Materiales superhard

Materiales superiores - Un grupo de sustancias que posee la mayor dureza a la que los materiales incluyen la dureza y la resistencia al desgaste de los cuales exceden la dureza y la resistencia al desgaste de las aleaciones sólidas basadas en carburos de tungsteno y titanio con un ligamento de cobalto de aleaciones de carbidez-molibdeno. Materiales superhard ampliamente utilizados: electrocorundos, óxido de circonio, carburo de silicio, carburo de boro, boro, diboruro, diamante. Los materiales superiores se utilizan a menudo como materiales para el procesamiento abrasivo.

En los últimos años, la atención de la industria moderna ha estado dirigida a encontrar nuevos tipos de materiales de superpotencia y asimilación de materiales como nitruro de carbono, nitruro de silicio de boro, nitruro de silicio, aleación de carburo de titan-carburo, aleaciones de boruro y carburo de carburo con carburos con carburo Carburos y boriores Lantanoids.

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Las herramientas son materiales, cuyo objetivo principal es equipar la parte de trabajo de las herramientas. Estos incluyen carbono instrumental, acero aleado y de alta velocidad, aleaciones sólidas, células minerales, materiales superhard.

Las principales propiedades de los materiales instrumentales.

Materiales superhard (STM): incluyen diamantes (naturales y sintéticos) y materiales compuestos basados \u200b\u200ben nitruro de boro cúbico.

Diamante- Una de las modificaciones de carbono. Debido a la estructura cúbica de la red cristalina, el diamante es el más sólido de la naturaleza de los minerales. Sin embargo, su dureza es 5 veces más alta que la aleación sólida, la fuerza es pequeños y naturales cristales únicos de diamante cuando las cargas críticas logran cargas críticas se destruyen en pequeños fragmentos. Por lo tanto, los diamantes naturales se utilizan solo en las operaciones de Chisty para las cuales las cargas de poder pequeñas son características.

La resistencia al calor de los diamantes es de 700 ... 800 ° C (a temperaturas de diamante más altas de combustión). Los diamantes naturales tienen una alta conductividad térmica y el coeficiente de fricción más bajo.

Diamante natural denota la letra PERO , sintético - C.A. . Los diamantes naturales son cristales individuales separados y sus fragmentos, o arrojan cristales y agregados. Los diamantes sintéticos se obtienen en forma de polvos de grano fino y se usan para la fabricación de círculos abrasivos, pastas y microfabeas. Un grupo separado consiste en sellos de diamantes policristalinos (PKA) de ASB (Ballas) y Aspk (Carbonado). Debido a su estructura policristalina, debido a su estructura policristalina, resisten significativamente las cargas de choque que los cristales individuales de diamante, y, a pesar de la dureza más pequeña en comparación con un diamante natural, tienen valores más altos de resistencia a la tracción y un cambio transversal. La resistencia al impacto de los policristales de diamante depende del tamaño de los granos de diamante y con su aumento disminuye.

El diamante tiene una afinidad química con materiales que contienen níquel y de hierro, por lo que al reducir los aceros sobre la base del hierro, se produce un apegado intensivo del material que se está procesando en las superficies de contacto del instrumento de diamante. El carbono, desde donde consiste el diamante, reacciona activamente con estos materiales cuando se calienta. Esto conduce al desgaste intensivo de la herramienta de diamante y limita las áreas de su uso, por lo tanto, los diamantes naturales se usan principalmente con una tira metálica delgada de metal y aleaciones que no contienen carbono y hierro. El uso más eficiente de las herramientas de diamante se obtiene en las operaciones de acabado y acabado al procesar partes de metales no ferrosos y sus aleaciones, así como de varios materiales compuestos de polímeros. La herramienta se puede utilizar en la precisión de las superficies intermitentes y durante el fresado, sin embargo, su resistencia se leerá que al procesar sin impacto.

En muchos casos, la gran resistencia al desgaste de los cortadores de diamantes sintéticos, observada en la práctica, en comparación con los cortadores de diamantes naturales, que se explica por la diferencia en sus estructuras. El diamante natural tiene grietas en el borde de corte, se desarrolla y puede lograr tamaños significativos. En el PKA (diamante sintético), las grietas que surgen son detenidas por los límites de los cristales, lo que determina su mayor, en 1.5 ... 2.5 veces, resistencia al desgaste.

Otra de las áreas prometedoras de aplicación de PKA es procesar difícil de cortar y causar un rápido desgaste de la herramienta de materiales, como los pollos, placas de alta densidad de pegamento, con recubrimientos a base de resina de melamina, plástico decorativo en capas de papel, así como otros Materiales, poseiendo acción abrasiva. La herramienta del PKA tiene una resistencia al procesar dichos materiales en 200..300 veces más alta que la durabilidad de las herramientas de carburo.

