Поликристаллические сверхтврдые материалы на основе нитрида бора
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ
Режущие кромки инструментов в процессе работы подвергаются действию высоких давлений, температур, абразивных воздействий. Поэтому материалы режущих элементов должны обладать высокой твёрдостью (HRC 60-65), теплостойкостью, износостойкостью, вязкостью.
Для изготовления металлорежущих инструментов используют:
-инструментальные стали
Середина 19 века
1. Углеродистые стали (0,65-1,35 % углерода, закалка при температуре 760…820 ̊ и отпуск при температуре 150…160˚ для устранения хрупкости). Твёрдость 62..65 HRC, но теплостойкость низка 200…250 ̊, невысокая и неравномерная по сечению прокаливаемость, повышенная чуствительность к перегреву, высокое поверхностное обезуглероживание.
У 7, … У 10 – зубила, отвертки, ножи, пилы
У 11, … У 13 – метчики, напильники
Буква А для высококачественных сталей, полученных в электропечах (сокращено содержание серы и фосфора).
Конец 19 века
2. Легированные стали (ступенчатая закалка с температурой 800…870 ̊ и отпуск при 170…190 ˚) содержат в составе один или несколько из следующих элементов – хром, марганец, вольфрам, кремний, ванадий
Теплостойкость 250…350 ̊
Скорость резания 15 – 25 м/мин
Х, 9ХС, ХВГ, В1 - свёрла, метчики, развёртки, протяжки
Начало 20 века
3. Быстрорежущие стали содержат в качестве легирующих элементов вольфрам, хром, ванадий, молибден, образующие после термической обработки устойчивые карбиды, имеют самый высокий из всех инструментальных материалов предел прочности на изгиб (2800…3600 МПа) и самую высокую ударную вязкость, поэтому они конкурируют с твёрдыми сплавами и превосходят их в условиях резания при динамических нагрузках и с большими сечениями среза.
|
|
|
Теплостойкость 650 ̊, твёрдость 65 HRC, скорость резания до 100 м/мин.
Способы получения:
- методом порошковой металлургии путём распыления жидкой стали в струе аргона с получением мелкозернистого порошка, который затем подвергается спеканию с последующей горячей пластической деформацией;
- дисперсионно-твердеющие сплавы – материалы с интермелоидным упрочнением. Они образуются путём соединения кобальта с вольфрамом или молибденом.
Р 9, Р 18 - (вольфрам 18%) - нормальной производительности
Р 6 М 5, Р18 К5 Ф2 (вольфрам + кобальт + ванадий) - повышенной производительности
Е годы 20 века
- твёрдые сплавы обладают высокой твёрдостью 72…74 HRC , теплостойкостью 800…900 ˚, что позволяет работать твердосплавными инструментами со скоростями резания 100 … 130 м/мин. В отличие от углеродистых, легированных и быстрорежущих сталей, основу которых составляет железо, в твёрдых сплавах железо присутствует лишь в виде вредной примеси. Они состоят из смеси особо твёрдых карбидов, сцементированных кобальтом, и изготовляются прессованием соответствующих смесей металлических порошков в прессформах под большим давлением с последующим или одновременным спеканием при температуре размягчения кобальта (около 1500 ̊).
|
|
|
Первыми появились металлокерамические сплавы на основе карбидов вольфрама (однокарбидные сплавы ВК 6 - 6% кобальта, остальное карбид вольфрама.
Позднее появились сплавы на основе карбидов титана и вольфрама (двухкарбидные Т5К10 – 5% карбида титана, 10% кобальта, остальное карбид вольфрама).
Затем на основе карбидов тантала, титана и вольфрама с добавлением ниобия или без него появились трёхкарбидные сплавы ТТ7К12.
В самое последнее время для получения металлокерамических твердых сплавов начали использовать так же карбиды гафния.
Обладают повышенной хрупкостью, малой прочностью на изгиб и растяжение, однако покрытие нитридом титана повышает стойкость в 2 …5 раз.
