Supertvrde legure i keramički materijali. Supertvrdi materijali Dobivanje supertvrdih materijala

Supertvrdi materijali

Supertvrdi materijali- skupina tvari s najvećom tvrdoćom, koja uključuje materijale čija tvrdoća i otpornost na habanje premašuju tvrdoću i otpornost na habanje tvrdih legura na bazi volframovih i titanovih karbida s kobaltnim vezivom, legure titanovog karbida na nikl-molibden vezivu. Naširoko korišteni supertvrdi materijali: elektrokorund, cirkonijev oksid, silicijev karbid, bor karbid, borazon, renijev diborid, dijamant. Supertvrdi materijali često se koriste kao abrazivni materijali.

U posljednjih godina Velika pažnja moderne industrije usmjerena je na pronalaženje novih vrsta supertvrdih materijala i asimilaciju takvih materijala kao što su ugljikov nitrid, legura bor-ugljik-silicij, silicij nitrid, legura titan karbid-skandij karbid, legure borida i karbidi podskupine titana s karbidi i boridi lantanida.


Zaklada Wikimedia. 2010.

Pogledajte što su "supertvrdi materijali" u drugim rječnicima:

    Super tvrdi keramički materijali- – kompozitni keramički materijali dobiveni uvođenjem raznih aditiva za legiranje i punila u izvorni borov nitrid. Strukturu takvih materijala tvore čvrsto povezani sićušni kristaliti i stoga su... ...

    Skupina tvari s najvećom tvrdoćom, koja uključuje materijale čija tvrdoća i otpornost na habanje premašuje tvrdoću i otpornost na habanje tvrdih legura na bazi karbida volframa i titana s kobaltnim vezivom... ... Wikipedia

    Vlaknaste supertvrde ploče SM-500- - izrađuju se prešanjem mljevene drvene pulpe, tretirane polimerima, najčešće fenol-formaldehidom, uz dodatak sušivih ulja i nekih drugih komponenti. Proizvode se u duljinama od 1,2 m, širinama od 1,0 m i debljinama od 5-6 mm. Podovi su od..... Enciklopedija pojmova, definicija i objašnjenja građevinskih materijala

    praškasti materijali- konsolidirani materijali dobiveni iz praha; U literaturi se često koristi pojam “sinterirani materijali” uz “praškasti materijali”, jer Jedna od glavnih metoda konsolidacije prahova je sinteriranje. Puder...... Enciklopedijski rječnik metalurgije

    - (franc. abrasif brušenje, od lat. abradere ostrugati) to su materijali visoke tvrdoće i koriste se za površinsku obradu raznih materijala. Abrazivni materijali koriste se u procesima brušenja, poliranja,... ... Wikipedia

    Wikipedia ima članke o drugim osobama s ovim prezimenom, pogledajte Novikov. Wikipedia ima članke o drugim ljudima koji se zovu Novikov, Nikolaj. Novikov Nikolay Vasilievich ... Wikipedia

    Brušenje je mehanička ili ručna obrada. tvrdi materijal(metal, staklo, granit, dijamant itd.). Vrsta abrazivne obrade, koja je pak vrsta rezanja. Mehaničko brušenje je obično... ... Wikipedia

    - (iz srednjeg vijeka, lat. detonatio eksplozija, lat. detono grom), širi se s nadzvučna brzina zone brze egzotermne kem. radio prateći frontu udarnog vala. Udarni val pokreće radio, komprimira i zagrijava detonirajuću vodu... ... Kemijska enciklopedija

    Anorganska kemija je grana kemije povezana s proučavanjem strukture, reaktivnosti i svojstava svih kemijski elementi i njihovi anorganski spojevi. Ovo područje pokriva sve kemijske spojeve, s izuzetkom organskih... ... Wikipedia

    - ... Wikipedija

knjige

  • Alatni materijali u strojarstvu: Udžbenik. Grif Ministarstvo obrane Ruske Federacije, Adaskin A.M.. Udžbenik predstavlja materijale za izradu alata za rezanje, štancanje, vodovod, pomoćnih, kontrolnih i mjernih alata: instrumentalnih, brzih i...

Alatni materijali su materijali čija je glavna namjena opremanje radnog dijela alata. To uključuje alatni ugljik, legirane i brzorezne čelike, tvrde legure, mineralnu keramiku i supertvrde materijale.

Osnovna svojstva alatnih materijala

Instrumentalni materijal Otpornost na toplinu 0 C Čvrstoća na savijanje, MPa Mikrotvrdoća, NV Koeficijent toplinske vodljivosti, W/(mCHK)
Ugljični čelik

Legura čelika

Brzorezni čelik

Tvrda legura

Mineralna keramika

Kubični nitrid

8.1. Alatni čelici.

Prema kemijskom sastavu i stupnju legiranja alatni čelici se dijele na ugljične alatne čelike, legirane alatne čelike i brzorezne čelike. Fizikalna i mehanička svojstva ovih čelika pri normalnim temperaturama dosta su slična, a razlikuju se u otpornosti na toplinu i prokaljivosti tijekom kaljenja.

U alatnim legiranim čelicima maseni sadržaj legiranih elemenata nije dovoljan da veže sav ugljik u karbide, stoga je toplinska otpornost čelika ove skupine samo 50-100 0 C veća od toplinske otpornosti alatnih ugljičnih čelika. Kod brzoreznih čelika nastoji se sav ugljik vezati u karbide legirajućih elemenata, a pritom se eliminira mogućnost stvaranja željeznih karbida. Zbog toga dolazi do omekšavanja brzoreznih čelika na višim temperaturama.

Alatni ugljični (GOST 1435-74) i legirani (GOST 5950-73) čelici. Glavna fizikalna i mehanička svojstva alatnih ugljičnih i legiranih čelika navedena su u tablicama. Alatni ugljični čelici označeni su slovom Y, nakon čega slijedi broj koji karakterizira maseni sadržaj ugljika u čeliku u desetinkama postotka. Dakle, u čeliku razreda U10, maseni sadržaj ugljika je jedan posto. Slovo A u oznaci odgovara visokokvalitetnim čelicima sa smanjenim masenim udjelom nečistoća.

