Сверхтвердые инструментальные материалы реферат

Обновлено: 05.07.2024

Области применения различных марок композитов определяются размерами поликристаллов и их физико-механическими характеристиками. Несмотря на разнообразие марок композиты не создают между собой конкуренции, а успешно дополняют друг друга. Имеются нормативные документы, каталоги, методические рекомендации и справочная литература, в которых достаточно полно и широко описаны основные свойства… Читать ещё >

материаловедение и технология конструкционных материалов. штамповочное и литейное производство

Синтетические сверхтвердые материалы и покрытия ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

Синтетические сверхтвердые материалы

Согласно классификации, все сверхтвердые лезвийные материалы на основе плотных модификаций нитрида бора являются композитами. В зависимости от технологии получения, физикомеханических свойств, условий применения они разбиты на определенные группы. Наиболее широкое применение в отечественной металлообработке нашли композит 01 (эльбор-Р), композит 03 (исмит), композит 05, композит 09 (ПТНБ), однослойный и двухслойный композит 10 (гексанит-Р).

Аналогичные и подобные инструментальные материалы на основе модификации кубического нитрида бора (КНБ) созданы и находят применение во многих индустриально развитых странах, причем их применение неуклонно расширяется.

Перечисленные инструментальные материалы отличает высокая твердость, тепловая устойчивость и химическая инертность к черным металлам, т. е. все то, что делает эти прогрессивные инструментальные материалы весьма эффективными на операциях точения, растачивания и торцового фрезерования как гладких, так и прерывистых точных поверхностей деталей основного машиностроительного назначения.

Высокая эффективность применения инструментов, оснащенных поликристаллами композитов, обусловлена уникальным сочетанием их физико-химических характеристик, в числе которых исключительно высокая твердость, высокая теплостойкость и теплопроводность, близкая к теплопроводности твердых сплавов и не снижающаяся при повышении температуры (табл. 6.1). Поликристаллический кубический нитрид бора имеет износостойкость в 50 раз выше, чем твердый сплав, и в 10 — 25 раз выше, чем оксидная или нитридная керамика. Данные композиты сохраняют свою прочность при высоких температурах, типичных для обработки закаленных черных металлов с относительно высокой интенсивностью съема материала. Эти инструментальные материалы вступают в химическую реакцию с черными металлами на воздухе и при высокой температуре, что обусловливает их определенные преимущества по сравнению с алмазами и другими традиционными инструментальными материалами.

Так, композиты 01 и 02 применяют для тонкого и чистового точения, преимущественно без ударных нагрузок, деталей из черных металлов любой твердости; композит 03 — для предварительного и окончательного точения чугунов любой твердости; композит 05 — для чистового и получистового точения без ударных нагрузок закаленных сталей и чугунов любой твердости, для торцового фрезерования чугунов; композит 10 — для предварительного и окончательного точения (растачивания) с ударными нагрузками и без них сталей и чугунов любой твердости, для торцового фрезерования закаленных сталей и чугунов.

Существует четыре основные группы материалов, эффективно обрабатываемых модификациями кубического нитрида бора:

• отбеленный чугун; легированный никелем или хромом белый чугун (50…65 HRC);
• закаленные стали и детали с поверхностной закалкой (50… 65 HRC);
• некоторые упрочняемые сплавы (38 HRC);
• некоторые марки серого чугуна (200…220 НВ).

Свойства композитов на основе плотных модификаций нитрида бора (по ТУ 2−035−982−85)

Одним из направлений совершенствования режущих свойств инструментов, позволяющим повысить производительность труда при механической обработке, является повышение твердости и теплостойкости инструментальных материалов. Наиболее перспективными в этом отношении являются алмаз и синтетические сверхтвердые материалы на основе нитрида бора.

Алмазы и алмазные инструменты широко используются при обработке деталей из различных материалов. Для алмазов характерны исключительно высокая твердость и износостойкость. По абсолютной твердости алмаз в 4 - 5 раз тверже твердых сплавов и в десятки и сотни раз превышает износостойкость других инструментальных материалов при обработке цветных сплавов и пластмасс. Кроме того, вследствие высокой теплопроводности алмазы лучше отводят теплоту из зоны резания, что способствует гарантированному получению деталей с бесприжоговой поверхностью. Однако алмазы весьма хрупки, что сильно сужает область их применения.