Е годы 20 века
- минералокерамические твёрдые сплавы созданы в Советском Союзе на основе окиси алюминия. Режущая керамика обладает очень высокой твёрдостью 90…94 HRC, и теплостойкостью до 1200˚, повышенной скоростью резания больше 200м/мин (до 5400 м/мин, стр. 84), нет адгезии, однако низкая вязкость, теплопроводность, предел прочности на изгиб.
|
|
|
Получают прессованием исходного порошкового сырья и последующего спекания. ЦМ-332
- керметы (керамико-металлические сплавы) получаются путём добавления в окись алюминия карбидов титана, молибдена, ванадия, вольфрама.
Стойкость резцов из керметов выше в 1,5-3 раза минералокерамических и в 2..4 раза твердосплавных. Керметы химически инертны к железу и углероду и поэтому не подвержены диффузионному износу. Нарост при резании сталей керметами не образуется, обеспечивается более высокое, чем при обработке твёрдым сплавом качество поверхности. Повышается производительность и стойкость инструмента, эти инструменты сравнительно дёшевы. ВОК 60, ВОК 63, Гексанит R – гексагональный графитоподобный нитрид бора).
- Алмазы – одна из аллотропных модификаций углерода, кристаллический углерод – характеризуется высокой износостойкостью, теплопроводностью, низким коэффициентом трения, малой адгезионной способностью к металлам, самое твёрдое вещество. Природные алмазы Аобладают свойством анизотропии (обрабатывают их в одном направлении, режут ими в другом).
|
|
|
Единицей измерения величины алмаза является карат, что составляет 0,2 г.
-С 1958 года в промышленном масштабе начали выпускаться искусственные алмазы. Они получаются из графита при давлении 56 000…126 000 атмосфер и температуре 1200…2400 ̊. Зерна искусственного алмаза весят не более 0,25 карата и применяются для изготовления абразивных инструментов.
Различают две группы синтетических алмазов:
- поликристаллы алмаза, получаемые в результате фазового перехода графита в алмаз, в присутствии катализаторов, при давлении и температуре, соответствующим области термодинамической стабильности алмаза АСПК, АСБ;
- поликристаллы алмаза, получаемые спеканием алмазных зерен, воздействуя на мелкий порошок из синтетических алмазов статическим давлением и температурой (методы порошковой металлургии) СВ, СВС, СВБН, дисмит, карбонит.
Поликристаллические сверхтврдые материалы на основе нитрида бора
В настоящее время нитрид бора известен в виде трёх самостоятельных модификаций:
- Гексагональный нитрид бора в виде слоистого графитоподобного вещества белого цвета был впервые синтезирован в 1842 году английским физиком Бальменем. Гексагональная решётка близка по своим параметрам к гексагональной решётке графита.
- Кубический нитрид бора получен в 1957 году Вентерфом в США и производился фирмой «Дженерал Электрик» под торговой маркой боразон.
- Вюрцитоподобный нитрид бора получен в 1965 году Ф.Банди и Р. Венторф
Кубический нитрид бора имеет:
- теплостойкость 1600 градусов;
- твёрдость 40 000…75 000 Н/мм² (в 2…4 раза выше, чем у твёрдых сплавов);
- теплопроводность 0,10 – 0,15 кал/(см*с*̊C);
- химическая инертность к соединениям железа с углеродом;
- способность режущей кромки к самозатачиванию (радиус округления кромки не превышает 20 … 40 мкм);
- достаточные вязкость и прочность, обеспечивающие надёжное и стабильное применение пластин при точении, фрезеровании, в том числе прерывистых поверхностей;
и имеет следующие модификации эльбор, белбор, истмит.
Стойкость пластин из КНБ примерно в три раза превосходит стойкость пластин из керамики и в 10 – 15 раз стойкость пластин из твёрдых сплавов
Дата добавления: 2021-01-21; просмотров: 55; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!