetted in the form of cylindrical tablets with a diameter of 5 mm and a height of 11 mm. After drying, the tablets are placed inside a graphite heater inserted into a container made of lithographic stone and subjected to hot pressing in a high-pressure chamber at a pressure of 5 GPa (50 kbar), a temperature of 1600 ° C for 10 seconds. From the sintered blanks, tool material of a cylindrical shape with a diameter of 4 mm and a height of 6 mm is manufactured.

Недостатком указанного технического решения является использование в составе шихты для изготовления материала порошка кубического нитрида бора с номинальными размерами частиц в диапазоне от 3 до 10 мкм. При этом нанесение слоя нитридов и боридов титана на частицы кубического нитрида бора разных размеров происходит при одинаковой температуре, что приводит к неравномерности толщины нанесенного покрытия и микроструктуры спеченного материала.The disadvantage of this technical solution is the use of cubic boron nitride powder with nominal particle sizes in the range from 3 to 10 μm in the charge for producing the material. In this case, the application of a layer of titanium nitrides and borides to cubic boron nitride particles of different sizes occurs at the same temperature, which leads to unevenness in the thickness of the applied coating and the microstructure of the sintered material.

Кроме того, отжиг в вакууме приводит к образованию поверхностного слоя оксинитридной фазы переменного состава, изменяющегося в широких пределах, что не гарантирует стабильности свойств материала от партии к партии.In addition, annealing in a vacuum leads to the formation of a surface layer of an oxynitride phase of variable composition, changing over a wide range, which does not guarantee the stability of the material properties from batch to batch.

Другим недостатком способа является необходимость воздействия на заготовку давления 5 ГПа (50 кбар) и температуры 1600°С в процессе спекания, что требует использования дорогостоящей твердосплавной оснастки и эксплуатации крупнотоннажных гидравлических прессов.Another disadvantage of the method is the need to subject the workpiece to a pressure of 5 GPa (50 kbar) and a temperature of 1600°C during the sintering process, which requires the use of expensive carbide tooling and the operation of large-capacity hydraulic presses.

Задачей настоящего изобретения является получение сверхтвердого композиционного материала для режущего инструмента, предназначенного для обработки закаленных сталей с твердостью до 65 HRC, серых и отбеленных чугунов, труднообрабатываемых материалов, а также для изготовления износостойких конструкционных деталей. Указанная задача решается путем применения предлагаемого способа получения, в котором используются узкие фракции порошков кубического нитрида бора. На частицы кубического нитрида бора, согласно данному способу, наносится слой титана методом химического осаждения из газовой фазы с последующим образованием на поверхности частиц кубического нитрида бора слоя нитридов и боридов титана, а из полученного порошка с нанесенным покрытием формируются и спекаются заготовки режущего инструмента с одновременным образованием связки из нитрида титана и диборида титана.The objective of the present invention is to obtain a superhard composite material for a cutting tool intended for processing hardened steels with a hardness of up to 65 HRC, gray and chilled cast irons, difficult-to-machine materials, as well as for manufacturing wear-resistant structural parts. The said objective is solved by using the proposed production method, which uses narrow fractions of cubic boron nitride powders. According to this method, a titanium layer is applied to the cubic boron nitride particles by chemical vapor deposition, followed by the formation of a layer of titanium nitrides and borides on the surface of the cubic boron nitride particles, and blanks of the cutting tool are formed and sintered from the obtained powder with the applied coating, with the simultaneous formation of a bond of titanium nitride and titanium diboride.

Для создания материала с требуемыми характеристиками предложен способ получения, включающий приготовление шихты путем смешения порошков кубического нитрида бора в количестве 55-65 масс. % от массы шихты, металлического титана и йода при массовом отношении титана к йоду 5:1, нанесение на частицы кубического нитрида бора методом химического осаждения из газовой фазы титана, образование слоя нитридов и боридов титана при подъеме температуры со скоростью 7,00±0,50 град/мин и выдержке при конечной температуре 120 минут, формование заготовок режущего инструмента и спекание заготовок при температуре 1450±50°С под давлением 3,8±0,2 ГПа в течение 10 секунд с одновременным формированием связки из нитрида титана и диборида титана.In order to create a material with the required characteristics, a method of production is proposed, which includes preparing a batch by mixing cubic boron nitride powders in an amount of 55-65 mass % of the batch mass, metallic titanium and iodine at a mass ratio of titanium to iodine of 5:1, applying titanium to the cubic boron nitride particles by chemical vapor deposition, forming a layer of titanium nitrides and borides with a temperature increase at a rate of 7.00±0.50 deg/min and holding at the final temperature for 120 minutes, molding cutting tool blanks and sintering the blanks at a temperature of 1450±50°C under a pressure of 3.8±0.2 GPa for 10 seconds with the simultaneous formation of a bond of titanium nitride and titanium diboride.

В предлагаемом изобретении технический эффект достигается за счет использования в исходных шихтах порошков кубического нитрида бора фракций (мкм) 10/5, 8/4 и 3/1 и выбора оптимальной для каждой фракции порошка кубического нитрида бора конечной температуры образования слоя нитридов и боридов титана на поверхности частиц кубического нитрида бора.In the proposed invention, the technical effect is achieved by using cubic boron nitride powders of fractions (μm) 10/5, 8/4 and 3/1 in the initial batches and selecting the optimum final temperature for each fraction of cubic boron nitride powder for the formation of a layer of titanium nitrides and borides on the surface of cubic boron nitride particles.