Для изготовления режущих инструментов основное применение получили искусственные алмазы, которые по своим свойствам близки к естественным. При больших давлениях и температурах в искусственных алмазах удается получить такое же расположение атомов углерода, как и в естественных. Масса одного искусственного алмаза обычно составляет 1/8—1/10 карата (1 карат - 0,2 г). Вследствие малости размеров искусственных кристаллов они непригодны для изготовления таких инструментов, как сверла, резцы и другие, а поэтому применяются при изготовлении порошков для алмазных шлифовальных кругов и притирочных паст.

Алмаз как инструментальный материал имеет существенный недостаток — при повышенной температуре он вступает в химическую реакцию с железом и теряет работоспособность.

Для того чтобы обрабатывать стали, чугуны и другие материалы на основе железа, были созданы сверхтвердые материалы, химически инертные к нему. Такие материалы получены по технологии, близкой к технологии получения алмазов, но в качестве исходного вещества используется не графит, а нитрид бора.

Поликристаллы плотных модификаций нитрида бора превосходят по теплостойкости все материалы, применяемые для лезвийного инструмента: алмаз в 1,9 раза, быстрорежущую сталь в 2,3 раза, твердый сплав в 1,7 раза, минералокерамику в 1,2 раза.

Эти материалы изотропны (одинаковая прочность в различных направлениях), обладают микротвердостью меньшей, но близкой к твердости алмаза, повышенной теплостойкостью, высокой теплопроводностью и химической инертностью по отношению к углероду и железу.

Сравнительные характеристики СТМ на основе нитрида бора

Марка	Первоначальное название	Твердость HV, ГПа	Теплостойкость, o С
Композит 01	Эльбор-Р	60. 80	1100. 1300
Композит 02	Белбор	60. 90	900. 1000
Композит 03	Исмит	60	1000
Композит 05	Композит	70	1000
Композит 09	ПКНБ	60. 90	1500
Композит 10	Гексанит-Р	50. 60	750. 850

Эффективность применения лезвийных инструментов из различных марок композитов связана с совершенствованием конструкции инструментов и технологии их изготовления и с определением рациональной области их использования:

композиты 01(эльбор-Р) и 02 (белбор) используют для тонкого и чистового точения и фрезерования без ударов деталей из закаленных сталей твердостью 55. 70 НRС, чугунов и твердых сплавов ВК15, ВК20 и ВК25 с подачами до 0,20 мм/об и глубиной резания до 0,8

композит 05 применяют для чистового и получистового точения без ударов деталей из закаленных сталей твердостью 40. 58 HRC, чугунов твердостью до 300 НВ с подачами до 0,25 мм/об и глубиной до 2,5 мм

композит 10 (гексанит-Р) используют для тонкого, чистового и получистового точения и фрезерования с ударами деталей из закаленных сталей твердостью не выше 58 HRC, чугунов любой твердости, сплавов ВК15, ВК20, ВК25 с подачей до 0,15 мм/об и глубиной резания до 0,6 мм

При этом период стойкости инструментов возрастает в десятки раз по сравнению с другими инструментальными материалами.

Область применения СТМ до недавнего времени ограничивалась из-за сравнительно небольших размеров поликристаллов. В настоящее время освоен выпуск двухслойных неперетачиваемых пластин, состоящих из твердого сплава (основа) и слоя из поликристаллов алмаза или нитрида бора толщиной до 0,5 мм, что повышает общую эффективность использования инструментов из сверхтвердых материалов.

В последние годы широкое распространение в машиностроении при обработке металлов резанием получили синтетические сверх-твёрдые материалы.
Сверхтвёрдые материалы (СМ) – группа веществ, обладающих высочайшей твёрдостью, к которой относят материалы, твёрдость и износоустойчивость которых превышает твёрдость и износоустойчи-вость твёрдых сплавов на основе карбидов вольфрама и титана с ко-бальтовой связкой, карбидотитановых сплавов на никель-молибдено-вой связке.