Las herramientas de PKA en forma de placas de múltiples facetas reemplazables durante el procesamiento de materiales compuestos de polímero se aplican con éxito. Su uso le permite aumentar la resistencia a 15 ... 20 veces en comparación con una herramienta de aleación sólida.

Nitruro de boro cúbico(KNB, Bn. ) No se produce en la naturaleza, se obtiene artificialmente de "grafito blanco" a altas presiones y temperaturas en presencia de catalizadores. Al mismo tiempo, la rejilla hexagonal de grafito se convierte en un cúbico, similar a la celosía del diamante. Cada átomo de boro está conectado a cuatro átomos de nitrógeno. Sobre la dureza de la KNB, el diamante es algo inferior, pero tiene una mayor resistencia al calor que alcanza hasta 1300 ... 1500 ° C, y es prácticamente inerte a carbono y hierro. Como un diamante, la KNB ha aumentado la fragilidad y la baja resistencia a la flexión.

Varias marcas de la KNB, combinadas en el grupo "Composites". Las variedades de la CNB difieren entre sí con dimensiones, estructura y propiedades de los granos, porcentaje de ligamentos, así como la tecnología de sinterización.

Como composites, se encontró el uso más extendido: compuesto 01 (ELBOR-P), compuesto 05, compuesto 10 (hexanita-P) y compuesto 10d (placas de dos capas con una capa de trabajo de hexanita P). De estos, el más duradero es compuesto 10 ( Σ I. \u003d 1000 ... 1500 MPa), por lo que se usa en cargas de choque. Los compuestos restantes se utilizan en el proceso de acabado desconocido de aceros endurecidos, hierro fundido de alta resistencia y algunas aleaciones procesadas por dificultad. En muchos casos, los compuestos son más efectivos que el proceso de esmerilado, ya que debido a su alta conductividad térmica de la CNB no le da un lamido cuando se trabaja a altas tasas de corte y proporciona una baja rugosidad de la superficie.

Los compuestos se utilizan en forma de placas de tamaño pequeño de formas cuadradas, triangulares y redondas fijadas en la carcasa de la herramienta con soldadura o mecánicamente. Recientemente, las placas se utilizan a partir de una aleación sólida con una capa de policriprestales compuestos o de diamante. Tales placas multicapa tienen mayor durabilidad, resistencia al desgaste y más convenientes para su fijación. Te permiten eliminar las asignaciones de grandes profundidades.

La reserva principal para mejorar el procesamiento de herramientas basadas en Bn. Es la velocidad de corte (Tabla 11), que puede exceder la velocidad de corte por una herramienta de carburo en 5 o más veces.

Tabla 11. Velocidades de corte permitidas por varios materiales instrumentales.

La tabla muestra que la mayor eficiencia del uso de herramientas basadas en Bn. Tiene lugar al procesar hierro fundido de alta gama, aceros y aleaciones.

Una de las oportunidades para mejorar la efectividad de una herramienta basada en Bn. es el uso de líquidos lubricantes (refrigerante) que para herramientas de Bn. Se usa de manera más efectiva por pulverización al reducir las velocidades de hasta 90 ... 100 m / min.

Otra de las áreas efectivas de uso de la herramienta equipada con policriprestales compuestos es el procesamiento de la superficie, que fortalece las partes de la producción metalúrgica. Los materiales depositados de la dureza muy alta (hasta el HRC 60..62) se obtienen mediante arco eléctrico o plasma-gabinete con cables de polvo o cintas.

El alcance de la velocidad de corte y la presentación de todos los grupos de los materiales instrumentales considerados se muestran aproximadamente en la FIG. 38.

Fig. 38. Alcance de varios materiales de herramientas para la velocidad de corte. V. Y alimentar s. .

1 - Acero de alta velocidad; 2 - aleaciones sólidas; 3 - aleaciones sólidas con recubrimientos; 4 - Cerámica de nitruro; 5 - Cerámica de carburo de óxido (negro); 6 - Cerámica de óxido; 7 - Nitruro cúbico Boron.

Los procesos de procesamiento de metales con herramientas de cuchillas están sujetas a las leyes clásicas de la teoría de los metales de corte.

En todo el desarrollo del procesamiento de metal con el corte de la aparición de materiales de herramientas cualitativamente nuevos con mayor dureza, resistencia al calor y resistencia al desgaste, se acompañó de un aumento en la intensidad del proceso de procesamiento.

