СИНТЕТИЧЕСКИЕ СВЕРХТВЕРДЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ПОКРЫТИЯ

Синтетические сверхтвердые материалы

Согласно классификации, все сверхтвердые лезвийные материалы на основе плотных модификаций нитрида бора являются композитами. В зависимости от технологии получения, физикомеханических свойств, условий применения они разбиты на определенные группы. Наиболее широкое применение в отечественной металлообработке нашли композит 01 (эльбор-Р), композит 03 (исмит), композит 05, композит 09 (ПТНБ), однослойный и двухслойный композит 10 (гексанит-Р).

Аналогичные и подобные инструментальные материалы на основе модификации кубического нитрида бора (КНБ) созданы и находят применение во многих индустриально развитых странах, причем их применение неуклонно расширяется.

Перечисленные инструментальные материалы отличает высокая твердость, тепловая устойчивость и химическая инертность к черным металлам, т.е. все то, что делает эти прогрессивные инструментальные материалы весьма эффективными на операциях точения, растачивания и торцового фрезерования как гладких, так и прерывистых точных поверхностей деталей основного машиностроительного назначения.

Высокая эффективность применения инструментов, оснащенных поликристаллами композитов, обусловлена уникальным сочетанием их физико-химических характеристик, в числе которых исключительно высокая твердость, высокая теплостойкость и теплопроводность, близкая к теплопроводности твердых сплавов и не снижающаяся при повышении температуры (табл. 6.1). Поли- кристаллический кубический нитрид бора имеет износостойкость в 50 раз выше, чем твердый сплав, и в 10 — 25 раз выше, чем оксидная или нитридная керамика. Данные композиты сохраняют свою прочность при высоких температурах, типичных для обработки закаленных черных металлов с относительно высокой интенсивностью съема материала. Эти инструментальные материалы вступают в химическую реакцию с черными металлами на воздухе и при высокой температуре, что обусловливает их определенные преимущества по сравнению с алмазами и другими традиционными инструментальными материалами.

Области применения различных марок композитов определяются размерами поликристаллов и их физико-механическими характеристиками. Несмотря на разнообразие марок композиты не создают между собой конкуренции, а успешно дополняют друг друга. Имеются нормативные документы, каталоги, методические рекомендации и справочная литература, в которых достаточно полно и широко описаны основные свойства композитов.

Так, композиты 01 и 02 применяют для тонкого и чистового точения, преимущественно без ударных нагрузок, деталей из черных металлов любой твердости; композит 03 — для предварительного и окончательного точения чугунов любой твердости; композит 05 — для чистового и получистового точения без ударных нагрузок закаленных сталей и чугунов любой твердости, для торцового фрезерования чугунов; композит 10 — для предварительного и окончательного точения (растачивания) с ударными нагрузками и без них сталей и чугунов любой твердости, для торцового фрезерования закаленных сталей и чугунов.

В настоящее время освоено промышленное производство композитов на основе нитрида бора с различными свойствами, причем каждый тип инструментального материала обладает преимуществами при определенных условиях обработки.

Существует четыре основные группы материалов, эффективно обрабатываемых модификациями кубического нитрида бора:

  • • отбеленный чугун; легированный никелем или хромом белый чугун (50...65 HRC);
  • • закаленные стали и детали с поверхностной закалкой (50... 65 HRC);
  • • некоторые упрочняемые сплавы (38 HRC);
  • • некоторые марки серого чугуна (200...220 НВ).

Таблица 6.1

Свойства композитов на основе плотных модификаций нитрида бора (по ТУ 2-035-982-85)

Марка

композита

Предел

прочности

при

растяжении о„, МПа

Предел прочности при сжатии осж, МПа

Твердость HV, МПа

Теплостойкость, “С

Композиты 01 и 02

400... 500

3 000

75 000... 80 000

1 100... 1 300

Композиты 05 и 06

450... 500

3 500

60 000... 70000

Композит 09

700... 1 000

5 000

70 000...80 000

1 100

Композит 10

700... 1 000

4 500

60 000...65 000

1 100

При обработке черных металлов твердостью свыше 45 HRC широко применяют черновое и чистовое точение с помощью композитов взамен шлифования. Такие металлы, ввиду недостаточно высокой стойкости традиционных инструментальных материалов, неэффективно обрабатывать, например, твердыми сплавами или режущими керамическими материалами. Использование для этих целей шлифования кругами из электрокорунда представляет собой довольно длительный процесс, характеризующийся низкой интенсивностью съема металла и быстрым износом круга, что ограничивает производительность.

Развитие конструкции инструментов, оснащенных искусственными сверхтвердыми материалами, идет по двум основным направлениям — создание инструментов с механическим креплением цельных, многослойных круглых и многогранных режущих пластин, а также применение перетачиваемых режущих вставок, когда конструкция с механическим креплением пластин практически невозможна.

Твердость синтетического алмаза составляет приблизительно 90... 100 ГПа. Его применяют для изготовления алмазных сверл, резцов, буровых колонок и инструментов для бурения наиболее твердых пород, а также для изготовления наконечников к приборам для измерения твердости и чистоты поверхности.

Наиболее благоприятными условиями для синтеза алмазов является давление 4...6 ГПа и температура 1 125... 1 325°С.

Получать крупные режущие пластины композитов технически достаточно сложно, так как это связано с очень высокой температурой и давлением, которые необходимы для синтеза этих материалов. Поэтому чаще используют более простые по технологии получения инструменты с напайными пластинами из композитов, которые могут перетачиваться несколько раз.

Дальнейшее развитие конструкции режущих инструментов, оснащенных лезвийными сверхтвердыми материалами, идет по направлению расширения возможностей композитов и их применения в условиях автоматизированного производства. Резцы из композитов широко применяют для обработки деталей различной конфигурации на токарных, токарно-револьверных станках, станках расточной группы, а также на многоцелевых станках. Эффективное использование инструментов достигается на жестких высокоточных станках повышенной мощности. Такое оборудование должно обладать достаточной жесткостью, поскольку при точении и растачивании инструментами из композитов имеют место относительно большие силы резания. Вибрации оборудования не допускаются, так как это не только ухудшает шероховатость обрабатываемой поверхности, но и в ряде случаев является причиной выкрашивания режущих кромок. Высокая стойкость и относительно малый износ инструментов из композитов имеют важное значение при обработке на автоматизированных токарных станках, так как число замен инструментов заметно сокращается, а заданные размеры обрабатываемой детали выдерживаются без частого вмешательства оператора. Если загрузку и выгрузку деталей осуществляет робот, то инструменты, оснащенные модификациями композитов вполне пригодны для обработки в условиях безлюдной технологии.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >