26Какие характеристики алмазов (натуральных и синтетических) обеспечивают их применение как инструментальных материалов, каковы их теплостойкость и области применения?

Алмазы (натуральные и синтетические). θ C = 850 −1000°C .

См. вопрос 27.

27Какие основные характеристики, теплостойкость и области применения сверхтвёрдых материалов (стм) как инструментальных?

повысить производительность труда при механической обработке, является повышение твердости и теплостойкости инструментальных материалов  алмаз и синтетические сверхтвердые материалы на основе нитрида бора.

Для алмазов характерны исключительно высокая твердость и износостойкость. в 4 - 5 раз тверже твердых сплавов и в десятки и сотни раз превышает износостойкость других инструментальных материалов при обработке цветных сплавов и пластмасс. вследствие высокой теплопроводности лучше отводят теплоту из зоны резания, что способствует получению деталей с бесприжоговой поверхн. Хрупки – это сужает область применения.

основное применение получили искусственные алмазы, которые по свойствам близки к естественным. При больших давлениях и температурах удается получить такое же расположение атомов углерода. Масса одного искусственного алмаза 1/8—1/10 карата (1 карат - 0,2 г). Из-за малости размеров непригодны для изготовления сверла, резца, но для изготовлении порошков для алмазных шлифовальных кругов и притирочных паст.

Лезвийные алмазные инструменты выпускаются на основе поликристаллических материалов типа «карбонадо» или «баллас». Эти инструменты имеют длительные размерные периоды стойкости и обеспечивают высокое качество обработанной поверхности. Для обработки титановых, высококремнистых алюминиевых сплавов, стеклопластиков и пластмасс, твердых сплавов. при повышенной температуре алмаз вступает в химическую реакцию с железом и теряет работоспособность  были созданы сверхтвердые материалы, химически инертные к нему. Такие материалы получены по близкой к технологии получения алмазов, но используется не графит, а нитрид бора.

Поликристаллы плотных модификаций нитрида бора превосходят по теплостойкости все материалы для лезвийного инструмента: алмаз в 1,9 раза, быстрорежущую сталь в 2,3 раза, твердый сплав в 1,7 раза, минералокерамику в 1,2 раза.

Эти материалы изотропны (одинаковая прочность в различных направлениях), обладают микротвердостью близкой к твердости алмаза, повышенной теплостойкостью, высокой теплопроводностью и химической инертностью по отношению к углероду и железу.

получили название «композит» - Чистовая и получистовая обработка закалённых сталей и чугунов любой твёрдости, фрезерование точение и растачивание сталей и сплавов на основе меди, резание по литейной корке. При этом период стойкости инструментов возрастает в десятки раз по сравнению с другими инструментальными материалами.

28. Как определяется коэффициент обрабатываемости материала заготовки, какие приняты эталонные материалы, примеры значений для основных групп конструкционных материалов?

Обрабатываемость - технологическое свойство материала заготовки определяет возможность достижения заданных технических и технологических требований при минимальной стоимости и необходимой производительности механической обработки резанием.         можно оценить: качеством обработанной поверхности; стойкостью режущего инструмента; силы, возникающие при резании; допустимая скорость механической обработки; тип стружки; условия ее отвода из зоны резания

       достоверный метод оценки обрабатываемости материала - определение опытным путем по комплексу показателей. Это позволяет подобрать материал, удовлетворяющий эксплуатационным требованиям, обеспечивающий миним стоимость мех обработки.        Производительность и себестоимость обработки зависят от допустимой скорости резания, поэтому это основной показатель. Лучшей обрабатываемостью обладает тот материал, который допускает более высокую скорость резания. оценивают коэффициентом относительной обрабатываемости: K_q = q/q_э,  где q_э -скорость резания эталонного материала для получения определенного периода стойкости инструмента Т; q - значение скорости резания рассматриваемого материала необходимое для получения того же периода стойкости.

       K_q для конкретных материалов при работе разными инструментами могут отличаться. Это связано с стружкообразования, стружкоотвода, возникновением вибрации и др.             В качестве эталона обрабатываемости для углеродистых и низколегированных сталей - сталь45 после нормализации или отжига. Для высоколегированных сталей и сплавов на основе никеля и титана -  сталь12Х18Н10Т, для чугуна - серый чугун СЧ20, алюминиевых сплавов - дюралюминий Д16, меди и ее сплавов - бронза БрА9Ж9, магниевых сплавов -МЛ5..        