Прикрепленные файлы: 1 файл

Глава 1.doc

Сверхтвёрдые инструментальные материалы и лезвийная обработка металлов

Глава 1. СВЕРХТВёРДЫЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ

материалЫ И ЛЕЗВИЙНАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

В последние годы широкое распространение в машиностроении при обработке металлов резанием получили синтетические сверхтвёрдые материалы.

Сверхтвёрдые материалы (СМ) – группа веществ, обладающих высочайшей твёрдостью, к которой относят материалы, твёрдость и износоустойчивость которых превышает твёрдость и износоустойчивость твёрдых сплавов на основе карбидов вольфрама и титана с кобальтовой связкой, карбидотитановых сплавов на никель-молибденовой связке.

Сверхтвёрдые материалы делятся на природные и искусственные.

Искусственные СМ изготовляют на основе углерода или нитрида бора и имеют много модификаций, которые отличаются по физико-механическим свойствам. В связи с этим с целью наиболее эффективного применения инструмента, оснащенного СМ, необходимо учитывать соответствующие технологические рекомендации.

Краткому рассмотрению этих вопросов, а также обзору зарубежного опыта в этом направлении посвящается эта глава.

1.1. Природные и искусственные сверхтвёрдые материалы

К естественным сверхтвёрдым природным материалам относится алмаз. Название "алмаз" происходит от арабского "al-mas", что переводится как "твердейший", или греческого "adamas", что в переводе означает "непреодолимый, несокрушимый". В конце XVIII в. было установлено, что алмаз является кристаллической модификацией углерода и самым твёрдым из веществ.

Алмазы встречаются в виде отдельных хорошо выраженных кристаллов или же в виде скопления кристаллических зёрен и многочисленных сросшихся кристаллов.

Единицей измерения величины алмаза (веса) является карат (от арабского kirat), что составляет 0,2 г.

В металлообработке природные алмазы применяются редко. Как правило, для этих целей используют алмазы, не идущие на изготовление украшений, – борт.

Для изготовления алмазных шлифовальных кругов употребляются алмазные порошки.

Для изготовления режущих инструментов (резцов, свёрл) применяются кристаллы алмаза весом 0,2. 0,6 карата. Кристаллы алмаза закрепляются в державке инструмента механическим креплением или припаиваются. При заточке алмаз предварительно извлекается из державки и перешлифовывается на специальных станках с помощью чугунных дисков, шаржированных смесью алмазного порошка с оливковым маслом.

С 1958 г. в промышленном масштабе начали выпускаться искусственные (синтетические) алмазы. Они практически не уступают природным алмазам по всем основным физико-химическим свойствам. Их можно получить из графита при высоких давлениях (5,6. 12,6 ГПа) и температурах (1200. 2400 °С) в специальных прессах. В настоящее время искусственные алмазы изготовляют и другими способами – наращиванием кристаллов алмаза в среде метана (СН4), взрывом или с использованием металлических катализаторов, позволяющих снизить давление и температуру изготовления кристаллов.

Зёрна искусственного алмаза весят не более 0,25 карата и применяются для изготовления абразивных инструментов.

Алмазные режущие вставки резцов – поликристаллический алмаз (ПА) – получают методом прессования и спекания алмазного порошка.

Перспективным является использование в машиностроении различных синтетических сверхтвёрдых материалов, созданных на базе поликристаллических алмазов (карбонадо, баллас); кубического нитрида бора (КНБ) (эльбор-Р, гексанит-Р и т. д.) и др.

Основные свойства алмаза и КНБ (эльбор-Р), а также других инструментальных материалов приведены в табл. 1.1.

Поликристаллические алмазы и кубический нитрид бора имеют много общих свойств, например высокую твёрдость и теплопроводность, одинаковую кристаллическую структуру. Однако ПА склонны к графитизации и легко окисляются на воздухе, а КНБ стабилен при высокой температуре на воздухе и при обработке чёрных металлов. Это определяет области применения материалов:

– ПА используются при обработке цветных металлов и их сплавов, а также дерева, абразивных материалов, пластмасс, твёрдых сплавов, стекла, керамики;

Основные свойства инструментальных материалов

Предел прочности на сжатие

Предел прочности на изгиб

– КНБ используется при обработке чёрных, сырых и закалённых сталей и чугунов, специальных сплавов на основе никеля и кобальта.