Creado en nuestro país y en el extranjero a fines de los años cincuenta, principios de los años sesenta del siglo pasado y las herramientas ampliamente utilizadas equipadas con materiales ultra descendedables artificiales basados \u200b\u200ben el boro nitruro cúbico (CNB) se caracterizan por una gran variedad.

Según las empresas nacionales y extranjeras, los fabricantes de instrumentos actualmente aumentan el uso de materiales basados \u200b\u200ben la CNB.

En los países industrializados, el consumo de una herramienta de cuchilla hecha de materiales superterán artificiales basados \u200b\u200ben la CNB continúa creciendo un promedio de hasta un 15% por año.

De acuerdo con la clasificación propuesta por el VniiinoInstrument, se asignan todos los materiales sobre vehículos sobre las modificaciones densas de nitruro de bora. El nombre de los composites.

En la teoría y la práctica de la ciencia de los materiales, el compuesto se llama un material que no se encuentra en la naturaleza, que consiste en dos y más componentes diferentes en la composición química. Para el compuesto, la presencia de clara.
Fronteras que separan sus componentes. El compuesto consiste en relleno y matriz. La mayor influencia en sus propiedades es el relleno, dependiendo de los cuales los compuestos se dividen en dos grupos: 1) con partículas dispersas; 2) Fibras reforzadas de fibra reforzada en varias direcciones.

Las características termodinámicas del polimorfismo de nitruro de Bora llevaron a la aparición de una gran cantidad de materiales basados \u200b\u200ben sus modificaciones densas y varias tecnologías para su preparación.

Dependiendo del tipo de proceso principal que fluye en la síntesis y las propiedades definitorias de los materiales superterald, en las tecnologías modernas de obtención de materiales instrumentales del nitruro de boro, se pueden distinguir tres métodos básicos:

• conversión de fase de un nitruro hexagonal de boro en cúbico. Los materiales de supertería policristalina, así obtenidos difieren entre sí por la presencia o ausencia de un catalizador, su tipo, estructura, parámetros de síntesis, etc. Los materiales de este grupo incluyen: Compuesto 01 (ELBOR-P) y Compuesto 02 (Belbor). En el extranjero, los materiales de este grupo no se producen;
• conversión parcial o completa del nitruro de boron wurcite en cúbico. Los materiales separados de este grupo difieren en la composición de la mezcla original. En nuestro país, a partir de los materiales de este grupo, se producen un compuesto 10 de una y dos capas (hexanita-P) y varias modificaciones del compuesto 09 (PTNB, etc.). En el extranjero, los materiales de este grupo se producen en Japón por la compañía "Fate de petróleo de Nippon" bajo la marca registrada de WURCYP;
• sinterización de partículas de nitruro de boro cúbico con aditivos. Este grupo de materiales es el más numeroso, ya que son posibles varias versiones del Ligamento y la tecnología de sinterización. Según esta tecnología, se produce un compuesto de 05 en la industria nacional, kiborita y niborita. Los materiales extraños más famosos son zonas de boro, amborita y summoron.

Damos una breve descripción de los materiales instrumentales superhardos más conocidos.

Compuesto 01. (ELBOR-P) - Creado a principios de los 70.

Este material consiste en cristales de boro de nitruro cúbico orientado al azar obtenido por síntesis catalítica. Como resultado del presionado de alta temperatura bajo la acción de alta presión, los cristales de BN K iniciales se trituran al tamaño 5 ... 20 micras. Las propiedades físicas del compuesto 01 dependen de la composición de la mezcla original y los parámetros termodinámicos de la síntesis (presión, temperatura, tiempo). Un contenido de masa ejemplar de los componentes del compuesto 01 es el siguiente: hasta un 92% de Bn K, hasta el 3% de Bn R, el resto son las impurezas de los complementos de catalizadores.

La modificación del compuesto 01 (ELBOR-PM), en contraste con Elorb-P, se obtiene mediante síntesis directa BN R -\u003e BN a, realizada a altas presiones (4.0 ... 7.5 GPA) y temperaturas (1300 .. . 2000 ° C). La ausencia de un catalizador en la mezcla le permite obtener propiedades operativas estables.

Compuesto 02. (Belbor), creado en el Instituto de Física Estatal Sólida y Semiconductores de la Academia de Ciencias de BCSR.

Resulta una transición directa de BN R en un aparato de alta presión con una aplicación de carga estática (presión hasta 9 GPA, temperatura hasta 2900 ° C). El proceso se lleva a cabo sin un catalizador, lo que garantiza altas propiedades físicas mecánicas del compuesto 02. Con una tecnología de fabricación simplificada, debido a la introducción de ciertos aditivos de aleación, es posible variar las propiedades físicas de los policristales.