Выбранная температура спекания заготовок обусловлена тем, что температуры спекания ниже 1400°С недостаточны для формирования матрицы необходимой структуры, и, следовательно, для прочного удержания зерен кубического нитрида бора. При таких температурных условиях материал не спекается. Использование температуры спекания выше 1500°С требует эксплуатации крупнотоннажных гидравлических прессов, что приведет к увеличению затрат на электроэнергию и, как следствие, увеличению себестоимости материала.The selected sintering temperature of the blanks is due to the fact that sintering temperatures below 1400°C are insufficient to form a matrix of the required structure, and, consequently, to firmly retain the grains of cubic boron nitride. Under such temperature conditions, the material does not sinter. Using a sintering temperature above 1500°C requires the use of large-tonnage hydraulic presses, which will lead to an increase in electricity costs and, as a consequence, an increase in the cost of the material.

Предлагаемое изобретение является новым, имеет изобретательский уровень и осуществимо в промышленных масштабах. Изобретение может быть реализовано при использовании оборудования, применяемого в настоящее время для получения сверхтвердого режущего инструмента.The proposed invention is new, has an inventive level and is feasible on an industrial scale. The invention can be implemented using equipment currently used to produce superhard cutting tools.

Ниже приводятся примеры реализации заявленного изобретения.Below are examples of the implementation of the claimed invention.

Пример 1.Example 1.

Порошки кубического нитрида бора (cBN-M990, фракции 10/5 мкм, фирма Funik, Китай), титана (ПТН-8, фракции 10/0 мкм, фирма Нормин, Россия) и йода (массовая доля йода 99,5%, фирма Реахим, Россия) смешивали в соотношении 60 масс. %, 33,4 масс. % и 6,6 масс. %, соответственно, в планетарной мельнице с мелющими телами из стали в соотношении М:Ш 1:1 в течение 12 ч. Полученные смеси отделяли от мелющих тел, подвергали магнитной сепарации, загружали в кварцевый реактор, после чего из реактора откачивали воздух и заполняли реактор аргоном высокой чистоты (≥99,998 об. %). Нанесение титана на частицы кубического нитрида бора методом химического осаждения из газовой фазы в протоке аргона проводили при подъеме температуры до 725±5°С со скоростью 7,00±0,50 град/мин и выдержке при конечной температуре 120 минут. После остывания реакционной смеси из нее удаляли остатки йода промывкой дистиллированной водой через фильтровальную бумагу марки ФМ.Powders of cubic boron nitride (cBN-M990, fraction 10/5 μm, Funik, China), titanium (PTN-8, fraction 10/0 μm, Normin, Russia) and iodine (iodine mass fraction 99.5%, Reakhim, Russia) were mixed in a ratio of 60 wt. %, 33.4 wt. % and 6.6 wt. %, respectively, in a planetary mill with steel grinding media in a M:Sh ratio of 1:1 for 12 h. The resulting mixtures were separated from the grinding media, subjected to magnetic separation, loaded into a quartz reactor, after which air was evacuated from the reactor and the reactor was filled with high-purity argon (≥99.998 vol. %). Titanium was applied to cubic boron nitride particles by chemical vapor deposition in an argon flow with the temperature raised to 725±5°C at a rate of 7.00±0.50 deg/min and held at the final temperature for 120 minutes. After the reaction mixture cooled, the remaining iodine was removed from it by washing with distilled water through FM filter paper.

В результате на поверхности зерен кубического нитрида бора образовался слой сплошного покрытия нитридов и боридов титана толщиной 390-530 нм (фиг. 1).As a result, a continuous coating of titanium nitrides and borides with a thickness of 390-530 nm was formed on the surface of cubic boron nitride grains (Fig. 1).

Из порошка с нанесенным слоем формовали заготовки необходимой геометрии одноосным холодным прессованием на гидравлическом прессе под давлением 100 МПа. Перед процессом прессования шихту пластифицировали 10%-ным раствором поливинилового спирта в воде в количестве 10% от массы смеси.The powder with the applied layer was molded into blanks of the required geometry by uniaxial cold pressing on a hydraulic press under a pressure of 100 MPa. Before the pressing process, the batch was plasticized with a 10% solution of polyvinyl alcohol in water in an amount of 10% of the mixture weight.

Спекание проводили в аппарате высокого давления типа «наковальня с лункой», установленном на гидравлическом прессе марки ДО138Б. При спекании происходило одновременное воздействие на прессуемый материал давления 3,8±0,2 ГПа и температуры 1450±50°С в течение 10 сек. При воздействии высоких давлений и температур из оболочек зерен кубического нитрида бора формировалась единая структура, образованная связкой TiN-TiB2, равномерно распределенной между зернами cBN и прочно скрепляющей их друг с другом (фиг. 2). Параметры синтеза режущего материала предотвращают превращение кубической фазы нитрида бора в гексагональную фазу.Sintering was carried out in a high-pressure apparatus of the "anvil with a dimple" type, installed on a DO138B hydraulic press. During sintering, the pressed material was simultaneously exposed to a pressure of 3.8±0.2 GPa and a temperature of 1450±50°C for 10 sec. Under the influence of high pressures and temperatures, a single structure was formed from the shells of cubic boron nitride grains, formed by the TiN-TiB 2 binder, uniformly distributed between the cBN grains and firmly bonding them to each other (Fig. 2). The parameters of the synthesis of the cutting material prevent the transformation of the cubic phase of boron nitride into the hexagonal phase.