Kemijski sastav ugljični alatni čelici

stupanj čelika

stupanj čelika

fosfor – 0,035%, krom – 0,2%

nikal – 0,25%, bakar – 0,25%

Fosfor – 0,03%, krom – 0,15%

bakar – 0,2%

U čelicima od legure alata, prva znamenka karakterizira maseni sadržaj ugljika u desetinkama postotka (ako broj nedostaje, tada je sadržaj ugljika u njemu do jedan posto). Slova u oznaci označavaju sadržaj odgovarajućih legirajućih elemenata: G - mangan, X - krom, C - silicij, V - volfram, F - vanadij, a brojevi označavaju sadržaj elementa u postocima. Alatni legirani čelici duboke kaljivosti, razreda 9HS, HVSG, H, 11H, HVG, karakteriziraju male deformacije tijekom toplinske obrade.

Kemijski sastav niskolegiranih alatnih čelika

stupanj čelika

e 0,4

e 0,3

e 0,35

e 0,35

e 0,35

e 0,3

Bilješke:

  1. Kemijski sastav niskolegiranog čelika B1 postavljen je tako da zadrži prednosti ugljičnih čelika, poboljšavajući kaljivost i smanjujući osjetljivost na pregrijavanje
  2. Čelici tipa HV5 imaju povećanu tvrdoću (HRC do 70) zbog visokog sadržaja ugljika i smanjenog sadržaja mangana
  3. Kromni čelici tipa X su čelici povećane prokaljivosti
  4. Čelici legirani manganom tipa 9HS otporni su na smanjenje tvrdoće tijekom kaljenja.

Ovi materijali imaju ograničena područja primjene: ugljični materijali se uglavnom koriste za izradu alata za obradu metala, a materijali od legura koriste se za izradu navoja, obradu drva i duge alate (LTO) - pločice, razvrtala itd.

8.2. Brzorezni čelici (GOST 19265-73)

Kemijski sastav i karakteristike čvrstoće glavnih razreda ovih čelika dani su u tablicama. Brzorezni čelici se označavaju slovima koja odgovaraju karbidotvornim i legirajućim elementima: P - volfram, M - molibden, F - vanadij, A - dušik, K - kobalt, T - titan, C - cirkonij). Nakon slova slijedi broj koji označava prosječni maseni udio elementa u postocima (sadržaj kroma od oko 4 posto nije naznačen u oznaci marke).

Broj na početku oznake čelika označava sadržaj ugljika u desetinkama postotka (na primjer, čelik 11R3AM3F2 sadrži oko 1,1% C; 3% W; 3% Mo i 2% V). Svojstva rezanja brzoreznih čelika određena su volumenom glavnih elemenata koji tvore karbid: volfram, molibden, vanadij i legirajući elementi - kobalt, dušik. Vanadij se, zbog niskog masenog udjela (do 3%), obično ne uzima u obzir, a svojstva rezanja čelika određuju se, u pravilu, ekvivalentom volframa jednakim (W + 2Mo)%. U cjenicima za brzorezne čelike razlikuju se tri skupine čelika: čelici 1. skupine s ekvivalentom volframa do 16% bez kobalta, čelici 2. skupine - do 18% i sadržajem kobalta oko 5%, 200 ili 3. skupina - do 20% i sadržaj kobalta 5-10%. Sukladno tome razlikuju se i rezna svojstva ovih skupina čelika.

Kemijski sastav brzoreznih čelika

stupanj čelika

e 0,5

e 0,5

e 0,5

e 0,5

e 0,5

Kemijski sastav lijevanih brzoreznih čelika

stupanj čelika

Osim standardnih, koriste se i specijalni brzorezni čelici koji sadrže, na primjer, titanijeve karbonitride. Međutim, visoka tvrdoća sirovina ovih čelika i složenost strojne obrade ne pridonose njihovoj širokoj upotrebi. Pri obradi materijala koji se teško režu koriste se praškasti brzorezni čelici R6M5-P i R6M5K5-P. Visoka svojstva rezanja ovih čelika određena su posebnom sitnozrnatom strukturom, koja povećava čvrstoću, smanjuje radijus zaobljenja rezne oštrice i poboljšava obradivost rezanjem i posebno brušenjem. Trenutačno se brzorezni čelici bez volframa s visokim sadržajem raznih legiranih elemenata, uključujući aluminij, malibden, nikal i druge, podvrgavaju industrijskom ispitivanju

Jedan od značajnih nedostataka brzoreznih čelika povezan je s heterogenošću karbida, tj. s neravnomjernom raspodjelom karbida po poprečnom presjeku obratka, što zauzvrat dovodi do nejednake tvrdoće rezne oštrice alata i njenog trošenja. Ovaj nedostatak je odsutan u prahu i maraging-starenju (sa sadržajem ugljika manjim od 0,03%) brzoreznih čelika.

stupanj čelika

Približna namjena i tehnološke značajke

Može se koristiti za sve vrste alata za rezanje pri obradi uobičajenih konstrukcijskih materijala. Visoko je tehnološki napredan.

Za otprilike iste svrhe kao čelik P18. Lošije polirati.

Za alate jednostavnog oblika koji ne zahtijevaju veliku količinu operacija brušenja; koristi se za obradu uobičajenih strukturnih materijala; ima povećanu plastičnost i može se koristiti za izradu alata metodama plastične deformacije; smanjena sposobnost mljevenja.

Za sve vrste alata za rezanje. Može se koristiti za alate koji rade s udarnim opterećenjima; uži raspon temperature kaljenja od čelika P18, povećana sklonost dekarburizaciji.

Alati za završnu i poluzavršnu obradu / profilna glodala, razvrtala, provlake i dr. / pri obradi konstrukcijskih čelika.

Isti kao čelik R6M5, ali u odnosu na čelik R6M ima nešto veću tvrdoću i manju čvrstoću.

Koristi se za izradu alata jednostavnih oblika koji ne zahtijevaju veliki volumen operacija brušenja; preporučuje se za obradu materijala s povećanim abrazivnim svojstvima / stakloplastike, plastike, tvrde gume itd. / za završnu obradu alata koji rade sa srednjim brzinama rezanja i malim reznim presjecima; smanjena sposobnost mljevenja.

Za alate za završnu i poluzavršnu obradu koji rade na srednjim brzinama rezanja; za materijale s povećanim abrazivnim svojstvima; preporuča se umjesto čelika R6F5 i R14F4, kao čelik s boljom brusljivošću i približno istim svojstvima rezanja.

R9M4K8, R6M5K5

Za obradu nehrđajućih, toplinski otpornih čelika i legura visoke čvrstoće u uvjetima povećanog zagrijavanja oštrice; mljevenje je malo smanjeno.

