Мінералокерамічні тверді сплави

Застосування мінералокерамічних інструментальних сплавів в значній міри вирішує проблему економії дефіцитного вольфраму. Зараз в розвинених країнах до 18 % різальних інструментів оснащуються пластинками з мінералокераміки. Різальна кераміка виготовляється на основі оксидів (головним чином Al₂O₃), нітридів (переважно Si₃N₄), або змішаною. З метою підвищення міцності до складу кераміки вводять оксиди цирконію та гафнію (ZrO₂, HfО₂), карбід титану (ТіС), нітрид титану (ТіN) та інші тугоплавкі сполуки. Відповідно до складу кераміка поділяється на оксидну, оксидно-карбідну та нітридну.

Корунд, або оксидну кераміку (Al₂O₃), отримують із глинозему в електропечах при температурі 1720…1750 ^○С, тому його прийнято називати електрокорундом. Електрокорунд, має теплостійкість до 1200 ^○С і твердість до 90…94 HRA, але дуже крихкий. Для зміцнення оксидної кераміки вводиться оксид цирконію (ZrO₂). Сплави на основі Al₂O₃ використовуються у вигляді пластин переважно білого кольору для оснащення токарних різців, фрез, зенкерів, розверток тощо, які застосовують для чистової і напівчистової обробки вуглецевих та легованих сталей, в т. ч. важкооброблюваних. Сплавами на основі Al₂O₃ + ZrO₂ можна виконувати чорнову та чистову обробку різних сталей, чавунів та високоміцних сплавів. У вигляді окремих зерен електрокорунд використовується для виготовлення абразивних інструментів.

З метою підвищення міцності до складу оксидної кераміки вводять карбіди титану, кремнію, хрому тощо. Міцність такої оксидно – карбідної кераміки (ВОК-60, ВОК-63) зростає у 1,5…2 рази.

До складу нітридної (безоксидної) кераміки вводять карбід та нітрид титану, нітрид бору. Таку кераміку можна застосовувати для чистової обробки гартованих легованих сталей та для швидкісної обробки сталей.

Разом з тим пластини з мінералокераміки мають дещо меншу міцність на згин та меншу ударну в’язкість у порівнянні з пластинами із твердих сплавів. З метою усунення цього недоліку застосовують багатошарову кераміку. Наприклад, для виготовлення робочого шару пластин з кераміки ВОК-95С та ВОК-95М використовують ВОК-63, ВОК-71, а перший або проміжний шар виготовляють з твердого сплаву.

Надтверді інструментальні матеріали

Самим твердим інструментальним матеріалом є алмаз. В інструментальному виробництві він використовується для оснащення лезових та абразивних інструментів. При виготовленні лезових інструментів необхідно враховувати анізотропність алмазу, тобто різну величину міцності і твердості в різних напрямках кристалу. Крім високої твердості алмаз має високу зносостійкість, добру теплопровідність і малий коефіцієнт тертя.

Тонке точіння алмазними різцями може забезпечити шорсткість поверхні до Ra = 0,025 мкм. Разом з цим він дуже крихкий і дорогий. Інструменти, оснащені алмазом, найбільш доцільно застосовувати для тонкого точіння і розточування кольорових сплавів та пластмас.

Для виготовлення інструментів частіше використовуються штучні алмази, які мають значно меншу вартість. Синтетичні алмази АСБ – баллас (АСБ-5, АСБ-6) рекомендуються для обробки кольорових сплавів з підвищеним вмістом кремнію, склопластиків, пластмас. Так при обробці склопластиків зносостійкість балласу в 70…80 разів вища зносостійкості твердих сплавів ВК2, ВК3М. Балласи використовують для оснащення різців, свердл, фрез та для виготовлення абразивних інструментів. Синтетичні алмази АСПК – карбонадо (АСПК-1, АСПК-2, АСПК-3) рекомендуються для обробки особливоміцних сплавів. Монокристалеві алмази САМ високоефективні при обробці напівпровідникових матеріалів, радіотехнічної кераміки, кольорових сплавів з високим вмістом кремнію.

Кубічний нітрид бору (КНБ) по твердості близький до синтетичних алмазів і має теплостійкість в два рази вищу ніж в алмазів (до 1600 ^○С). На основі КНБ створені композиційні інструментальні матеріали (композити). Так композит 01 (ельбор-Р), композит 02 (бельбор), композит 10 (гексаніт-Р) мають масову частку КНБ не менше 95 %. Композит 05 має 40…50 % КНБ та 50–60 % Al₂O₃, ZrO₂ та інші. Композити використовується для виготовлення абразивних інструментів, які призначені для обробки високоміцних і жаростійких сталей та сплавів, доводки твердосплавних інструментів після заточування і для оснащення лезових інструментів.

Композити є якісно новим інструментальним матеріалом. Чим вище твердість оброблюваного матеріалу, тим більш ефективне застосування різців і фрез, оснащених композитами. Враховуючі те, що лезові інструменти з композитів можуть працювати з глибиною різання до 5 мм, певний припуск можна зрізувати після термічної обробки. Це важливо для деталей, схильних до деформацій під час термообробки.

Інструменти, оснащені композитом, можуть працювати з високими швидкостями різання, що дає можливість значно підвищити продуктивність праці. При цьому різці з композитів забезпечують шорсткість обробленої поверхні R_a < 0,63…1,25 мкм і 7…8 квалітети точності.

Шляхом спікання КНБ, AlВ₂, Al₂N, Al₂O₃ з жароміцними сплавами отримують композиційний матеріал киборит, який забезпечує точіння чавунів, гартованих і високолегованих сталей без подальшого шліфування.