Оценку режущих свойств пластин cBN-TiN-TiB2 проводили по результатам обработки инструментальной стали марки ХВГ ГОСТ 5950-2000 с твердостью 59-60 ед. по HRC без использования смазочно-охлаждающих жидкостей на токарном станке с ЧПУ марки MAZAK QTN250IIM с использованием токарных резцов. Испытания проводили по режиму: скорость - 110 м/мин, подача - 0,1 мм/об, глубина резания - 0,5 мм, время резания при испытаниях 5 минут. Критерием износа при испытаниях режущей пластины являлась величина площадки износа пластины по задней грани, образованной в течение 5 минут точения, при отсутствии сколов на передних или задних поверхностях.The cutting properties of cBN-TiN-TiB 2 plates were assessed based on the results of machining tool steel grade KhVG GOST 5950-2000 with a hardness of 59-60 units by HRC without the use of cutting fluids on a MAZAK QTN250IIM CNC lathe using turning cutters. The tests were carried out according to the following mode: speed - 110 m/min, feed - 0.1 mm/rev, cutting depth - 0.5 mm, cutting time during tests was 5 minutes. The wear criterion during tests of the cutting plate was the size of the plate wear area along the rear face formed during 5 minutes of turning, in the absence of chips on the front or rear surfaces.

Результаты испытаний приведены в таблице 1.The test results are shown in Table 1.

Пример 2.Example 2.

Порошки кубического нитрида бора (cBN-M990, фракции 8/4 мкм, фирма Funik, Китай), титана (ПТН-8, фракции 10/0 мкм, фирма Нормин, Россия) и йода (массовая доля йода 99,5%, фирма Реахим, Россия) смешивали в соотношении 60 масс. %, 33,4 масс. % и 6,6 масс. %, соответственно, аналогично примеру 1. Нанесение титана на частицы кубического нитрида бора проводили при подъеме температуры до 710±5°С по примеру 1.Powders of cubic boron nitride (cBN-M990, fraction 8/4 μm, Funik, China), titanium (PTN-8, fraction 10/0 μm, Normin, Russia) and iodine (iodine mass fraction 99.5%, Reakhim, Russia) were mixed in a ratio of 60 wt. %, 33.4 wt. % and 6.6 wt. %, respectively, similar to Example 1. Titanium was applied to particles of cubic boron nitride by raising the temperature to 710±5°C according to Example 1.

В результате на поверхности зерен кубического нитрида бора образовался слой сплошного покрытия нитридов и боридов титана толщиной 270-390 нм (фиг. 3).As a result, a continuous coating of titanium nitrides and borides with a thickness of 270-390 nm was formed on the surface of cubic boron nitride grains (Fig. 3).

Формование и спекание заготовок проводили по примеру 1. Единая структура, образованная связкой TiN-TiB2, равномерно распределенной между зернами кубического нитрида бора, показана на фиг. 4.The forming and sintering of the blanks was carried out according to example 1. The unified structure formed by the TiN-TiB 2 binder, uniformly distributed between the grains of cubic boron nitride, is shown in Fig. 4.

Оценку режущих свойств полученного материала проводили аналогично примеру 1.The cutting properties of the obtained material were assessed similarly to example 1.

Результаты испытаний приведены в таблице 1.The test results are shown in Table 1.

Пример 3.Example 3.

Порошки кубического нитрида бора (cBN-M990, фракции 3/1 мкм, фирма Funik, Китай), титана (ПТН-8, фракции 10/0 мкм, фирма Нормин, Россия) и йода (массовая доля йода 99,5%, фирма Реахим, Россия) смешивали в соотношении 60 масс. %, 33,4 масс. % и 6.6 масс. %, соответственно, аналогично примеру 1. Нанесение титана на частицы кубического нитрида бора проводили при подъеме температуры до 675±5°С по примеру 1.Powders of cubic boron nitride (cBN-M990, fraction 3/1 μm, Funik, China), titanium (PTN-8, fraction 10/0 μm, Normin, Russia) and iodine (iodine mass fraction 99.5%, Reakhim, Russia) were mixed in a ratio of 60 wt. %, 33.4 wt. % and 6.6 wt. %, respectively, similar to Example 1. Titanium was applied to cubic boron nitride particles by raising the temperature to 675±5°C according to Example 1.

В результате на поверхности зерен кубического нитрида бора образовался слой сплошного покрытия нитридов и боридов титана толщиной 110-180 нм (фиг. 5).As a result, a continuous coating of titanium nitrides and borides with a thickness of 110-180 nm was formed on the surface of cubic boron nitride grains (Fig. 5).