R10K5F5, R12K5F5

Za obradu čelika i legura visoke čvrstoće i tvrdoće; materijali s povećanim abrazivnim svojstvima; mljevenost je niska.

Za obradu čelika i legura povećane tvrdoće; završna obrada i poluzavršna obrada bez vibracija; smanjena sposobnost mljevenja.

Za alate jednostavnog oblika pri obradi ugljičnih i legiranih čelika čvrstoće ne veće od 800 MPa.

R6M5K5-MP, R9M4K8-MP (prah)

Za iste svrhe kao čelik R6M5K5 i R9M4K8; imaju bolju sposobnost mljevenja, manje se deformiraju tijekom toplinske obrade, imaju veću čvrstoću i pokazuju stabilnija svojstva.

8.3. Tvrde legure (GOST 3882-74)

Tvrde legure sadrže mješavinu zrnaca karbida, nitrida i karbonitrida vatrostalnih metala u vezivnim materijalima. Standardne kvalitete tvrdih legura izrađuju se na bazi karbida volframa, titana i tantala. Kobalt se koristi kao vezivo. Sastav i glavna svojstva nekih vrsta karbidnih legura za alate za rezanje dati su u tablici.

Fizikalno-mehanička svojstva jedno-, dvo- i trokarbidnih tvrdih legura

Sastav, fizikalna i mehanička svojstva tvrdih legura bez volframa

Ovisno o sastavu karbidne faze i veziva, oznaka tvrdih legura uključuje slova koja karakteriziraju karbidotvorne elemente (B - volfram, T - titan, drugo slovo T - tantal) i vezivo (slovo K - kobalt). . Maseni udio elemenata koji tvore karbid u jednokarbidnim legurama koje sadrže samo volframov karbid određen je razlikom između 100% i masenog udjela veziva (broj iza slova K), na primjer, legura VK4 sadrži 4% kobalt i 96% WC. U dvokarbidnim legurama WC+TiC, broj iza slova elementa koji tvori karbid određuje maseni udio karbida ovog elementa, sljedeći broj je maseni udio veziva, ostatak je maseni udio volfram karbida (na primjer, legura T5K10 sadrži 5% TiC, 10% Co i 85% WC).

U trikarbidnim legurama broj iza slova TT označava maseni udio titanovih i tantalovih karbida. Broj iza slova K je maseni udio veziva, ostatak je maseni udio volfram karbida (npr. legura TT8K6 sadrži 6% kobalta, 8% titan i tantal karbida i 86% volfram karbida).

U obradi metala ISO norma identificira tri skupine primjenjivosti reznih alata od tvrdog metala: skupina P - za obradu materijala koji proizvode kontinuirane strugotine; skupina K - lomna strugotina i skupina M - za obradu raznih materijala (univerzalne tvrde legure). Svako područje je podijeljeno na skupine i podskupine.

Tvrde legure se uglavnom proizvode u obliku ploča različitih oblika i preciznosti izrade: lemljene (lijepljene) - u skladu s GOST 25393-82 ili zamjenjive višestruke - u skladu s GOST 19043-80 - 19057-80 i drugim standardima.

Višestruki umeci se proizvode kako od standardnih kvaliteta tvrdih legura tako i od istih legura s jednoslojnim ili višeslojnim supertvrdim prevlakama od TiC, TiN, aluminijevog oksida i drugih kemijskih spojeva. Obložene ploče imaju povećanu izdržljivost. Označavanju ploča izrađenih od standardnih vrsta tvrdih legura obloženih titanovim nitridima dodaje se oznaka slova KIB (TU 2-035-806-80), a označavanju legura prema ISO - slovo C.

Ploče se također proizvode od posebnih legura (na primjer, prema TU 48-19-308-80). Legure ove skupine ("MS" skupina) imaju veća rezna svojstva. Oznaka legure sastoji se od slova MC i troznamenkastog (za neobložene ploče) ili četveroznamenkastog (za ploče presvučene titan karbidom) broja:

1. znamenka oznake odgovara području primjene legure prema ISO klasifikaciji (1 - obrada materijala koji proizvode kontinuirane strugotine; 3 - obrada materijala koji proizvode strugotine loma; 2 - područje obrade koje odgovara području M prema ISO);

2. i 3. znamenke karakteriziraju podskupinu primjenjivosti, a 4. znamenka označava prisutnost pokrivenosti. Na primjer, MC111 (analogno standardu T15K6), MC1460 (analogno standardu T5K10) itd.

Osim gotovih ploča, proizvode se i praznine u skladu s OST 48-93-81; Oznaka praznina ista je kao kod gotovih ploča, ali uz dodatak slova Z.

Tvrde legure bez volframa naširoko se koriste kao materijali koji ne sadrže oskudne elemente. Legure bez volframa isporučuju se u obliku gotovih ploča različitih oblika i veličina, stupnjeva točnosti U i M, kao i praznih ploča. Područja primjene ovih legura slična su područjima primjene dvokarbidnih karbidnih legura pri neudarnim opterećenjima.

Prijavljuje se za

Završno tokarenje malim reznim presjekom, završno narezivanje navoja, razvrtanje rupa i druge slične vrste obrade sivog lijeva, obojenih metala i njihovih legura te nemetalnih materijala (guma, vlakna, plastika, staklo, stakloplastika itd.) . Rezanje lima stakla

Završna obrada (tokarenje, bušenje, narezivanje navoja, razvrtanje) tvrdog, legiranog i bijeljenog lijevanog željeza, cementiranih i kaljenih čelika, kao i visoko abrazivnih nemetalnih materijala.

Grubo tokarenje s neravnim rezom, grubo i završno glodanje, bušenje i bušenje normalnih i dubokih rupa, grubo upuštanje pri obradi lijevanog željeza, obojenih metala i legura, titana i njegovih legura.

Završna i poluzavršna obrada tvrdog, legiranog i bijeljenog lijevanog željeza, kaljenog čelika i nekih vrsta nehrđajućih čelika visoke čvrstoće i toplinski otpornih čelika i legura, posebno legura na bazi titana, volframa i molibdena (tokarenje, bušenje, razvrtanje, narezivanje navoja, struganje).