В настоящее время в промышленности в основном используют синтетические ПА, получаемые из углерода (в форме графита) при воздействии высоких давлений и температур. При этом гексагональная гранецентрированная решётка графита (рис. 1.1, а) превращается в кубическую гранецентрированную решётку алмаза (рис. 1.1, б). Температуру и давление, необходимые для структурных превращений, определяют из диаграммы состояния графит – алмаз (рис. 1.1, в).

Так как бор и азот располагаются в периодической таблице Менделеева по обеим сторонам углерода, путём соответствующей химической реакции можно получить соединение этих элементов, т. е. нитрид бора, который имеет графитообразную гексагональную кристаллическую решётку с приблизительно одинаковым числом атомов бора и азота, расположенных попеременно. Аналогично графиту гексагональный нитрид бора (ГНБ) имеет слоистую рыхлую структуру и может превращаться в КНБ; этот процесс описывается диаграммой состояния ГНБ – КНБ.

За счёт добавления специальных растворителей-катализаторов (обычно нитриды металлов) интенсивность превращения увеличивается, а давление и температура процесса снижаются соответственно до 6 ГПа и 1500°С.

В процессе превращения кристаллы КНБ увеличиваются.

Рис. 1.1. Кристаллические решётки графита и алмаза и вид диаграммы

состояния переходов "графит – алмаз": а – гексагональная гранецентрированная

решётка графита; б – кубическая гранецентрированная решётка алмаза

в – диаграмма состояния углерода: 1 – жидкость; 2 – стабильный алмаз;

3 – стабильный графит; 4 – стабильный алмаз и метастабильный графит;

5 – стабильный графит и метастабильный алмаз; 6 – гипотетическая область существования иных твёрдых состояний углерода; 7 – точки, соответствующие условиям опытов по прямому превращению графита в алмаз; 8 – область

образования алмаза с использованием металлов; 9 – область экспериментов

по образованию алмазов при низком давлении

При нагреве отдельные кристаллы КНБ спекаются между собой в зонах контакта и образуют поликристаллическую массу. В результате спекания получают конгломерат КНБ, в котором произвольно ориентированные анизотропные кристаллы соединяются между собой, образуя изотропную массу большого объёма.

Затем из этой массы получают пластины для режущих инструментов, фильеры для волочения проволоки, инструменты для правки шлифовальных кругов, износостойкие детали и др.

Механические, физические и термические свойства готовых изделий зависят от размеров и распределения зёрен, применяемого растворителя-катализатора, интенсивности спекания, наличия или отсутствия инертного наполнителя. Тщательно выбирая эти параметры, можно создавать КНБ для конкретных условий работы.

Группа синтетических сверхтвёрдых материалов (СТМ) на основе алмазов и твёрдых модификаций нитрида бора в настоящее время является последним звеном в цепочке развития инструментальных материалов: "углеродистая сталь – быстрорежущая сталь – твёрдый сплав – керамика". Эти принципиально новые как по технологии изготовления, так и по условиям эксплуатации инструментальные материалы позволяют существенно интенсифицировать режимы обработки материалов (увеличить скорость, подачу, глубину резания), что сопровождается значительными изменениями в станкостроении и технологии механической обработки.

Скорость резания – важнейший фактор интенсификации обработки материалов резанием с применением инструмента из синтетических сверхтвёрдых материалов в условиях, когда резервы существенного повышения скоростей резания традиционных инструментальных материалов практически исчерпаны.

Алмазный инструмент в отличие от инструмента, оснащённого пластинами КНБ, может эффективно эксплуатироваться на сравнительно низких скоростях, присущих твердосплавному инструменту, обеспечивая многократное – в десятки раз – повышение стойкости. Это особенно важно в автоматизированном производстве.

Такая возможность появляется не только потому, что новое оборудование обладает необходимыми характеристиками по частоте вращения шпинделя, мощности, жёсткости и виброустойчивости. Дело еще и в том, что в автоматизированных процессах почти исключено субъективное влияние операторов-станочников, их сложившихся привычек и приемов работы. Наконец, сам принцип работы на станках с ручным управлением, когда человек находится в опасной близости от рабочей зоны, препятствует внедрению обработки на высоких скоростях.