Формование и спекание заготовок проводили по примеру 1. Единая структура, образованная связкой TiN-TiB2, равномерно распределенной между зернами кубического нитрида бора, показана на фиг. 6.The forming and sintering of the blanks was carried out according to example 1. The unified structure formed by the TiN-TiB 2 binder, uniformly distributed between the grains of cubic boron nitride, is shown in Fig. 6.

Оценку режущих свойств полученного материала проводили аналогично примеру 1.The cutting properties of the obtained material were assessed similarly to example 1.

Результаты испытаний приведены в таблице 1.The test results are shown in Table 1.

Пример 4.Example 4.

Порошки кубического нитрида бора (cBN-M990, фракции 10/5 мкм, фирма Funik, Китай), титана (ПТН-8, фракции 10/0 мкм, фирма Нормин, Россия) и йода (массовая доля йода 99,5%, фирма Реахим, Россия) смешивали в соотношении 55 масс. %, 38,3 масс. % и 6.7 масс. %, соответственно, аналогично примеру 1. Нанесение титана на частицы кубического нитрида бора проводили при подъеме температуры до 725±5°С по примеру 1.Powders of cubic boron nitride (cBN-M990, fraction 10/5 μm, Funik, China), titanium (PTN-8, fraction 10/0 μm, Normin, Russia) and iodine (iodine mass fraction 99.5%, Reakhim, Russia) were mixed in a ratio of 55 wt. %, 38.3 wt. % and 6.7 wt. %, respectively, similar to Example 1. Titanium was applied to the particles of cubic boron nitride by raising the temperature to 725±5°C according to Example 1.

Формование и спекание заготовок проводили по примеру 1.The molding and sintering of the blanks was carried out according to example 1.

Оценку режущих свойств полученного материала проводили аналогично примеру 1. Результаты испытаний приведены в таблице 1.The cutting properties of the obtained material were assessed similarly to example 1. The test results are presented in Table 1.

Пример 5.Example 5.

Порошки кубического нитрида бора (cBN-M990, фракции 8/4 мкм, фирма Funik, Китай), титана (ПТН-8, фракции 10/0 мкм, фирма Нормин, Россия) и йода (массовая доля йода 99,5%, фирма Реахим, Россия) смешивали в соотношении 65 масс. %, 29,2 масс. % и 5.8 масс. %, соответственно, аналогично примеру 1. Нанесение титана на частицы кубического нитрида бора проводили при подъеме температуры до 710±5°С по примеру 1.Powders of cubic boron nitride (cBN-M990, fraction 8/4 μm, Funik, China), titanium (PTN-8, fraction 10/0 μm, Normin, Russia) and iodine (iodine mass fraction 99.5%, Reakhim, Russia) were mixed in a ratio of 65 wt. %, 29.2 wt. % and 5.8 wt. %, respectively, similar to Example 1. Titanium was applied to cubic boron nitride particles by raising the temperature to 710±5°C according to Example 1.

Формование и спекание заготовок проводили по примеру 1.The molding and sintering of the blanks was carried out according to example 1.

Оценку режущих свойств полученного материала проводили аналогично примеру 1.The cutting properties of the obtained material were assessed similarly to example 1.

Результаты испытаний приведены в таблице 1.The test results are shown in Table 1.

Пример 6.Example 6.

Порошки кубического нитрида бора (cBN-M990, фракции 3/1 мкм, фирма Funik, Китай), титана (ПТН-8, фракции 10/0 мкм, фирма Нормин, Россия) и йода (массовая доля йода 99,5%, фирма Реахим, Россия) смешивали в соотношении 60 масс. %, 33,4 масс. % и 6,6 масс. %, соответственно, аналогично примеру 1. Нанесение титана на частицы кубического нитрида бора проводили при подъеме температуры до 725±5°С по примеру 1.Powders of cubic boron nitride (cBN-M990, fraction 3/1 μm, Funik, China), titanium (PTN-8, fraction 10/0 μm, Normin, Russia) and iodine (iodine mass fraction 99.5%, Reakhim, Russia) were mixed in a ratio of 60 wt. %, 33.4 wt. % and 6.6 wt. %, respectively, similar to Example 1. Titanium was applied to cubic boron nitride particles by raising the temperature to 725±5°C according to Example 1.

Формование и спекание заготовок проводили по примеру 1.The molding and sintering of the blanks was carried out according to example 1.

Оценку режущих свойств полученного материала проводили аналогично примеру 1.The cutting properties of the obtained material were assessed similarly to example 1.

Результаты испытаний приведены в таблице 1.The test results are shown in Table 1.

Пример 7.Example 7.

Порошки кубического нитрида бора (cBN-M990, фракции 8/4 мкм, фирма Funik, Китай), титана (ПТН-8, фракции 10/0 мкм, фирма Нормин, Россия) и йода (массовая доля йода 99,5%, фирма Реахим, Россия) смешивали в соотношении 60 масс. %, 33,4 масс. % и 6,6 масс. %, соответственно, аналогично примеру 1. Нанесение титана на частицы кубического нитрида бора проводили при подъеме температуры до 925±5°С по примеру 1.Powders of cubic boron nitride (cBN-M990, 8/4 μm fraction, Funik, China), titanium (PTN-8, 10/0 μm fraction, Normin, Russia) and iodine (iodine mass fraction 99.5%, Reakhim, Russia) were mixed in a ratio of 60 wt. %, 33.4 wt. % and 6.6 wt. %, respectively, similar to Example 1. Titanium was applied to cubic boron nitride particles by raising the temperature to 925±5°C according to Example 1.

