1.Сверхтвердые инструментальные материалы и режущая керамика. Свойства и применение, осн. Марки

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 σ_и = 300 МПа, а при сжатии σ_СЖ = 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.

КНБ выпускается 2-х марок: эльбор и кубонит. В обозначении материала ставится буква Л. Эльбор бывает 2-х марок:

ЛО- кристаллы обычной прочности с развитой режущей пов-тью;

ЛБ- выс.прочность, менее развита реж.пов-ть.

Из кубонита изготавливают порошки 2-х марок:

КО- обычной прочности;

КР- повышенной прочности.

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.

Кроме сверхтвердых материалов на основе нитрида бора, алмазов, керамики, в последние годы разработан и испытан ряд новых сверхтвердых материалов, показавших достаточно высокие эксплуатационные свойства. В числе этих материалов силинит-Р — новый инструментальный материал па основе нитрида кремния. Отличается отсутствием склонности к адгезии по отношению к большинству сталей, сплавов на основе меди, алюминия. Основные физико-механические свойства силинита-Р: σ_сж = 2500 МПа, σ_изг =500—700 МПа, HRA 94—96. Получают силинит-Р методом горячего спекания в графитовых пресс-формах в виде пластин различной формы и габаритных размеров, заготовок фасонного режущего инструмента.

К новым сверхтвердым материалам следует также отнести и материалы на основе диборита титана, искусственных монокристаллов сапфира, рубина и т.д

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.

В настоящее время наибольшее применение получила режущая керамика оксидного и оксидно-карбидного типов.

Оксидная режущая керамика имеет в своей основе до 99% и выше А1₂О₃. Наиболее высокие режущие свойства имеют пластинки из керамики марки ЦМ332, которую получают из электрокорунда.

Оксидно-карбидную керамику получают введением в состав ее основы (А1₂О₃) легирующих добавок карбидов хрома, титана, вольфрама, молибдена и сложных карбидов этих металлов. Серийно выпускается керамика марок В-З и ВОК-60 и опытными партиями марки ВОК-63, ВШ-75.

Режущая керамика изготовляется в виде пластинок, которые крепятся к корпусу инструмента механическим путем, напаиваются или соединяются с корпусом с помощью клея.