Поступающие на обработку заготовки должны быть идентичны по физико-механическим характеристикам, стабильны по величине снимаемого припуска и состоянию обрабатываемой поверхности, что весьма важно для надёжной работы инструмента из СТМ.

Программная обработка обеспечивает плавное врезание и выход резца на пониженных подачах, постоянно возрастающих до рабочего уровня, что также существенно повышает надёжность процесса. Принудительная смена инструмента и его централизованное восстановление обеспечивает наилучшие условия эксплуатации и минимальные потери.

Скорость резания является к тому же весьма действенным фактором решения проблемы стружкодробления – одной из сложнейших в металлообработке. При высокой скорости обработки работа резания почти полностью превращается в тепло и образуется сегментная стружка, у которой сегменты разделяются хрупкой узкой перемычкой сильно деформированного металла. Фактически образуется короткая дроблёная стружка.

Резкое увеличение скорости резания при прочих равных условиях обеспечивает соответствующее увеличение минутной подачи инструмента, то есть производительности процесса, а также уменьшение силы резания, наклёпа и шероховатости обработанной поверхности. Установлено, кроме того, что при увеличении скорости резания в определённых пределах возрастает надёжность работы инструмента из СТМ; это принципиально важно применительно к автоматизированному оборудованию.

Как правило, часть имеющегося резерва повышения скорости резания при переходе от твердосплавного инструмента к инструменту из СТМ используется для уменьшения толщины срезаемого слоя. Например, при повышении скорости фрезерования чугуна в 10 раз минутная подача может быть увеличена не в 10, а в 4 раза с соответствующим уменьшением в 2,5 раза подачи на оборот. Это даёт дополнительное существенное уменьшение силы резания и шероховатости поверхности.

Ёмкой сферой применения инструмента из СТМ является обработка чугунов. Почти половина всех деталей машин изготовляются методом литья, при этом три четверти из них являются чугунными. Одной из тенденций является увеличение производства чугунного литья из высокопрочных марок с пониженной обрабатываемостью твердосплавным инструментом (по сравнению с заменяемым литьем из стали и серого чугуна).

В условиях автоматизированных производств обработка чугунов, образующих элементную стружку, является дополнительным серьезным преимуществом перед обработкой стального литья. Повышение точности и качества чугунного литья, сокращение объёмов литья в землю и обусловленное этими причинами уменьшение припусков на механическую обработку ещё более способствуют внедрению инструмента из СТМ.

Важное теоретическое и практическое значение имеет создание синтетических сверхтвёрдых материалов в виде крупных поликристаллических образований. Размеры поликристаллов не только позволяют расширить номенклатуру различных видов инструментов из сверхтвёрдых поликристаллов (СТП), но и открывают широкую перспективу их использования в качестве конструкционных материалов.

Возможность получения синтетических материалов со свойствами, близкими к свойствам природного алмаза, впервые была теоретически обоснована отечественным учёным О. И. Лейпунским. Практическая реализация технологии, обеспечивающая получение синтетического алмаза в виде поликристаллов, осуществлена у нас в стране в 1963 г. под руководством академика Л. Ф. Верещагина. Были созданы поликристаллические алмазы АСБ.

К режущим сверхтвердым материалам относятся природные (алмаз) и синтетические материалы. Самым твердым из известных инструментальных материалов является алмаз. Он обладает высокой износостойкостью, хорошей теплопроводностью, малыми коэффициентами линейного и объемного расширения, небольшим коэффициентом трения. Наряду с высокой твердостью алмаз обладает и большой хрупкостью (малой прочностью). Предел прочности алмаза при изгибе σи = 300 МПа, а при сжатии σСЖ = 2000 МПа. Алмаз обладает высокой теплопроводностью, что благоприятствует отводу теплоты из зоны резания и обусловливает его малые тепловые деформации. Низкий коэффициент линейного расширения и размерная стойкость (малый размерный износ) алмаза обеспечивают высокую точность размеров и формы обрабатываемых деталей. К недостаткам алмаза относится и его способность интенсивно растворяться в железе и его сплавах с углеродом при температуре резания, достигающей 750°С (800° С). При температуре свыше 800°С алмаз на воздухе горит, превращаясь в аморфный углерод. К недостаткам алмазных инструментов также относится их высокая стоимость и дефицитность. В то же время алмазный инструмент отличается высокой производительностью и длительным сроком службы (до 200 ч и более). Т.к. алмаз состоит из углерода, он не может обрабатывать стали.