Формование и спекание заготовок проводили по примеру 1.The molding and sintering of the blanks was carried out according to example 1.

Оценку режущих свойств полученного материала проводили аналогично примеру 1.The cutting properties of the obtained material were assessed similarly to example 1.

Результаты испытаний приведены в таблице 1.The test results are shown in Table 1.

Пример 8.Example 8.

Порошки кубического нитрида бора (cBN-M990, фракции 10/5 мкм, фирма Funik, Китай), титана (ПТН-8, фракции 10/0 мкм, фирма Нормин, Россия) и йода (массовая доля йода 99,5%, фирма Реахим, Россия) смешивали в соотношении 60 масс. %, 33,4 масс. % и 6,6 масс. %, соответственно, аналогично примеру 1. Нанесение титана на частицы кубического нитрида бора проводили при подъеме температуры до 925±5°С по примеру 1.Powders of cubic boron nitride (cBN-M990, fraction 10/5 μm, Funik, China), titanium (PTN-8, fraction 10/0 μm, Normin, Russia) and iodine (iodine mass fraction 99.5%, Reakhim, Russia) were mixed in a ratio of 60 wt. %, 33.4 wt. % and 6.6 wt. %, respectively, similar to Example 1. Titanium was applied to particles of cubic boron nitride by raising the temperature to 925±5°C according to Example 1.

Формование и спекание заготовок проводили по примеру 1.The molding and sintering of the blanks was carried out according to example 1.

Оценку режущих свойств полученного материала проводили аналогично примеру 1.The cutting properties of the obtained material were assessed similarly to example 1.

Результаты испытаний приведены в таблице 1.The test results are shown in Table 1.

Пример 9.Example 9.

Порошки кубического нитрида бора (cBN-M990, фракции 10/5 мкм, фирма Funik, Китай), титана (ПТН-8, фракции 10/0 мкм, фирма Нормин, Россия) и йода (массовая доля йода 99,5%, фирма Реахим, Россия) смешивали в соотношении 70 масс. %, 25 масс. % и 5 масс. %, соответственно, аналогично примеру 1. Нанесение титана на частицы кубического нитрида бора проводили при подъеме температуры до 755±5°С по примеру 1.Powders of cubic boron nitride (cBN-M990, fraction 10/5 μm, Funik, China), titanium (PTN-8, fraction 10/0 μm, Normin, Russia) and iodine (iodine mass fraction 99.5%, Reakhim, Russia) were mixed in a ratio of 70 wt. %, 25 wt. % and 5 wt. %, respectively, similar to Example 1. Titanium was applied to particles of cubic boron nitride by raising the temperature to 755±5°C according to Example 1.

Формование и спекание заготовок проводили по примеру 1.The molding and sintering of the blanks was carried out according to example 1.

Оценку режущих свойств полученного материала проводили аналогично примеру 1.The cutting properties of the obtained material were assessed similarly to example 1.

Результаты испытаний приведены в таблице 1.The test results are shown in Table 1.

Пример 10.Example 10.

Порошки кубического нитрида бора (cBN-M990, фракции 10/5 мкм, фирма Funik, Китай), титана (ПТН-8, фракции 10/0 мкм, фирма Нормин, Россия) и йода (массовая доля йода 99,5%, фирма Реахим, Россия) смешивали в соотношении 70 масс. %, 25 масс. % и 5 масс. %, соответственно, аналогично примеру 1. Нанесение титана на частицы кубического нитрида бора проводили при подъеме температуры до 925±5°С по примеру 1.Powders of cubic boron nitride (cBN-M990, fraction 10/5 μm, Funik, China), titanium (PTN-8, fraction 10/0 μm, Normin, Russia) and iodine (iodine mass fraction 99.5%, Reakhim, Russia) were mixed in a ratio of 70 wt. %, 25 wt. % and 5 wt. %, respectively, similar to Example 1. Titanium was applied to cubic boron nitride particles by raising the temperature to 925±5°C according to Example 1.

Формование и спекание заготовок проводили по примеру 1.The molding and sintering of the blanks was carried out according to example 1.

Оценку режущих свойств полученного материала проводили аналогично примеру 1.The cutting properties of the obtained material were assessed similarly to example 1.

Результаты испытаний приведены в таблице 1.The test results are shown in Table 1.

Пример 11.Example 11.

Порошки кубического нитрида бора (cBN-M990, фракции 10/5 мкм, фирма Funik, Китай), титана (ПТН-8, фракции 10/0 мкм, фирма Нормин, Россия) и йода (массовая доля йода 99,5%, фирма Реахим, Россия) смешивали в соотношении 70 масс. %, 25 масс. % и 5 масс. %, соответственно, аналогично примеру 1. Нанесение титана на частицы кубического нитрида бора проводили при подъеме температуры до 800±5°С по примеру 1.Powders of cubic boron nitride (cBN-M990, fraction 10/5 μm, Funik, China), titanium (PTN-8, fraction 10/0 μm, Normin, Russia) and iodine (iodine mass fraction 99.5%, Reakhim, Russia) were mixed in a ratio of 70 wt. %, 25 wt. % and 5 wt. %, respectively, similar to Example 1. Titanium was applied to particles of cubic boron nitride by raising the temperature to 800±5°C according to Example 1.

Формование и спекание заготовок проводили по примеру 1.The molding and sintering of the blanks was carried out according to example 1.

Оценку режущих свойств полученного материала проводили аналогично примеру 1.The cutting properties of the obtained material were assessed similarly to example 1.

Результаты испытаний приведены в таблице 1.The test results are shown in Table 1.

Пример 12.Example 12.

Порошки кубического нитрида бора (cBN-M990, фракции 10/5 мкм, фирма Funik, Китай), титана (ПТН-8, фракции 10/0 мкм, фирма Нормин, Россия) и йода (массовая доля йода 99,5%, фирма Реахим, Россия) смешивали в соотношении 80 масс. %, 17 масс. % и 3 масс. %, соответственно, аналогично примеру 1. Нанесение титана на частицы кубического нитрида бора проводили при подъеме температуры до 800±5°С по примеру 1.Powders of cubic boron nitride (cBN-M990, fraction 10/5 μm, Funik, China), titanium (PTN-8, fraction 10/0 μm, Normin, Russia) and iodine (iodine mass fraction 99.5%, Reakhim, Russia) were mixed in a ratio of 80 wt. %, 17 wt. % and 3 wt. %, respectively, similar to Example 1. Titanium was applied to particles of cubic boron nitride by raising the temperature to 800±5°C according to Example 1.

Формование и спекание заготовок проводили по примеру 1.The molding and sintering of the blanks was carried out according to example 1.

Оценку режущих свойств полученного материала проводили аналогично примеру 1.The cutting properties of the obtained material were assessed similarly to example 1.

Результаты испытаний приведены в таблице 1.The test results are shown in Table 1.

Пример 13.Example 13.

Порошки кубического нитрида бора (cBN-M990, фракции 10/5 мкм, фирма Funik, Китай), титана (ПТН-8, фракции 10/0 мкм, фирма Нормин, Россия) и йода (массовая доля йода 99,5%, фирма Реахим, Россия) смешивали в соотношении 80 масс. %, 17 масс. % и 3 масс. %, соответственно, аналогично примеру 1. Нанесение титана на частицы кубического нитрида бора проводили при подъеме температуры до 925±5°С по примеру 1.Powders of cubic boron nitride (cBN-M990, fraction 10/5 μm, Funik, China), titanium (PTN-8, fraction 10/0 μm, Normin, Russia) and iodine (iodine mass fraction 99.5%, Reakhim, Russia) were mixed in a ratio of 80 wt. %, 17 wt. % and 3 wt. %, respectively, similar to Example 1. Titanium was applied to cubic boron nitride particles by raising the temperature to 925±5°C according to Example 1.

Формование и спекание заготовок проводили по примеру 1.The molding and sintering of the blanks was carried out according to example 1.

Оценку режущих свойств полученного материала проводили аналогично примеру 1.The cutting properties of the obtained material were assessed similarly to example 1.

Результаты испытаний приведены в таблице 1.The test results are shown in Table 1.

Пример 14.Example 14.

Порошки кубического нитрида бора (cBN-M990, фракции 10/3 мкм, фирма Funik, Китай), титана (ПТН-8, фракции 10/0 мкм, фирма Нормин, Россия) и йода (массовая доля йода 99,5%, фирма Реахим, Россия) смешивали в соотношении 60 масс. %, 33,4 масс. % и 6,6 масс. %, соответственно, аналогично примеру 1. Нанесение титана на частицы кубического нитрида бора проводили при подъеме температуры до 710±5°С по примеру 1.Powders of cubic boron nitride (cBN-M990, fraction 10/3 μm, Funik, China), titanium (PTN-8, fraction 10/0 μm, Normin, Russia) and iodine (iodine mass fraction 99.5%, Reakhim, Russia) were mixed in a ratio of 60 wt. %, 33.4 wt. % and 6.6 wt. %, respectively, similar to Example 1. Titanium was applied to particles of cubic boron nitride by raising the temperature to 710±5°C according to Example 1.

Формование и спекание заготовок проводили по примеру 1.The molding and sintering of the blanks was carried out according to example 1.

Оценку режущих свойств полученного материала проводили аналогично примеру 1.The cutting properties of the obtained material were assessed similarly to example 1.

Результаты испытаний приведены в таблице 1.The test results are shown in Table 1.

Список источников:List of sources:

1. Angseryd, J., et al. Detailed microstructure of a cBN based cutting tool material / J. Angseryd, M. Elfwing, E. Olsson, // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. - 2009. - Is. 27. - P. 249-255.1. Angseryd, J., et al. Detailed microstructure of a cBN based cutting tool material / J. Angseryd, M. Elfwing, E. Olsson, // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. - 2009. - Is. 27. - P. 249-255.