Poluzavršna obrada čelika i legura otpornih na toplinu, austenitnih nehrđajućih čelika, specijalnih tvrdih lijeva, kaljenog lijeva, tvrde bronce, legura lakih metala, abrazivnih nemetalnih materijala, plastike, papira, stakla. Obrada kaljenih čelika, kao i sirovih ugljičnih i legiranih čelika s tankim presjecima pri vrlo malim brzinama rezanja.

Završno i poluzavršno tokarenje, bušenje, glodanje i bušenje sivog i nodularnog lijeva, kao i bijeljenog lijeva. Kontinuirano tokarenje s malim reznim dijelovima od lijevanog čelika, nehrđajućeg čelika visoke čvrstoće, uključujući i očvrsle. Obrada legura obojenih metala i nekih vrsta legura titana pri rezanju s malim i srednjim presjecima.

Grubo i polugrubo tokarenje, prethodno narezivanje navoja tokarskim alatima, poluzavršno glodanje punih površina, bušenje rupa, upuštanje sivog lijeva, obojenih metala i njihovih legura te nemetalnih materijala.

Grubo strujanje s neravnim rezom i isprekidanim rezanjem, blanjanjem, grubim glodanjem, bušenjem, grubim razvrtanjem, grubim upuštanjem sivi lijev, obojeni metali i njihove legure i nemetalni materijali. Obrada nehrđajućih čelika i legura visoke čvrstoće i otpornih na toplinu teških za strojnu obradu, uključujući legure titana.

Gruba i polugruba obrada tvrdog, legiranog i bijeljenog lijevanog željeza, nekih vrsta nehrđajućih, visokočvrstih i toplinski otpornih čelika i legura, posebno legura na bazi titana, volframa i molibdena. Izrada nekih vrsta monolitnih alata.

Bušenje, upuštanje, razvrtanje, glodanje i glodanje čelika, lijevanog željeza, nekih teško rezljivih materijala i nemetala alatima od tvrdog metala, malim dimenzijama. Rezni alati za obradu drva. Završite tokarenje malim rezom (dijamantno rezanje); rezanje navoja i razvrtanje nekaljenih i kaljenih ugljičnih čelika.

Polugrubo tokarenje pri kontinuiranom rezanju, završno tokarenje pri prekinutom rezanju, rezanje navoja tokarskim alatima i rotirajućim glavama, poluzavršno i završno glodanje čvrstih površina, bušenje i bušenje prethodno izrađenih rupa, završno upuštanje, razvrtanje i druge slične vrste obrade ugljičnih i legiranih čelika.

Grubo tokarenje s neravnim rezom i kontinuiranim rezanjem, poluzavršno i završno tokarenje s isprekidanim rezanjem; grubo glodanje čvrstih površina; bušenje lijevanih i kovanih rupa, grubo upuštanje i druge slične vrste obrade ugljičnih i legiranih čelika.

Grubo tokarenje s neravnim presjekom i isprekidanim rezanjem, oblikovano tokarenje, rezanje alatima za tokarenje; završno blanjanje; grubo glodanje diskontinuiranih površina i druge vrste obrade ugljičnih i legiranih čelika, uglavnom u obliku otkivaka, štancanja i odljevaka na kori i mjerilu.

Teško grubo tokarenje čeličnih otkovaka, štancanja i odljevaka na školjkama s školjkama u prisutnosti pijeska, troske i raznih nemetalnih inkluzija, s neravnim presjekom i prisutnošću udaraca. Sve vrste blanjanja ugljičnih i legiranih čelika.

Teško grubo tokarenje čeličnih otkovaka, štancanja i odljevaka na školjkama s školjkama u prisutnosti pijeska, troske i raznih nemetalnih inkluzija s ravnomjernim presjekom i prisutnošću udaraca. Sve vrste blanjanja ugljičnih i legiranih čelika. Teško grubo glodanje i ugljični i legirani čelici.

Gruba i poluzavršna obrada određenih vrsta materijala koji se teško režu, austenitnih nehrđajućih čelika, niskomagnetskih čelika i čelika i legura otpornih na toplinu, uključujući titan.

Glodanje čelika, posebno glodanje dubokih utora i druge vrste obrada koje postavljaju povećane zahtjeve na otpornost legure na toplinsko mehanička ciklička opterećenja.

8.4. Mineralna keramika (GOST 26630-75) i supertvrdi materijali

Mineralno-keramički alatni materijali imaju visoku tvrdoću, otpornost na toplinu i habanje. Temelje se na glinici (silicijev oksid) - oksidnoj keramici ili mješavini silicijevog oksida s karbidima, nitridima i drugim spojevima (kermeti). Glavne karakteristike i područja primjene raznih marki mineralne keramike dane su u tablici. Oblici i veličine zamjenjivih višeslojnih keramičkih ploča određeni su standardom GOST 25003-81*.

Osim tradicionalnih marki oksidne keramike i kermeta, naširoko se koriste oksidno-nitridna keramika (na primjer, "cortinit" keramika (mješavina korunda ili aluminijevog oksida s titanijevim nitridom) i silicijeva nitridna keramika "silinit-R".

Fizikalno-mehanička svojstva instrumentalne keramike

Obrađeni materijal

Tvrdoća

Marka keramike

Sivi lijev

VO-13, VSh-75, TsM-332

Kovan lijev

VSH-75, VO-13

Bijeljeno lijevano željezo

VOK-60, ONT-20, V-3

Ugljični konstrukcijski čelik

VO-13, VSh-75, TsM-332

Legirani konstrukcijski čelik

VO-13, VSh-75, TsM-332

Poboljšani čelik

VSh-75, VO-13, VOK-60 Silinit-R

Kaljeni čelik

VOK-60, ONT-20, V-3

VOK-60, V-3, ONT-20

Bakrene legure

Legure nikla

Silinit-R, ONT-20

Sintetski supertvrdi materijali izrađuju se ili na bazi kubičnog bor nitrida - CBN, ili na bazi dijamanata.

Materijali skupine CBN imaju visoku tvrdoću, otpornost na habanje, nizak koeficijent trenja i inertnost na željezo. Glavne karakteristike i učinkovita područja uporabe prikazani su u tablici.

Fizikalno-mehanička svojstva STM na bazi CBN

U U zadnje vrijeme Ova skupina također uključuje materijale koji sadrže sastav Si-Al-O-N ( zaštitni znak"sialon"), na bazi silicijevog nitrida Si3N4.

Sintetički materijali isporučuju se u obliku praznih ili gotovih zamjenskih ploča.