Различают природные (А) и синтетические (АС) алмазы. Природные алмазы применяются для изготовления лезвийного инст-та (резцы, сверла, фрезы).

Алмазные порошки м.б. след.видов:

АСО- алмаз синтетич-ий обычной прочности, имеет повыш.хрупкость, кристаллы алмаза имеют хорошо развитые реж.кромки. Используется при изготовлении шлифкругов, лент, брусков для шлифования, хонингования, доводки, суперфиниширования.

АСР- алмаз синтетический повышенной прочности, имеют меньшую хрупкость по сравнению с АСО, хорошо развиты реж.кромки. Такие порошки используют для шлифования. Шлифовальные круги из АСО и АСР изготавляют на органической и керамической связках.

АСВ- алмаз синтетич-ий высокой прочности, имеет еще меньшую хрупкость по сравнению с предыдущими, большую прочность. Пов-ть кристаллов алмаза более гладкая. Используется в шлифовальных кругах на металлической связке при черновом шлифовании, при заточке РИ.

АСК- еще более высокая прочность, меньшая хрупкость. Используется в шлифовальных кругах на металлических связках для более тяжелых работ. Изготавливают абразивный инструмент (шлифовальные, отрезные круги), сверла, используется для резки бетона, камня, керамических изделий, для сверления отверстий в синтетических и натуральных рубинах, можно также обработать закаленный чугун

АСС- алмаз синтетич-ий блочной формы, имеет максимальную прочность, из них изготавляют буровой инструмент. Служат для оправки абразивных кругов и для обработки особо твердых материалов. Можно изготавливать отрезные круги для резки корунда, рубина и т.д.

Поликристаллические синтетич.алмазы выпускают след.марок: АСБ-баллас, АСПК-карбонадо. Карбонадо- это цельные и двухслойные поликристаллы, получаемые синтезом или спеканием зерен синтетических алмазов со связующим веществом. Баллас высокоэффективен при точении цветных сплавов с повышенным содержанием кремния, стеклопластиков и пластмасс. Балласы применяют для оснащения режущей части резцов, сверл, фрез, а также для изготовления шлифкругов. Широкое распространение получили синтетические режущие сверхтвердые материалы на основе кубического нитрида бора(КНБ). Он обладает выс.твердостью, уступая лишь синтетич.алмазу. Резцы, оснащенные КНБ, успешно применяют при тонком точении и растачивании закаленных сталей, что совершенно недоступно для работы алмазными резцами. Резцы из КНБ используют только на станках с ЧПУ или на станках, которые не дают вибрации.

На основе плотных модификаций кубического нитрида бора создан и применяется в качестве инструментальных ряд материалов, носящих торговое название композиты. Все композиты разделяются на две группы: материалы с массовой долей кубического нитрида бора от 95% и выше и материалы с массовой долей кубического нитрида бора 75% с различными добавками (например, А12О3). К первой группе относятся эльбор-Р (композит 01), гексанит-Р(композит 10), белбор (композит 02), исмит. Эльбор-Р применяется для изготовления пластинок для оснащения резцов, фрез и кольцевых сверл, для буровых колонок, при обработке легированных закаленных сталей и чугунов. Белбор получают без катализатора, используют для обработки сталей и чугунов, бетона, железобетона и горных пород. Гексанит-Р –это поликристаллический материал на основе бора и азота. Обладает высокой микротвердостью, пониженной хрупкостью, работает с ударами. изготавливают лезвийный инструмент, используется при обработке конструкционных, легированных и жаропрочных сталей, твердых сплавов типа ВК. Исмит- поликристаллический сверхтвердый материал на основе КНБ, получают при высоких температурах и давлениях; имеет 3 марки: исмит 1, исмит 2, исмит3. Изготавливают вставки любой формы для оснащения резцов, фрез, для точения и растачивания чугуна, закаленных сталей.