обрабатываемость магния и его сплавов. наиболее высокой обрабатываемостью. Скорость износа инструмента очень низкая, так как магний и его сплавы имеют низкую температуру плавления. Температура на поверхности раздела инструмент - заготовка низкая, поэтому токарную обработку можно проводить со скоростями резания 20 м/с и более. можно применять стальные или твердосплавные инструменты, качество поверхности хорошее при низких и высоких скоростях обработки. Недостатком обрабатываемости магния является воспламеняемость мелкой стружки

Обрабатываемость алюминия и его сплавов. хорошая, так как температура плавления алюминия низкая, и возникающая при резании температура не достигает высоких значений. Высокая стойкость инструмента может быть получена при обработке большинства алюминиевых сплавов со скоростями резания до 10 м/с твердосплавными инструментами и 5 м/с инструментами из быстрорежущей стали. Высокий износ инструмента является проблемой только при обработке силумина, в котором имеются твердые зерна кремния размером до 70 мкм. снижают допустимую скорость резания (1,6 м/с). Основной проблемой, является отвод стружки из зоны резания. При точении алюминия образуется прочная сливная стружка, которая опутывает резец. Обрабатываемость меди и ее сплавов. Силы резания, очень велики. вызваны большой площадью контакта приводящей к толстой стружке. По этой причине медь труднообрабатываемый материал. при сверлении вызывают разрушение сверла. проблемами являются низкое качество обработанной поверхности и высокая прочность сливной стружки, трудно удалимая. Обрабатываемость улучшена за счет холодного пластического деформирования и легирования. вводят свинец 2…9 % по массе. образуется тонкая стружка, легко уборк, скорость износа уменьшается.

Обрабатываемость технически чистого железа и его сплавов. Теплота, выделяющаяся при обработке становится ограничением на скорость съема металла, работу инструмента и, на стоимость обработки. плохой обрабатываемостью.

Обрабатываемость конструкционных сталей в значительной степени зависит от способа выплавки и технологии последующей обработки. Конверторные стали, отличающиеся высоким содержанием серы и фосфора, обрабатываются лучше. Обрабатываемость спокойных сталей с контролируемым размером зерна выше, чем кипящих и полуспокойных. Холоднокатаная углеродистая сталь с углеродом до 0,3% лучше обрабатываемость, чем горячекатаная.

Низко- и среднеуглеродистые стали должны иметь структуру феррита и пластинчатого перлита. Высокоуглеродистые стали всегда должны иметь структуру зернистого перлита, и пофиг на увеличение шероховатости обработанной поверхн.

В легированных и быстрорежущих легирующих элементов много, что ухудшает обрабатываемость и увеличивает шероховатость обработанной поверхности. Наилучшей структурой является зернистый перлит с равномерно распределенными мелкими карбидами  проковка заготовок со сфероидизирующим отжигом.

Пониженная обраб коррозионностойких, жаростойких, жаропрочных сталей. стали аустенитного класса с высокой степенью упрочнения при превращении срезаемого слоя в стружку. Все жаропрочные стали и сплавы низкой теплопроводности, что затрудняет отвод теплоты из зоны резания, повышает изнашивание инструмента. Обрабатываемость коррозионностойких улучшена отжигом и отпуском  выделение из твердого раствора карбидов, снижающих предел прочности. жаропрочных деформируемых сплавов на никелевой основе возрастает после закалки, из-за растворения высокодисперсных соединений.

Обрабатываемость чугунов зависит от количества и формы содержащегося в них углерода. Чем больше связанного углерода, тем обрабатываемость хуже. обрабатываемость чугуна с шаровидным графитом выше, чем с пластинчатым, что связано с более высокой пластичностью высокопрочного чугуна и образованием при резании суставчатой стружки. Обрабатываемость ухудшается при повышении содержания фосфора и при наличии молибдена, марганца, хрома, связывающих углерод и способствующих образованию карбидов. Повысить обрабатываемость - термической обработкой: графитизирующим отжигом и отжигом, сфероидизирующим графит.

Обрабатываемость титановых сплавов. Коэффициент теплопроводности в 5 - 6 раз меньше, чем, у углеродистой стали40. приводят к высоким температурам резания. не склонны к наростообразованию, хуже обрабатываются заготовки с литой макроструктурой, и с примесями азота, кислорода и водорода. Допустимая скорость резания при точении ниже, чем при механической обработке заготовок с деформированной макроструктурой и с меньшим содержанием примесей. термической обработкой не удается повысить обрабатываемость, полученных ковкой или прокаткой.