Na temelju sintetičkih dijamanata, takve marke su poznate kao ASB - sintetički dijamant "ballas", ASPC - sintetički dijamant "carbonado" i drugi. Prednosti ovih materijala su visoka kemijska otpornost i otpornost na koroziju, minimalni radijusi lopatica i koeficijent trenja s materijalom koji se obrađuje. Međutim, dijamanti imaju značajne nedostatke: niska čvrstoća na savijanje (210-480 MPa); kemijska aktivnost na neke masti sadržane u rashladnoj tekućini; otapanje u željezu na temperaturama od 750-800 C, što praktički isključuje mogućnost njihove uporabe za preradu čelika i lijevanog željeza. U osnovi, polikristalni umjetni dijamanti koriste se za obradu aluminija, bakra i legura na njihovoj osnovi.

Namjena STM-a na bazi kubičnog bor nitrida

Vrsta materijala

Područje primjene

Kompozit 01 (Elbor R)

Fino i fino tokarenje bez udarca i čeono glodanje kaljenog čelika i lijevanog željeza bilo koje tvrdoće, tvrdih legura (Co=> 15%)

Kompozit 03 (Ismit)

Završna i poluzavršna obrada kaljenog čelika i lijevanog željeza bilo koje tvrdoće

Kompozit 05

Preliminarno i završno tokarenje bez utjecaja kaljenih čelika (HRC e<= 55) и серого чугуна, торцовое фрезерование чугуна

Kompozit 06

Završno tokarenje kaljenih čelika (HRC e<= 63)

Kompozit 10 (Hexanit R)

Prethodno i završno tokarenje sa i bez udarca, čeono glodanje čelika i lijeva bilo koje tvrdoće, tvrdih legura (Co=> 15%), prekidno tokarenje, obrada nataloženih dijelova.

Grubo, polugrubo i završno tokarenje i glodanje lijevanog željeza bilo koje tvrdoće, tokarenje i bušenje čelika i legura na bazi bakra, rezanje na lijevanoj koži

Kompozit 10D

Preliminarno i završno tokarenje, uključujući udarno tokarenje, kaljenog čelika i lijevanog željeza bilo koje tvrdoće, plazma navarivanje otporno na habanje, čeono glodanje kaljenog čelika i lijevanog željeza.

Supertvrdi materijali (STM) - uključuju dijamante (prirodne i sintetičke) i kompozitne materijale na bazi kubičnog bor nitrida.

Dijamant- jedna od modifikacija ugljika. Zbog kubične strukture kristalne rešetke, dijamant je najtvrđi mineral poznat u prirodi. Njegova tvrdoća je 5 puta veća od tvrdoće tvrde legure, ali je čvrstoća niska i monokristali prirodnog dijamanta se lome u male fragmente kada se dosegnu kritična opterećenja. Stoga se prirodni dijamanti koriste samo u završnim operacijama, koje karakteriziraju niska opterećenja snage.

Toplinska otpornost dijamanata je 700...800 °C (dijamant gori na višim temperaturama). Prirodni dijamanti imaju visoku toplinsku vodljivost i najmanji koeficijent trenja.

Prirodni dijamant označava se slovom A , sintetička - AC . Prirodni dijamanti su pojedinačni pojedinačni kristali i njihovi fragmenti ili međusobno srasli kristali i nakupine. Sintetski dijamanti dobivaju se u obliku sitnozrnatog praha i koriste se za izradu brusnih ploča, pasta i mikroprahova. Posebnu skupinu čine polikristalni dijamanti (PDA) marki ASB (Ballas) i ASPK (Carbonado). PCD, zbog svoje polikristalne strukture, puno bolje podnosi udarna opterećenja od monokristala dijamanta, te unatoč nižoj tvrdoći u usporedbi s prirodnim dijamantom, ima veću vlačnu i poprečnu posmičnu čvrstoću. Udarna čvrstoća dijamantnih polikristala ovisi o veličini dijamantnih zrna i opada s njihovim povećanjem.

Dijamant ima kemijski afinitet s materijalima koji sadrže nikal i željezo, stoga pri rezanju čelika na bazi željeza dolazi do intenzivnog prianjanja materijala koji se obrađuje na kontaktnim površinama dijamantnog alata. Ugljik koji čini dijamant aktivno reagira s tim materijalima kada se zagrije. To dovodi do intenzivnog trošenja dijamantnog alata i ograničava opseg njegove primjene, stoga se prirodni dijamanti koriste uglavnom za fino tokarenje obojenih metala i legura koje ne sadrže ugljik i željezo. Najučinkovitija upotreba dijamantnih alata dobiva se u završnim i završnim operacijama pri obradi dijelova od obojenih metala i njihovih legura, kao i od raznih polimera. kompozitni materijali. Alat se može koristiti za tokarenje diskontinuiranih površina i za glodanje, ali će mu trajnost biti kraća nego kod obrade bez udara.

Obrađeni materijal V, m/min s, mm/okretaj t, mm
Aluminijske lijevane legure 600…690 0,01…0,04 0,01…0,20
Aluminij-magnezijeve legure 390…500 0,01…0,05 0,01…0,20
Aluminijske legure otporne na toplinu 250…400 0,02…0,04 0,05…0,10
Duraluminijum 500…690 0,02…0,04 0,03…0,15
Kositrena bronca 250…400 0,04…0,07 0,08…0,20
Olovna bronca 600…690 0,025...0,05 0,02…0,05
Mjed 0,02…0,06 0,03…0,06
Legure titana 90…200 0,02…0,05 0,03…0,06
Plastika 90…200 0,02…0,05 0,05…0,15
Stakloplastika 600…690 0,02…0,05 0,03…0,05

U mnogim slučajevima veća otpornost na habanje glodala izrađenih od sintetičkih dijamanata, uočena u praksi, u usporedbi s glodalima izrađenim od prirodnih dijamanata, objašnjava se razlikom u njihovoj strukturi. U prirodnom dijamantu pukotine se pojavljuju na oštrici, razvijaju se i mogu doseći značajne veličine. U PCD (sintetičkom dijamantu) nastale pukotine zaustavljaju granice kristala, što određuje njihovu veću, 1,5...2,5 puta otpornost na habanje.