Ко второй группе материалов относится действительно композиционный материал композит 05 с массовой долей кубического нитрида бора 75% и А12О3 25%; композит 09, представляющий собой поликристаллы твердого нитрида бора(ПТНБ). Композит 09 используется для оснащения инст-та, работающего в условиях ударных нагрузок.

Режущая минералокерамика

Минералокерамические инструментальные материалы обладают высокой твердостью (HRA 90—94), теплостойкостью до 1200°С и износостойкостью и в ряде случаев значительно превосходят по стойкости и производительности твердые сплавы. Их основой является глинозем (А12О3), в состав которого иногда входят такие металлы, как вольфрам, титан, молибден, тантал, хром или их карбиды. Главными недостатками режущей керамики являются ее высокая хрупкость, низкая ударная вязкость = 0,5-1,2 Н·м/см2 и плохая сопротивляемость циклическим изменениям тепловой нагрузки. Они используются при получистовой и чистовой обточке и расточке деталей из высокопрочных чугунов. Высокая теплостойкость режущей минералокерамики (1200° С) позволяет применять скорости резания, значительно превышающие скорости резания твердосплавным инструментом, что является ее основным достоинством.

Сверхтвёрдыми инструментальными считаются такие материалы, у которых твердость (по HV) превышает 35 ГПа при комнатной температуре.

Наиболее твёрдый материал на нашей планете − природный алмаз. Но он, для использования в режущих инструментах, имеет ряд значительных недостатков. Теплостойкость инструмента из этого монокристалла сравнительно невелика и достигает лишь 700-750 С, ударная вязкость недостаточна. Более того, в процессе работы режущие кромки природного алмаза быстро выкрашиваются, не говоря уже о его высокой цене и дефицитности. Всё вышеперечисленное сужает использование этого минерала в качестве элемента режущего инструмента.

Необходимость промышленности в легкодоступных и дешёвых сверхтвёрдых материалах заставила учёных-химиков заняться поисками подходящей альтернативы. И в 1959 г. в бывшем Советском Союзе (двумя годами ранее − в Соединённых Штатах) частицы графита, имеющие гексагональную (шестигранную) форму, синтезом в среде высокой температуры и давления, с применением катализаторов, удалось преобразовать в небольшие сверхтвёрдые кристаллики кубической формы искусственного алмаза с размерами до двух миллиметров. А в 70-х г. для выпуска лезвий к инструментам были изготовлены кристаллики круглой формы искусственных алмазов покрупнее.

У синтетических алмазов достаточно высокий модуль упругости (Е = 700−800 ГПа), большой предел механопрочности на сжимающих нагрузках (σ–В ≈ 7−8ГПа). Тем не менее, у них сравнительно невысокий предел механопрочности при изгибе (σИ ≈ 0,8−1,1ГПа).

У ПКНБ достаточно высокие упругие характеристики (Е = 700−800 ГПа). Механопредел прочности на сжатие почти аналогичен твёрдым сплавам (σ-В ≈ 2,5−5 ГПа), но на изгиб он также низок по сравнению с традиционными сверхтвёрдыми сплавами и искуственными алмазами (σИ ≈ 0,6−0,8 ГПа).

ПКНБ опережает другие поликристаллические и естественные алмазы по теплостойкости. Её предел: почти 1000–1100 С. Из-за этого показателя и своего искусственного происхождения (меньшее химическое родство с углеродом), ПКНБ проявляет себя на практике значительно эффективнее во время чистовой обработки сталей резанием. Ему посильно и резание закалённых и цементованных сталей с незначительными сечениями срезаемых слоёв.

Разновидности поликристаллов из нитрида бора:

кристаллы, полученные через синтез ГНБ (композит 01);
кристаллы, образующиеся непосредственным переходом ГНБ в КНБ модификацию (композит 02);
кристаллы, получаемые путём преобразования ГНБ модификации (вюрцитоподобной) в КНБ модификацию - ВМдф (композиты 09 и 10);
кристаллы, получаемые агломерированием с каталитическими добавками (киборит, композит 05-ИТ и пр.).

Эти поликристаллы немного уступают природному алмазу по степени твёрдости, но обладают высокой термостойкостью, а также некритичны к циклически высоким температурам и почти не взаимодействуют с железом − составной частью подавляющего большинства материалов для обработки резанием.

Читайте также: