6. Сверхтвёрдые материалы

Сверхтвердые материалы широко применяют для оснащения (встав­ками) лезвийных инструментов (резцы, сверла, торцовые фрезы). Такие инструменты используют для чистовой размерной обработки при высоких скоростях резания (100 - 200 м/мин и более).

Среди сверхтвердых материалов первое место принадлежит алмазу, твердость которого (10000 HV) в 6 раз превосходит твердость карбида вольфрама (1700 HV) и в 8 раз — твердость быстрорежущей стали (1300 HV). Преимущественное применение имеют синтетические алмазы (борт, баллас, карбонадо) поликристаллического строения, которые по сравне­нию с монокристаллами отличаются меньшей хрупкостью и стоимостью. Алмаз теплостоек до 800 °С (при большем нагреве он графитизируется). Относительно небольшая теплостойкость компенсируется его высокой те­плопроводностью, снижающей разогрев режущей кромки инструментов при высоких скоростях резания.

Область применения алмазных инструментов ограничивается высо­кой адгезией к железу, что является причиной его низкой износостойкости при точении сталей и чугунов. Алмазным инструментом обрабатывают цветные металлы и их сплавы, а также пластмассы, керамику, обеспечивая при этом низкую шероховатость поверхности.

Большей универсальностью обладают инструменты из поликристал­лического нитрида бора BN с кубической решеткой, называемого кубиче­ским нитридом бора. Его получают спеканием микропорошков нитрида бора (гексагонального, кубического или вюрцитоподобного) при высоких температурах и давлениях или прямым синтезом из нитрида бора с гекса­гональной решеткой. В зависимости от технологии получения кубический нитрид бора выпускают под названием: эльбор, эльбор-Р, боразон.

Кубический нитрид бора имеет такую же, как алмаз, кристалличе­скую решетку и близкие с ним свойства. По твердости (9000 HV) он не уступает алмазу, но превосходит его по теплостойкости (1200 °С) и хими­ческой инертности. Отсутствие у кубического нитрида бора химического сродства к железу позволяет эффективно использовать его для обработки различных труднообрабатываемых сталей, в том числе цементованных и закаленных (> 60 HRC). При этом высокоскоростное точение закаленных сталей может заменить шлифование, сокращая в 2 - 3 раза время обра­ботки и обеспечивая низкую шероховатость поверхности.

7. Стали для измерительных инструментов

Основные свойства, которыми должны обладать стали этого назна­чения, — высокая износостойкость, постоянство размеров и формы в тече­ние длительного срока службы. К дополнительным требованиям относят возможность получения низкой шероховатости поверхности и малой де­формации при термической обработке.

Наиболее широко применяют заэвтектоидные низколегированные стали X, ХГ, ХВГ, 9ХС, обрабатываемые на высокую твердость (60-64 HRC). В отличие от режущих инструментов термическую обработку проводят таким образом, чтобы затруднить процесс старения, который происходит в закаленной стали и вызывает объемные изменения, недопу­стимые для измерительных инструментов. Причинами старения служат частичный распад мартенсита, превращение остаточного аустенита и ре­лаксация остаточных напряжений, вызывающая пластическую деформа­цию. Для уменьшения количества остаточного аустенита закалку про­водят с более низкой температуры. Кроме того, инструменты высокой точности подвергают обработке холодом при —50 ... — 80 °С. Отпуск про­водят при 120 — 140 °С в течение 24 - 48 ч. Более высокий нагрев не применяют из-за снижения износостойкости.

Инструменты повышенной точности подвергают неоднократному че­редованию обработки холодом и кратковременного (2 - 3 ч) отпуска.

Плоские инструменты (скобы, линейки, шаблоны и т.п.) нередко изготовляют из листовых сталей 15, 20, 15Х, 20Х, 12ХНЗА, подвергае­мых цементации, или из сталей 50 и 55, закаливаемых с нагревом ТВЧ в поверхностном слое. Поскольку неравновесная структура в этих сталях образуется только в поверхностном слое, происходящие в нем объемные изменения мало отражаются на размерах всего инструмента.

Для инструментов сложной формы и большого размера применяют азотируемую сталь 38Х2МЮА.