Još jedno obećavajuće područje primjene PCD-a je obrada materijala koji se teško režu i uzrokuju brzo trošenje alata, kao što su iverice, ploče srednje gustoće s visokim sadržajem ljepila, obložene melaminskom smolom, ukrasni laminatni papir, kao kao i drugi materijali.imajući abrazivni učinak. Alati s PCD imaju trajnost pri obradi takvih materijala 200..300 puta veću od trajnosti alata od tvrdog metala.

PCD alati u obliku izmjenjivih poliedarskih umetaka uspješno se koriste u obradi polimernih kompozitnih materijala. Njihova uporaba omogućuje povećanje izdržljivosti za 15 ... 20 puta u usporedbi s alatima izrađenim od tvrde legure.

Kubični borov nitrid(KNB, BN ) ne pojavljuje se u prirodi, dobiva se umjetno iz “bijelog grafita” pri visokim tlakovima i temperaturama uz prisutnost katalizatora. U tom slučaju heksagonalna rešetka grafita prelazi u kubičnu rešetku, sličnu rešetki dijamanta. Svaki atom bora povezan je s četiri atoma dušika. Što se tiče tvrdoće, CBN je nešto lošiji od dijamanta, ali ima veću otpornost na toplinu, doseže 1300 ... 1500 ° C, i praktički je inertan na ugljik i željezo. Poput dijamanta, CBN ima povećanu krtost i nisku čvrstoću na savijanje.

Postoji nekoliko marki CBN-a, grupiranih pod skupinom "kompoziti". Sorte CBN-a razlikuju se jedna od druge po veličini, strukturi i svojstvima zrna, postotnom sastavu veziva, kao i tehnologiji sinteriranja.

Najrašireniji kompoziti su: kompozit 01 (elbor-R), kompozit 05, kompozit 10 (heksanit-R) i kompozit 10D (dvoslojne ploče s radnim slojem heksanita R). Od njih je najjači kompozit 10 ( σ i = 1000...1500 MPa), stoga se koristi za udarna opterećenja. Drugi se kompoziti koriste za završnu obradu bez udaraca kaljenih čelika, lijevanog željeza visoke čvrstoće i nekih legura koje je teško rezati. U mnogim je slučajevima tokarenje s kompozitima učinkovitije od postupka brušenja, budući da zbog svoje visoke toplinske vodljivosti CBN ne uzrokuje opekline pri radu pri velikim brzinama rezanja, a istovremeno osigurava nisku hrapavost površine.

Kompoziti se koriste u obliku malih ploča kvadratnog, trokutastog i okruglog oblika, pričvršćenih na tijelo alata lemljenjem ili mehanički. U novije vrijeme koriste se i ploče od tvrde legure na koje je nanesen sloj kompozita ili polikristalnog dijamanta. Takve višeslojne ploče imaju veću čvrstoću, otpornost na habanje i prikladnije su za pričvršćivanje. Omogućuju vam uklanjanje dopuštenja velike dubine.

Glavna rezerva za povećanje produktivnosti obrade za alate temeljene na BN je brzina rezanja (tablica 11.), koja može 5 i više puta premašiti brzinu rezanja alata od tvrdog metala.

Tablica 11. Brzine rezanja koje dopuštaju različiti materijali alata

Tablica pokazuje da je najveća učinkovitost korištenja alata na temelju BN nastaje pri obradi visokotvrdog lijevanog željeza, čelika i legura.

Jedna od mogućnosti za povećanje učinkovitosti alata na temelju BN je uporaba tekućina za rezanje (rashladnih tekućina), koje za alate izrađene od BN najučinkovitije ih je koristiti prskanjem pri brzini rezanja do 90...100 m/min.

Još jedno učinkovito područje za korištenje alata opremljenih polikristalnim kompozitima je obrada površine, koja se koristi za ojačavanje dijelova metalurške proizvodnje. Zavareni materijali vrlo visoke tvrdoće (do HRC 60..62) proizvode se elektrolučnim ili plazma navarivanjem punjenim žicama ili trakama.

Područja primjene za brzinu rezanja i posmak svih skupina razmatranih alatnih materijala približno su prikazana na sl. 38.

Sl.38. Područje primjene različitih materijala alata prema brzini rezanja V i podnošenje s .

1 – brzorezni čelici; 2 – tvrde legure; 3 – tvrde legure s prevlakama; 4 – nitridna keramika; 5 – oksidno-karbidna (crna) keramika; 6 - oksidna keramika; 7 – kubni borov nitrid.

Procesi obrade metala alatima s oštricama pokoravaju se klasičnim zakonima teorije rezanja metala.

Tijekom razvoja obrade metala, pojava kvalitativno novih alatnih materijala s povećanom tvrdoćom, toplinskom postojanošću i otpornošću na habanje bila je praćena povećanjem intenziteta procesa obrade.

Nastali kod nas iu inozemstvu kasnih pedesetih i ranih šezdesetih godina prošlog stoljeća i naširoko korišteni, instrumenti opremljeni umjetnim supertvrdim materijalima na bazi kubičnog bor nitrida (CBN) odlikuju se velikom raznolikošću.

Prema informacijama domaćih i inozemnih proizvođača alata, uporaba CBN materijala trenutno je u značajnom porastu.

U industrijaliziranim zemljama potrošnja alata s oštricama izrađenih od umjetnih supertvrdih materijala na bazi CBN nastavlja rasti u prosjeku za 15% godišnje.

Prema klasifikaciji koju je predložio VNIIinstrument, svi supertvrdi materijali temeljeni na gustim modifikacijama bor nitrida nazivaju se kompoziti.

U teoriji i praksi znanosti o materijalima, kompozit je materijal koji se ne nalazi u prirodi, a sastoji se od dvije ili više komponenti različitog kemijskog sastava. Kompozit karakterizira prisutnost izrazitih
granice koje razdvajaju njegove komponente. Kompozit se sastoji od punila i matrice. Punilo ima najveći utjecaj na njegova svojstva, ovisno o tome kompoziti se dijele u dvije skupine: 1) s dispergiranim česticama; 2) ojačani kontinuiranim vlaknima i ojačani vlaknima u više smjerova.

Termodinamičke značajke polimorfizma borovog nitrida dovele su do pojave velikog broja materijala temeljenih na njegovim gustim modifikacijama i različitim tehnologijama za njegovu proizvodnju.

