24. Минералокерамика и другие минералы (алмаз, кубический нитрид бора, ру­бин), применяемые для изготовления лезвийных инструментов, состав наиболее распространенных марок и область их применения.

Минералокерамика обладает высокой твёрдостью (до 90 HRА), теплостойкостью (1200˚С) и износостойкостью, превосходящей твёрдые сплавы. Основой минералокерамики является технический глинозём (Al₂O₃).

Главными недостатками минералокерамики являются её хрупкость, низкая ударная вязкость, плохое сопротивление циклическому изменению температуры.

Применяется при получистовой токарной обработке деталей из высокопрочных отбеленных чугунов, закаленных труднообрабатываемых сталей и некоторых цветных металлов и сплавов в условиях резания без ударов. При обработке закалённых сталей с HRC до 63 и скорости резания до 300 м/мин.

Минералокерамика пассивна к адгезионно-диффузионному взаимодействию со сталью и отбеленным чугуном.

С точки зрения процесса резания для минералокерамики:

1. Необходимо применять отрицательные передние углы (-5˚ - -10˚).

2. Уменьшенное значение заднего угла α (4˚ - 6˚) (способствует повышению прочностных характеристик режущего клина)

3. Механическое крепление одноразовых пластин.

Однокорбидную минералокерамику получают добавкой карбидов тугоплавких металлов Cr, Ti, V, Mo, W. Добавки карбидов увеличивают предел прочности на изгиб, но одновременно снижают теплостойкость и твёрдость. Наиболее распространенными марками являются ВОК-60;63.

Сверхтвёрдые инструментальные материалы

Алмазы

Различают природные(А) и синтетические(АС) алмазы.

Размеры искусственных алмазов АС не превышают 1,2 мм. Предел прочности на изгиб 300 МПа, на сжатие 2000 МПа. Алмазы обладают высокой теплопроводностью, что способствует отводу тепла из зоны резания, следовательно отсутствуют температурные поводки деталей.

Большая острота режущей кромки, малые сечения среза создают незначительные по величине силы резания. Небольшой коэффициент линейного расширения и малый размерный износ алмазов обеспечивают точность размеров и формы обрабатываемой детали.

При температуре 750-800˚C алмаз горит на воздухе (превращаясь в уголь) и интенсивно растворяется в железо-углеродистых сплавах.

Алмазный инструмент обеспечивает высокую производительность и длительный период стойкости (200 часов) при обработке цветных металлов и сплавов, титана, пластмасс. Применение алмазов в обработке исключает процесс шлифования.

Сверхтвёрдые материалы на основе кубического нитрида бора (КНБ)

Существуют три модификации кубического нитрида бора (гексагональная, кубическая и вюрцитная). По твёрдости композиты на основе КНБ приближаются к алмазам, а по теплостойкости превосходят минералокерамику (1300˚C).

Плюсы: химически инертен к железу, следовательно улучшается чистота обработки; уменьшается тепловыделение в зоне резания, резко уменьшаются (примерно в 5 раз), силы резания.

Композиты делятся на две группы:

1. с массовой долей КНБ≈97% (эльбор-Р(композит-01); белбор(композит-02); исмит(композит-03); ПТНБ(композит-09)).

Эти материалы синтезируют в виде цилиндрических столбиков диаметром от 4 до 6 мм и высотой от 3 до 6 мм; крепят чаще всего механически, запрессовывают, впаивают и т.д.

2. композит-05 (75% КНБ и 25% Al₂O₃) теплостойкость до1000˚C.

Материалы на основе КНБ применяют для тонкого чистового точения, фрезерования деталей из закалённых сталей до70 НRC, чугунов и твёрдых сплавов с подачами до 0,2 мм/об, глубиной резания до 0,8 мм при точении без ударов.

Нитрид кремния Si₃N₄ –современный инструментальный материал (силинит-Р) – имеет те же характеристики как композиты на основе КНБ:

HRA 92 – 96 единиц

σ_и=500 – 700 МПа

Рубин – модификация α – Al₂O₃ c небольшой примесью Cr.

Лейкосапфир– модификация α – Al₂O₃ практически без примесей. Применяют для обработки цветных металлов и сплавов.