Сверхтвердые материалы

К инструментальным сверхтвердым материалам относятся алмазы и материалы на основе кубического нитрида бора. Различают природные (А) и синтетические (АС) алмазы. Алмаз является самым твердым из известных инструментальных материалов. Он обладает высокой износостойкостью, хорошей теплопроводностью, малыми коэффициентами линейного и объемного расширения, небольшим коэффициентом трения и малой адгезионной способностью к металлам, за исключением железа и стали. Однако прочность алмаза невелика. Твердость и прочность алмаза различная в разных направлениях. Обрабатываемость алмаза легче в направлении, параллельном граням кристалла, так как в этом направлении атомы наиболее удалены друг от друга. Теплостойкость алмаза характеризуется тем, что при температуре около 800 °С в обычных условиях он начинает превращаться в графит. Вместе с тем алмаз обладает наиболее высокой абразивной способностью по сравнению с другими абразивными материалами. К недостаткам алмаза относится его способность интенсивно растворяться в железе и его сплавах при температуре 750...800 °С. Алмазные инструменты характеризуются высокой производительностью и стойкостью. Они наиболее эффективно применяются при обработке твердых сплавов, цветных металлов и их сплавов, титана и его сплавов, а также пластмасс. При этом обеспечиваются высокая точность размеров и качество поверхности.

В природе чаще всего встречаются агрегатные разновидности алмаза: борт, карбонадо и баллас. К борту относятся все зернистые и неправильные сростки кристаллов алмазов, часто без признаков граней и ребер.

К карбонадо относятся тонкозернистые, плотные или несколько пористые агрегаты буровато-черного цвета. Синтетические алмазы могут быть различных марок, которые отличаются между собой прочностью, хрупкостью, удельной поверхностью и формой зерен.


В порядке возрастания прочности, снижения хрупкости и удельной поверхности шлифовальные порошки из синтетических алмазов располагаются так: АС2 (АСО), АС4 (АСР), АС6 (АСВ), АС15 (АСЮ> АС32 (АСС). Зерна АС2 хорошо удерживаются в связке и рекомендуются для изготовления инструментов на органической связке. Зерна АС4 предназначены в основном для изготовления различного инструмента на металлической и керамической связках, АС6 — для изготовления инструмента на металлических связках, работающего при повышенных удельных давлениях; АС 12 — для обработки камня и других твердых материалов; АС32 — для правки абразивных кругов, обработки корунда, рубина и других особо твердых материалов.

Из природных алмазов микропорошки марок AM и АН, а из синтетических — ACM и АСН. Микропорошки AM и ACM нормальной абразивной способности предназначены для изготовления абразивного- инструмента, которым обрабатывают твердые сплавы и другие твердые и хрупкие материалы, а также детали из стали, чугуна, цветных металлов при необходимости получения высокой чистоты поверхности.

Микропорошки АН и АСН, имеющие повышенную абразивную способность, рекомендуются для обработки сверхтвердых, хрупких, труднообрабатываемых материалов. Зернистость порошков обозначается дробью, числитель которой, соответствует наибольшему, а знаменатель — наименьшему размеру зерен основной фракции. С целью повышения эффективности работы алмазного абразивного инструмента применяют алмазные зерна, покрытые тонкой металлической пленкой. В качестве покрытий используют металлы с хорошими адгезионными и капиллярными свойствами по отношению к алмазу — медь, никель, серебро, титан и их сплавы. Покрытие повышает сцепление зерен со связкой, способствует отводу тепла из зоны резания, обеспечивает возможность ориентации зерен в магнитном поле при изготовлении инструмента. При обозначении порошка с покрытием к его марке добавляется буква М. В промышленности используются также поли кристаллические синтетические алмазы типа баллас (АСБ) и карбонадо (АСПК) значительных размеров, что позволяет использовать их для изготовления лезвийных инструментов — резцов, торцевых фрез и др. Дальнейшее развитие сверхтвердые материалы получили в виде двухслойных пластин, состоящих из твердосплавного основания и нанесенного на него слоя поликристаллов сверхтвердых материалов.

Широкое распространение в промышленности получили синтетические сверхтвердые материалы на основе кубического нитрида бора. Этот материал создан человеком. В природе он неизвестен. Кубический нитрид бора имеет кристаллическую решетку, аналогичную решетке алмаза. В отличие от алмаза В кубическом нитриде бора сочетается высокая твердость с химической инертностью к железу. Благодаря этому кубический нитрид бора весьма эффективен при обработке стальных деталей. Теплостойкость кубического нитрида бора значительно превосходит теплостойкость алмаза. Он не теряет режущих свойств при нагреве до 1300..,1500 °С. Из шлифпорошков и микропорошков кубического нитрида бора изготовляются круги, предназначенные для обработки конструкционных и быстрорежущих сталей.

Отечественная промышленность выпускает гамму поли кристаллических сверхтвердых синтетических материалов на основе нитрида бора, объединенных общим названием «композиты». Наиболее широкое применение нашли композит 01 (эльбор-Р), композит 10 (гекса- нит-Р) и композит 05. В меньших объемах выпускаются также композит 02 (белбор), 03 (исмит) и 09 (ПТНБ). Испытания показали, что резцы из композитов 01, 02, 03 по эксплуатационным свойствам практически не отличаются друг от друга. Они применяются при непрерывной тонкой и чистовой обработке закаленных сталей, высокопрочных чу- гунов и некоторых труднообрабатываемых сплавов. Однако они обладают повышенной хрупкостью, что делает невозможным их применение в условиях ударных нагрузок. Инструменты из композитов 09 и 10 более устойчивы к удару, эффективны при обработке е тяжелыми режимами и ударными нагрузками закаленных сталей и чугунов. Применение сверхтвердых синтетических материалов оказывает существенное влияние на технологию машиностроения, открывая перспективу замены во многих случаях шлифования точением и фрезерованием.

 

 

Смотрите также