Ovisno o vrsti glavnog procesa koji se odvija tijekom sinteze i određuje svojstva supertvrdih materijala, u suvremenim tehnologijama za proizvodnju instrumentalnih materijala iz bor nitrida mogu se razlikovati tri glavne metode:

  • fazna transformacija heksagonalnog bor nitrida u kubni. Ovako dobiveni polikristalni supertvrdi materijali međusobno se razlikuju po prisutnosti ili odsutnosti katalizatora, njegovoj vrsti, strukturi, parametrima sinteze itd. U materijale ove skupine spadaju: kompozit 01 (elbor-R) i kompozit 02 (belbor). Građa iz ove skupine ne izlazi u inozemstvu;
  • djelomična ili potpuna transformacija wurtzit bor nitrida u kubni. Pojedini materijali ove skupine razlikuju se po sastavu početnog punjenja. U našoj zemlji materijali iz ove skupine koriste se za izradu jednoslojnog i dvoslojnog kompozita 10 (heksanit-R) i raznih modifikacija kompozita 09 (PTNB i dr.). U inozemstvu, materijale ove grupe proizvodi u Japanu tvrtka Nippon Oil Fat pod robnom markom Wurtzip;
  • sinteriranje čestica kubičnog bor nitrida s dodacima. Ova skupina materijala je najbrojnija, jer su moguće različite mogućnosti lijepljenja i tehnologije sinteriranja. Ovom se tehnologijom u domaćoj industriji proizvode kompozit 05, ciborit i niborit. Najpoznatiji strani materijali su borzona, amborit i sumibor.

Ukratko ćemo opisati najpoznatije supertvrde alatne materijale.

Kompozit 01(elbor-R) - nastao ranih 70-ih.

Ovaj materijal sastoji se od nasumično orijentiranih kubičnih kristala bor nitrida dobivenih katalitičkom sintezom. Kao rezultat visokotemperaturnog prešanja pod visokim tlakom, početni kristali BN K se drobe do veličina od 5...20 mikrona. Fizikalna i mehanička svojstva kompozita 01 ovise o sastavu početnog punjenja i termodinamičkim parametrima sinteze (tlak, temperatura, vrijeme). Približan maseni udio komponenata kompozita 01 je sljedeći: do 92% BN K, do 3% BN r, ostalo su nečistoće aditiva katalizatora.

Modifikacija kompozita 01 (Elbor-RM), za razliku od Elbor-R, dobiva se izravnom sintezom BN r -> BN k, koja se provodi pri visokim tlakovima (4,0...7,5 GPa) i temperaturama (1300...2000 °C). Odsutnost katalizatora u naboju omogućuje postizanje stabilnih svojstava performansi.

Kompozit 02(belbor) - stvoren u Institutu za fiziku čvrstog stanja i poluvodiča Akademije znanosti BSSR-a.

Dobiva se izravnim prijelazom iz BN r u visokotlačnim aparatima sa statičkim opterećenjem (tlak do 9 GPa, temperatura do 2900 °C). Proces se provodi bez katalizatora, što osigurava visoka fizikalno-mehanička svojstva kompozita 02. Pojednostavljenom tehnologijom izrade zbog uvođenja određenih legirajućih dodataka moguće je varirati fizikalno-mehanička svojstva polikristala.

Belbor je po tvrdoći usporediv s dijamantom i znatno ga nadmašuje po otpornosti na toplinu. Za razliku od dijamanta, on je kemijski inertan na željezo, što mu omogućuje da se učinkovito koristi za obradu lijevanog željeza i čelika - glavnih inženjerskih materijala.

Kompozit 03(ISM) - prvi put sintetiziran na Institutu za materijale i matematiku Akademije znanosti Ukrajinske SSR.

Proizvode se tri vrste materijala: Ismit-1, Ismit-2, Ismit-3, koji se razlikuju po fizičkim, mehaničkim i pogonskim svojstvima, što je posljedica razlika u polaznim sirovinama i parametrima sinteze.

Niborit- primio Institut za fiziku i fiziku Akademije znanosti SSSR-a.

Visoka tvrdoća, otpornost na toplinu i značajna veličina ovih polikristala određuju njihova visoka svojstva.

Cyborite- sintetiziran po prvi put u Institutu za materijale i matematiku Akademije znanosti Ukrajinske SSR.

Polikristali se proizvode vrućim prešanjem šarže (sinteriranje) pri visokim statičkim tlakovima. Smjesa sadrži prah kubičnog bor nitrida i posebne aktivacijske aditive. Sastav i količina dodataka, kao i uvjeti sinteriranja, osiguravaju strukturu u kojoj međusobno srasli kristali BN K tvore kontinuirani okvir (matricu). U intergranularnim prostorima okvira formira se vatrostalna čvrsta keramika.

Kompozit 05- struktura i tehnologija proizvodnje razvijeni su u NPO VNIIASH.

Materijal u osnovi sadrži kristale kubičnog bor nitrida (85...95%), sinteriranog pri visokim tlakovima s dodatkom aluminijevog oksida, dijamanata i drugih elemenata. U pogledu svojih fizičkih i mehaničkih svojstava, kompozit 05 je inferioran u odnosu na mnoge polikristalne supertvrde materijale.

Modifikacija kompozita 05 je kompozit 05IT. Karakterizira ga visoka toplinska vodljivost i otpornost na toplinu, koji se dobivaju uvođenjem posebnih aditiva u punjenje.

Kompozit 09(PTNB) razvijen je u Institutu za kemijsku fiziku Akademije znanosti SSSR-a.

Proizvodi se nekoliko razreda (PTNB-5MK, PTNB-IK-1 itd.), koji se razlikuju po sastavu početnog punjenja (mješavina praha BN B i BN K). Razlika između kompozita 09 i ostalih kompozitnih materijala je u tome što se bazira na česticama kubičnog bor nitrida veličine 3...5 mikrona, a punilo je wurtzit bor nitrid.

U inozemstvu, proizvodnju materijala ove klase pomoću transformacije wurtzit bor nitrida provodi u Japanu tvrtka Nippon Oil Fate zajedno s Državnim sveučilištem u Tokiju.

Kompozit 10(heksanit-R) stvoren je 1972. godine od strane Instituta za probleme znanosti o materijalima Akademije znanosti Ukrajinske SSR zajedno s Poltavskom tvornicom umjetnih dijamanata i dijamantnog alata.