Belbor On Durness es comparable con un diamante y la supera significativamente en la resistencia al calor. A diferencia del diamante, es químicamente inerte a la glándula, y esto hace posible usarlo efectivamente para el procesamiento de hierro fundido y aceros: los materiales principales de la construcción de máquinas.

Compuesto 03. (ISMIT), por primera vez, sintetizado en la ISS de la Academia de Ciencias de la URSS.

Se producen tres grados de material: Ismite-1, Ismite-2, IsMite-3, difiriendo por las propiedades fisicas y operativas, que es una consecuencia de la diferencia en las materias primas y los parámetros de síntesis.

Niborith - Recibió la Academia de Ciencias de la IFVD de la URSS.

La alta sólida, la resistencia al calor y los tamaños significativos de estos policristales predeterminan sus propiedades de alto rendimiento.

Kiborit - Se sintetiza por primera vez en la ISS de la Academia de Ciencias de la URSS.

Los policristales se obtienen mediante el prensado en caliente de la mezcla (sinterización) a altas presiones estáticas. La composición de la mezcla incluye un polvo de nitruro cúbico de boro y aditivos de activación especiales. La composición y la cantidad de aditivos, así como las condiciones de sinterización, aseguran la preparación de una estructura en la que los cristales de BN forman un marco continuo (matriz). En los interstal interstal del marco formado por cerámica dura refractaria.

Compuesto 05. - La estructura y la tecnología de la obtención se desarrollan en NPO VNIIAS.

El material basado en cristales de nitruro cúbico de boro (85 ... 95%) sinterizado a altas presiones con aditivos de óxido de aluminio, diamantes, etc. En términos de sus propiedades físicas, el compuesto 05 es inferior a muchos materiales ultra-lectura policristalina.

La modificación del compuesto 05 es compuesto 05it. Se caracteriza por alta conductividad térmica y resistencia al calor, que se obtienen introduciendo aditivos especiales en la mezcla.

Compuesto 09. (PTNB) desarrollado en el Instituto de Física Química de la Academia de Ciencias de la URSS.

Se producen varias marcas (PTNB-5MK, PTNB-IR-1, etc.), que difieren en la composición de la carga inicial (mezcla de polvos BN B y BN). La diferencia entre el compuesto 09 de otros materiales compuestos es que es la base de las partículas de nitruro cúbico de boro con dimensiones de 3 ... 5 μm, y el nitruro de boro wurcítico actúa como un relleno.

En el extranjero, la producción de materiales de esta clase utilizando la transformación del nitruro de nitruro de wurite se realiza en Japón "Fate de petróleo de Nippon" junto con la Universidad Estatal de Tokio.

Compuesto 10. (Hexanit-P) se estableció en 1972 por el Instituto de Ciencias de los Materiales de la Academia de Ciencias de la URSS junto con la planta Poltava de diamantes artificiales y instrumentos de diamante.

Este es un material de superpertery policristalino, cuya base es una modificación de wurzit de nitruro de boro. El proceso tecnológico de obtener hexanite-p, así como los compuestos anteriores, consta de dos operaciones:

1. síntesis de BN B mediante el método de transición directa BN R -\u003e BN en la exposición de choque al material de origen y
2. sinterizar BN Powder a altas presiones y temperaturas.

Para el compuesto 10, una estructura de grano fino es característico, pero las dimensiones de los cristales pueden variar en límites significativos. Las características de la estructura están determinadas por las propiedades mecánicas especiales del compuesto 10, no solo tiene propiedades de corte altas, sino que también pueden trabajar con éxito en las cargas de choque, lo que es menos pronunciado en otras marcas de compuestos.

Sobre la base de Hexanite-P en el Instituto de Problemas de las Ciencias de los Materiales de la Academia de Ciencias de la SSR de Ucrania, una marca mejorada de compuesto compuesto 10 - Hexanita-RAL, reforzado con cristales filamentosos - Sapphire Mustov Fibras.

Compuesto 12. Se obtiene mediante sinterización a altas presiones de la mezcla de polvo de boro de nitruro de wuracita y partículas policristalinas basadas en SI 3 N 4 (nitruro de silicio). El tamaño del grano de la fase principal del compuesto no excede de 0.5 μm.

La perspectiva de un mayor desarrollo, la creación y producción de compuestos se asocia con el uso de cristales roscados o en forma de aguja (MUDY), que se pueden obtener de materiales tales como en 4 C, SIC, SI 2 N 4. Veo y otros.