2. Булатов O.H. и др. Фазовый состав и физико-механические свойства режущих композиций на основе кубического нитрида бора / О.Н. Булатов, С.С. Орданьян, B.И. Румянцев, Н.Ю. Кораблева, В.Н. Фищев // Огнеупоры и техническая керамика. №1-2. - 2019. - С. 3-9.2. Bulatov O.N. et al. Phase composition and physical and mechanical properties of cutting compositions based on cubic boron nitride / O.N. Bulatov, S.S. Ordanyan, V.I. Rumyantsev, N.Yu. Korableva, V.N. Fishchev // Refractories and technical ceramics. No. 1-2. - 2019. - P. 3-9.

3. Синтетические сверхтвердые материалы: В 3-х т. Т. 1 Синтез сверхтвердых материалов / под ред. В.М. Новикова [и др.]. - Киев: Наукова думка, 1986. - С. 280.3. Synthetic superhard materials: In 3 volumes. Volume 1 Synthesis of superhard materials / edited by V.M. Novikov [et al.]. - Kyiv: Naukova Dumka, 1986. - P. 280.

4. Шипило В.Б., Шишонок Н.А., Дутов А.Г. Сверхтвердые материалы: получение, свойства и применение // Актуальные проблемы физики твердого тела: Сб. ст. к 40-летию ИФТТП НАН Беларуси и 90-летию его основателя акад. Н.Н. Сироты / НАН Беларуси, Институт физики твердого тела и полупроводников. - Минск, 2003. - C. 650-698.4. Shipilo V.B., Shishonok N.A., Dutov A.G. Superhard materials: production, properties and application // Actual problems of solid state physics: Collection of articles for the 40th anniversary of the ISPSS NAS of Belarus and the 90th anniversary of its founder, Academician N.N. Sirota / NAS of Belarus, Institute of Solid State Physics and Semiconductors. - Minsk, 2003. - P. 650-698.

5. RU 2147972 (С1) - Способ получения сверхтвердого композиционного материала на основе кубического нитрида бора для режущих инструментов и композиционный материал / Авторы: С.С. Орданьян, Т.М. Связкина, С.В. Журавлев, С.А. Хотакко, В.А. Яшин; патентообладатель: Акционерное общество открытого типа «Абразивный завод Ильич» [Россия]. Опубл. 27.04.2000.5. RU 2147972 (C1) - Method for producing superhard composite material based on cubic boron nitride for cutting tools and composite material / Authors: S.S. Ordanyan, T.M. Svyazkina, S.V. Zhuravlev, S.A. Hotakko, V.A. Yashin; patent holder: Open Joint-Stock Company "Ilyich Abrasive Plant" [Russia]. Published 27.04.2000.

6. RU 92007535 (А) - Способ изготовления сверхтвердых композиционных материалов / Авторы: А.Н. Кудельский, В.А. Пономаренко, Н.Н. Степанов, В.Т. Весна [Россия]. Опубл. 10.02.1995.6. RU 92007535 (A) - Method for manufacturing superhard composite materials / Authors: A.N. Kudelsky, V.A. Ponomarenko, N.N. Stepanov, V.T. Vesna [Russia]. Published 10.02.1995.

7. ЕР 0570635 (A1) - Products and process for making multigrain abrasive compacts / Авторы: D.E. Slutz, F.R. Corrigan; патентообладатель: General Electric Company [США]. Опубл. 24.11.1993.7. EP 0570635 (A1) - Products and process for making multigrain abrasive compacts / Authors: D.E. Slutz, F.R. Corrigan; patent holder: General Electric Company [USA]. Published 24.11.1993.

8. SU 1583457 (A1) - Шихта для получения спеченного сверхтвердого инструментального материала / Авторы: В.Т. Весна, В.П. Маслов, В.А. Пономаренко, Э.Я. Довгаль, С.В. Чижов, Г.В. Яковлев [Россия]. Опубл. 07.08.1990.8. SU 1583457 (A1) - Charge for producing sintered superhard tool material / Authors: V.T. Vesna, V.P. Maslov, V.A. Ponomarenko, E.Ya. Dovgal, S.V. Chizhov, G.V. Yakovlev [Russia]. Published 07.08.1990.

Claims (1)