Ovo je polikristalni supertvrdi materijal čija je osnova vurcitna modifikacija bor nitrida. Tehnološki proces dobivanje heksanita-R, kao i prethodnih kompozita, sastoji se od dvije operacije:

  1. sinteza BN B izravnim prijelazom BN r -> BN B at udarni učinak na izvornoj građi i
  2. sinterovanje praha BN B pri visokim pritiscima i temperaturama.

Kompozit 10 karakterizira fino zrnata struktura, ali veličina kristala može varirati unutar značajnih granica. Strukturne značajke također određuju posebna mehanička svojstva kompozita 10 - ne samo da ima visoka svojstva rezanja, već može uspješno raditi i pod udarnim opterećenjima, što je manje izraženo kod drugih marki kompozita.

Na temelju heksanita-R, u Institutu za probleme znanosti o materijalima Akademije znanosti Ukrajinske SSR dobiven je poboljšani stupanj kompozita 10 - heksanit-RL, ojačan nitastim kristalima - vlaknima "safirnog brka".

Kompozit 12 dobiva se sinteriranjem pri visokim tlakovima mješavine praha wurtzit bor nitrida i polikristalnih čestica na bazi Si 3 N 4 (silicijev nitrid). Veličina zrna glavne faze kompozita ne prelazi 0,5 mikrona.

Perspektiva daljnji razvoj, stvaranje i proizvodnja kompozita povezana je s upotrebom nitastih ili igličastih kristala (brkova) kao punila, koji se mogu dobiti od materijala kao što su B 4 C, SiC, Si 2 N 4. VeO i sur.

Jedan od smjerova poboljšanja svojstava rezanja alata, koji omogućuje povećanje produktivnosti rada tijekom obrade, je povećanje tvrdoće i toplinske otpornosti materijala alata. U tom smislu najviše obećavaju dijamanti i sintetski supertvrdi materijali na bazi bor nitrida.

Dijamanti i dijamantni alatiširoko se koristi u obradi dijelova izrađenih od različitih materijala. Dijamante odlikuje iznimno visoka tvrdoća i otpornost na trošenje. Što se tiče apsolutne tvrdoće, dijamant je 4-5 puta tvrđi od tvrdih legura i desetke i stotine puta veći od otpornosti na habanje drugih alatnih materijala pri obradi obojenih legura i plastike. Osim toga, zbog svoje visoke toplinske vodljivosti, dijamanti bolje odvode toplinu iz zone rezanja, što pomaže u proizvodnji dijelova s ​​površinom bez spaljivanja. Međutim, dijamanti su vrlo krhki, što uvelike ograničava njihovu primjenu.

Glavna primjena za proizvodnju alata za rezanje je umjetni dijamanti, koji su u svojim svojstvima bliski prirodnim. Pri visokim tlakovima i temperaturama u umjetnim dijamantima moguće je dobiti isti raspored ugljikovih atoma kao u prirodnim. Težina jednog umjetnog dijamanta obično je 1/8-1/10 karata (1 karat - 0,2 g). Umjetni kristali su zbog male veličine neprikladni za izradu alata kao što su svrdla, glodala i drugo, pa se koriste u izradi prahova za dijamantne brusne ploče i pasta za lepljenje.

Dijamantni alati za oštrice proizvode se na bazi polikristalnih materijala kao što su “carbonado” ili “ballas”. Ovi alati imaju dug vijek trajanja alata i pružaju visoka kvaliteta tretirana površina. Koriste se u obradi titana, aluminijskih legura s visokim udjelom silicija, stakloplastike i plastike, tvrdih legura i drugih materijala.

Dijamant kao alatni materijal ima značajan nedostatak - na povišenim temperaturama ulazi u kemijsku reakciju sa željezom i gubi svoju funkcionalnost.

Za obradu čelika, lijevanog željeza i drugih materijala na bazi željeza, supertvrdih materijala, kemijski inertan na njega. Takvi se materijali dobivaju tehnologijom bliskom tehnologiji proizvodnje dijamanata, ali se kao početni materijal koristi bor nitrid, a ne grafit.

Polikristali gustih modifikacija bor nitrida su superiorniji u otpornosti na toplinu od svih materijala koji se koriste za alate s oštricama: dijamant 1,9 puta, brzorezni čelik 2,3 puta, tvrda legura 1,7 puta, mineralna keramika 1,2 puta.

Ovi materijali su izotropni (iste čvrstoće u raznih smjerova), imaju nižu mikrotvrdoću, ali blisku tvrdoći dijamanta, povećanu toplinsku otpornost, visoku toplinsku vodljivost i kemijsku inertnost u odnosu na ugljik i željezo.

Karakteristike nekih od materijala koji se razmatraju, a koji se trenutno nazivaju "kompozitni", dani su u tablici.

Usporedna svojstva STM na bazi bor nitrida

Marka Izvorni naslov Tvrdoća HV, GPa Otpornost na toplinu, o C
Kompozit 01 Elbor-R 60...80 1100...1300
Kompozit 02 Belbor 60...90 900...1000
Kompozit 03 Ismit 60 1000
Kompozit 05 Kompozitni 70 1000
Kompozit 09 PCNB 60...90 1500
Kompozit 10 Hexanit-R 50...60 750...850

Učinkovitost korištenja alata s oštricama izrađenih od različitih vrsta kompozita povezana je s poboljšanjem dizajna alata i tehnologije njihove proizvodnje te određivanjem racionalnog područja njihove uporabe:

    kompoziti 01 (elbor-R) i 02 (belbor) koristi se za fino i fino tokarenje i bezudarno glodanje dijelova od kaljenih čelika tvrdoće 55...70 HRC, lijevanog željeza i tvrdih legura VK15, VK20 i VK25 s posmacima do 0,20 mm/ok i dubinom rezanja do 0,8
    kompozit 05 koristi se za završno i poluzavršno tokarenje bez udarca dijelova od kaljenog čelika tvrdoće 40...58 HRC, lijevanog željeza tvrdoće do 300 HB s posmacima do 0,25 mm/okr i dubinom do 2,5 mm
    kompozit 10 (heksanit-R) koristi se za fino, fino i poluzavršno tokarenje i glodanje s udarcima dijelova od kaljenog čelika tvrdoće ne veće od 58 HRC, lijevanog željeza bilo koje tvrdoće, legura VK15, VK20, VK25 s posmakom do 0,15 mm /okr i dubinom rezanja do 0,6 mm

Istodobno, životni vijek alata povećava se desetke puta u usporedbi s drugim materijalima alata.