Una de las direcciones de mejorar las propiedades de corte de las herramientas, lo que permite aumentar la productividad durante el mecanizado, es aumentar la dureza y la resistencia al calor de los materiales instrumentales. El más prometedor a este respecto es el diamante y los materiales superhardos sintéticos basados \u200b\u200ben el nitruro de boro.

Diamantes y instrumentos de diamantes. Ampliamente utilizado en el procesamiento de partes de diversos materiales. Para los diamantes, la dureza excepcionalmente alta y la resistencia al desgaste son característicos. De acuerdo con la dureza absoluta del diamante 4 - 5 veces la dureza de las aleaciones sólidas y en decenas y cientos de veces la resistencia al desgaste de otros materiales instrumentales en el procesamiento de aleaciones de color y plásticos. Además, debido a la alta conductividad térmica de los diamantes, el calor de la zona de corte es mejor, lo que contribuye a la recepción garantizada de las partes con una superficie no violenta. Sin embargo, los diamantes son muy frágiles, lo que reduce fuertemente el alcance de su solicitud.

Para la fabricación de herramientas de corte, el uso principal recibido. diamantes artificialesque en sus propiedades está cerca de natural. A altas presiones y temperaturas en diamantes artificiales, es posible obtener la misma disposición de átomos de carbono que en los naturales. La masa de un diamante artificial suele ser de 1 / 8-1 / 10 quilates (1 quilates - 0,2 g). Debido a la pequeña de las dimensiones de los cristales artificiales, no son adecuados para la fabricación de tales herramientas, como taladros, cortadores y otros, y, por lo tanto, se utilizan en la fabricación de polvos para ruedas de diamante y pastas de triwort.

Blade Diamond Instruments Producido sobre la base de materiales policristalinos como "Carbonado" o "Ballas". Estas herramientas tienen un largo período de resistencia dimensional y proporcionan una superficie tratada de alta calidad. Se utilizan en el procesamiento de titanio, aleaciones de aluminio altamente finales, fibra de vidrio y plásticos, aleaciones sólidas y otros materiales.

El diamante como material instrumental tiene un inconveniente significativo, a temperatura elevada, entra en una reacción química con hierro y pierde el rendimiento.

Para manejar el acero, se crearon hierro fundido y otros materiales a base de hierro. materiales superhard, químicamente inerte a ello. Dichos materiales se obtuvieron mediante tecnología cerca de la tecnología de producción de diamantes, pero no el grafito, pero el nitruro de boro, se utiliza como material de partida.

Los policristales de modificaciones densas de nitruro de boro son superiores a la resistencia al calor Todos los materiales utilizados para la herramienta de la cuchilla: diamante 1.9 veces, acero de alta velocidad 2.3 veces, aleación maciza 1.7 veces, células minerales 1.2 veces.

Estos materiales son isotrópicos (la misma resistencia en varias direcciones), tiene una microhardidad de una más pequeña, pero cerca de la dureza del diamante, aumentó la resistencia al calor, la alta conductividad térmica y la inmersión química con respecto al carbono y el hierro.

Las características de los individuos de los materiales en consideración, que actualmente se denominan "compuesto", se muestran en la tabla.

Características comparativas de STM basadas en nitruro de boro.

La efectividad del uso de las herramientas de la cuchilla de varios sellos de compuestos se relaciona con la mejora del diseño de las herramientas y la tecnología de fabricación y con la definición del área racional de su uso:

composites 01 (ElBor-P) y 02 (Belbor) Se usa para delgada y acabado y fresado sin golpes de piezas de aceros endurecidos con dureza 55 ... 70 HRC, hierro fundido y aleaciones sólidas VK15, VK20 y VK25 con suministros de hasta 0.20 mm / respectivamente y profundidad de corte a 0.8

compuesto 05.solicite un afilado limpio y obtenido sin golpes de piezas de aceros endurecidos con una dureza de 40 ... 58 HRC, dureza de hierro fundido de hasta 300 hv con alimentaciones de hasta 0.25 mm / respectivamente y una profundidad de 2,5 mm.

compuesto 10 (hexanita-p) Utilizado para fino, acabado y obtención y fresado con golpes de piezas de aceros endurecidos, no superiores a 58 HRC, desgastes de cualquier dureza, aleaciones VK15, VK20, VK25 con un suministro de hasta 0.15 mm / o y profundidad de corte a 0.6 mm

Al mismo tiempo, el período de resistencia de las herramientas aumenta en decenas de veces en comparación con otros materiales instrumentales.