Способ изготовления сверхтвердого композиционного материала для режущего инструмента, включающий приготовление шихты путем смешения порошков кубического нитрида бора в количестве 55-65 масс. % от массы шихты, металлического титана и йода при массовом отношении титана к йоду 5:1, нанесение слоя титана на поверхность частиц кубического нитрида бора методом химического осаждения из газовой фазы, образование слоя нитридов и боридов титана при подъеме температуры со скоростью 7,00±0,50 град/мин и выдержке при конечной температуре 120 мин, формование из полученного порошка заготовок режущего инструмента и спекание заготовок при температуре 1450±50°С под давлением 3,8±0,2 ГПа в течение 10 с с одновременным формированием связки из нитрида титана и диборида титана, отличающийся тем, что для приготовления шихты и дальнейшей обработки используют порошок кубического нитрида бора фракции (мкм) 10/5 и процесс образования слоя нитридов и боридов титана на поверхности частиц кубического нитрида бора проводят до конечной температуры 725±5°С, или используют порошок кубического нитрида бора фракции (мкм) 8/4 и указанный процесс проводят до конечной температуры 710±5°С, или используют порошок кубического нитрида бора фракции (мкм) 3/1 и указанный процесс проводят до конечной температуры 675±5°С.A method for producing a superhard composite material for a cutting tool, including preparing a charge by mixing cubic boron nitride powders in an amount of 55-65 mass. % of the charge weight, metallic titanium and iodine at a titanium to iodine weight ratio of 5:1, applying a titanium layer to the surface of cubic boron nitride particles by chemical vapor deposition, forming a layer of titanium nitrides and borides with a temperature increase at a rate of 7.00±0.50 deg/min and holding at a final temperature for 120 min, molding cutting tool blanks from the resulting powder and sintering the blanks at a temperature of 1450±50°C under a pressure of 3.8±0.2 GPa for 10 s with the simultaneous formation of a bond of titanium nitride and titanium diboride, characterized in that cubic boron nitride powder of fraction (μm) 10/5 is used to prepare the charge and further processing and the process of forming a layer of titanium nitrides and borides on the surface of cubic boron nitride particles is carried out to a final temperature 725±5°C, or cubic boron nitride powder of fraction (μm) 8/4 is used and the specified process is carried out to a final temperature of 710±5°C, or cubic boron nitride powder of fraction (μm) 3/1 is used and the specified process is carried out to a final temperature of 675±5°C.
RU2023135030A 2023-12-25 Method of producing superhard composite material for cutting tools RU2829867C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2829867C1 true RU2829867C1 (en) 2024-11-07

Family

ID=

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0094147B1 (en) * 1982-04-02 1987-05-13 General Electric Company Improved sweep through process for making polycrystalline compacts
US5132245A (en) * 1989-05-17 1992-07-21 Agency Of Industrial Science And Technology Method for production of cubic boron nitride-containing high-density inorganic composite sintered article
RU2284247C2 (en) * 2004-12-31 2006-09-27 Общество с ограниченной ответственностью "Микробор" Method for producing blank of shock resistant cutting tip on base of cubic boron nitride and shock resistant cutting tip produced by such method

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0094147B1 (en) * 1982-04-02 1987-05-13 General Electric Company Improved sweep through process for making polycrystalline compacts
US5132245A (en) * 1989-05-17 1992-07-21 Agency Of Industrial Science And Technology Method for production of cubic boron nitride-containing high-density inorganic composite sintered article
RU2284247C2 (en) * 2004-12-31 2006-09-27 Общество с ограниченной ответственностью "Микробор" Method for producing blank of shock resistant cutting tip on base of cubic boron nitride and shock resistant cutting tip produced by such method

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
БОГДАНОВ С. П. и др., Композиционный материал на основе микропорошка кубического нитрида бора с покрытием, Новые огнеупоры, 2015, N 11, сс. 45-51. *
РУДЕНОК Л.П. и др., Сверхтвердый композиционный материал на основе кубического нитрида бора, плакированного соединениями титана, Новые огнеупоры, 2022, N 11, сс. 42-47. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2907315B2 (en) Production of polycrystalline cubic boron nitride
US5271749A (en) Synthesis of polycrystalline cubic boron nitride
KR100882924B1 (en) High strength Tyl₃AlC₂ composites and manufacturing method thereof
CN112743080B (en) Method for preparing Ti (C, N) -based metal ceramic cutter material with high heat resistance through in-situ integration
WO1997018162A1 (en) Synthesis of 312 phases and composites thereof
US20090105062A1 (en) Sintered Wear-Resistant Boride Material, Sinterable Powder Mixture, for Producing Said Material, Method for Producing the Material and Use Thereof
CN103030396A (en) Boron carbide silicon carbide composite ceramic and preparation method thereof
CN105734390B (en) A kind of preparation method for the polycrystalline cubic boron nitride compound material that high-entropy alloy combines
CN101974713A (en) Method for preparing gradient cemented carbide with cubic carbide free layer
US4332755A (en) Sintered silicon carbide - aluminum nitride articles and method of making such articles
CN110282983B (en) High-hardness TiB without intermediate phase 2 -B 4 Preparation method and application of C ceramic composite material
GB2048953A (en) Sintering silicon carbide in boron containing atmosphere
CN115991606A (en) TiB2-SiC-B4C ternary superhard ceramic material and preparation method thereof
CN104593657A (en) Boron carbide-based composite material and preparation method thereof
CN102021473B (en) A kind of preparation method of Fe3Al-Al2O3 composite material
JPS627149B2 (en)
RU2829867C1 (en) Method of producing superhard composite material for cutting tools
CN112899510B (en) A kind of in-situ reaction synthesis method of TiC/Ni composite material
CN116790953B (en) High-performance nano hard alloy product and preparation method thereof
JPH06263516A (en) Molded body for polishing
JP4156025B2 (en) Composite material and its manufacturing method
CN115679282A (en) Preparation method of titanium-silicon target material
JPS6213311B2 (en)
CN112941390B (en) Titanium carbonitride base metal ceramic and preparation method and application thereof
CN111411282B (en) Polycrystalline composite material