Open Access Open Access  Restricted Access Subscription Access

Carbonitriding of Diamondiferous Tape Based on Iron and Its Alloys

Khlybov A.A., Kolosova T.M., Belyaev E.S., Belyaeva S.S.

Abstract


The paper presents the results of studying the structure and properties of diamond-containing sheet materials intended for the manufacture of thin cutting wheels for separation of products in microelectronics. The considered diamond-containing material is made on the basis of a metal bond of the iron - copper - nickel system. The structural composition that ensures the operability of the tool is created by rolling a powder mixture into a tape, sintering a rolling tape, a multi-stage sealing combined with mechanical-thermal treatment and final chemical-thermal treatment of finished cutting wheels.

The mechanical-thermal treatment combines the compaction steps to the non-porous state of the tool belt and will increase the bond strength in the diamond-containing tool by creating a workable dislocation structure. The mechanisms of dispersion hardening are divided into main and indirect. The main ones are based on the fact that dispersed particles are obstacles to the movement of dislocations, indirect ones are associated with the effect of dispersed particles on the nature of the substructure. The main hardening phases include carbides, nitrides, carbonitrides, and intermetallic compounds.

Chemical-thermal treatment (carbonitriding) forms dispersed nitrides and carbonitrides in the structure, which creates additional obstacles to the movement of the dislocation, increasing the bond strength according to the principles of dispersion hardening.

As a result of complex processing aimed at forming the structure of a metal bond of thin diamond-containing cutting wheels, microhardness in the outer layer of the cutting wheel is reached up to 8250 MPa, and in the inner heterophase layer up to 4150 MPa. High microhardness in the outer layer of the cutting wheel made it possible to reduce radial wear to 26 μm per 100 m of the total cutting path at a rotation speed of 34,000 min– 1 and a maximum, ultimate destructive feed of 95 ... 103 mm/s (when cutting highly hard brittle materials) compared to cutting circles obtained by a similar technology but not subjected to final chemical-thermal treatment. In the case considered, chemical-thermal treatment carried out on thin cutting wheels significantly increases their service life.

Keywords


sintering, rolling, powders, tape, carbonitriding, nitriding, diamond-containing materials, compacting, strength

Full Text

Galleys

PDF (Русский)
References References

Разработка нового поколения режущего инструмента из сверхтвердых материалов с наномодифицированной связкой для обработки стали и чугуна / П. А. Логинов, Д. А. Сидоренко, Е. А. Левашов, В. А. Андреев // Изв. вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2017. № 1. С. 64–75. DOI: dx.doi.org/10.17073/1997-308X-2017-1-64-75.

Atabiev R.K., Polushin, N.I. Laptev A.I. [Composition dependence of mechanical properties of diamond segments]. Non-ferrous Metals, 2015, no. 56, pp. 73-78. doi: 10.3103/S1067821215010046

Xie D., Qin H., Lin F. [Microstructures and Properties of Fe-Co-Cu Pre-Alloyed Powder for Geological Diamond Bits]. J. Superhard Mater., 2019, no. 41, pp. 302-309. doi: 10.3103/S1063457619050022

Xie L., Chen L. & Huang X. [Effect of Graphite Addition on Impregnated Diamond Bit Properties]. J. Superhard Mater., 2019, no. 41, pp. 237-246. doi: 10.3103/S106345761904004X

Гадалов В. Н., Филатов Е. А., Макарова И. А. Инструментальные композиционные алмазосодержащие материалы // Композиционные строительные материалы. Теория и практика : сб. ст. Междунар. науч.-техн. конф., посвященной памяти В. И. Калашникова. Пенза : Приволжский Дом знаний, 2017. C. 22–25. ISBN 978-5-8356-1659-6.

Шарин П. П., Акимова М. П. Влияние структуры переходной зоны твердосплавной матрицы на удельную производительность инструмента, полученного при металлизации алмазов в процессе их спекания с пропиткой медью // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. 2018. Т. 20, № 4. С. 57–66. doi: 10.15593/2224-9877/2018.4.07

Влияние состава, структуры и свойств матриц на стойкость алмазного бурового инструмента / Н. И. Полушин, А. В. Богатырев, А. И. Лаптев, М. Н. Сорокин // Изв. вузов. Порошковая металлургия и функц. покрытия. 2016. № 1 С. 60–66. DOI: dx.doi.org/10.17073/1997-308X-2016-1-60-66.

Соколов Е. Г. Влияние олова на структуру и твердость металлических связок алмазных инструментов, полученных композиционной пайкой // Изв. вузов. Порошковая металлургия и функц. покрытия. 2015. № 3 С. 62–67. DOI: dx.doi.org/10.17073/1997-308X-2015-3-62-67.

Изнашивание поверхности трения алмазного сверла с твердосплавной матрицей WC-CO-CU / П. П. Шарин, М. И. Васильева, И. И. Суздалов, Г. Г. Винокуров, М. В. Федоров // Вестник СВФУ. 2016. № 4 (54). С. 57–66.

Stakhniv N.F., Devin L.N. [The Influence of the Cutting Speed on the Temperature and Forces at the Precision Turning of Nonferrous Metals Using Cutters with Round Diamond-Hard-Alloyed Plates]. J. Superhard Mater., 2019, no. 41, pp. 178-184. doi: 10.3103/S1063457619030055

Алмазосодержащие материалы для отрезного инструмента на основе железного порошка / Т. М. Колосова, В. К. Сорокин, С. В. Костромин, Е. С. Беляев // Современные проблемы науки и обра-зования. 2013. № 2. С. 209.

Судник Л. В., Витязь П. А., Ильющенко А. Ф. Алмазосодержащие абразивные нанокомпозиты. Минск : Беларус. навука, 2012. 319 с. ISBN 978-985-08-1425-8.

Абразивные алмазосодержащие материалы для отрезного инструмента: технология упрочнения и свойства / В. К. Сорокин, Т. М. Колосова, С. В. Костромин, Е. С. Беляев // Современные наукоемкие технологии. 2018. № 2. С. 96–103.

Азотирование и карбонитрирование / Р. Читтерджи-Фишер, Ф. В. Эйзел [и др.] : пер. с нем. / под ред. А. В. Супова. М. : Металлургия, 1990. 280 с.

Интенсификация процессов химико-термической обработки сталей : монография / Л. Г. Петрова, В. А. Александров, П. Е. Демин, А. С. Сергеева ; под ред. Л. Г. Петровой. М. : МАДИ, 2019. 160 с.




DOI: http://dx.doi.org/10.22213/2413-1172-2020-1-6-13

Article Metrics

Metrics Loading ...

Metrics powered by PLOS ALM


Copyright (c) 2020 Bulletin of Kalashnikov ISTU

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.


ISSN 1813-7903 (Print)
ISSN 2413-1172 (Online)