Acasă Traducător Materiale super-dure ale mărcii. Aliaje dure și superdure

Materiale super-dure ale mărcii. Aliaje dure și superdure

Materiale superdure (STM) - acestea includ diamante (naturale și sintetice) și materiale compozite pe bază de nitrură de bor cubică.

Diamant- una dintre modificările carbonului. Datorită structurii cubice a rețelei cristaline, diamantul este cel mai dur mineral cunoscut în natură. Duritatea sa este de 5 ori mai mare decât cea a unui aliaj dur, dar rezistența este scăzută și cristalele simple de diamant natural se sparg în fragmente mici atunci când sunt atinse sarcini critice. Prin urmare, diamantele naturale sunt utilizate numai în operațiunile de finisare, care se caracterizează prin sarcini de putere redusă.

Rezistența la căldură a diamantelor este de 700...800 °C (la mai mult temperaturi mari diamantul arde). Diamantele naturale au o conductivitate termică ridicată și cel mai scăzut coeficient de frecare.

Diamantul natural este desemnat prin literă A , sintetic - AC . Diamantele naturale sunt cristale individuale individuale și fragmentele lor, sau cristale și agregate intercrustate. Diamantele sintetice sunt obținute sub formă de pulberi cu granulație fină și sunt folosite pentru a face roți abrazive, paste și micropulberi. Un grup separat este format din diamante policristaline (PDA) ale mărcilor ASB (Ballas) și ASPK (Carbonado). Datorită structurii sale policristaline, PCD rezistă mult mai bine la încărcările de impact decât monocristalele de diamant și, în ciuda durității sale mai mici în comparație cu diamantul natural, are rezistențe mai mari la tracțiune și la forfecare transversală. Rezistența la impact a policristalelor de diamant depinde de mărimea granulelor de diamant și scade odată cu creșterea lor.

Diamantul are o afinitate chimică pentru materialele care conțin nichel și fier, așa că atunci când tăiați oțeluri pe bază de fier, suprafete de contact instrument diamantat, are loc o aderență intensă a materialului în curs de prelucrare. Carbonul care alcătuiește diamantul reacționează activ cu aceste materiale atunci când este încălzit. Acest lucru duce la uzura intensivă a sculei diamantate și limitează domeniul de aplicare al acesteia, prin urmare diamantele naturale sunt utilizate în principal pentru strunjirea fină a metalelor neferoase și a aliajelor care nu conțin carbon și fier. Cea mai eficientă utilizare a sculelor diamantate este în operațiunile de finisare și finisare la prelucrarea pieselor din metale neferoase și aliajele acestora, precum și din diverse materiale compozite polimerice. Scula poate fi folosită pentru strunjirea suprafețelor discontinue și pentru frezare, dar durabilitatea sa va fi mai scurtă decât la prelucrarea fără impact.

Material prelucrat	V, m/min	s, mm/tur	t, mm
Aliaje turnate de aluminiu	600…690	0,01…0,04	0,01…0,20
Aliaje aluminiu-magneziu	390…500	0,01…0,05	0,01…0,20
Aliaje de aluminiu rezistente la căldură	250…400	0,02…0,04	0,05…0,10
Duraluminiu	500…690	0,02…0,04	0,03…0,15
Bronz de staniu	250…400	0,04…0,07	0,08…0,20
Bronz cu plumb	600…690	0,025...0,05	0,02…0,05
Alamă		0,02…0,06	0,03…0,06
Aliaje de titan	90…200	0,02…0,05	0,03…0,06
Materiale plastice	90…200	0,02…0,05	0,05…0,15
Fibra de sticla	600…690	0,02…0,05	0,03…0,05

În multe cazuri, rezistența mai mare la uzură a frezelor din diamante sintetice, observată în practică, în comparație cu frezele din diamante naturale, se explică prin diferența dintre structurile acestora. La diamantul natural, crăpăturile apar pe muchia de tăiere, se dezvoltă și pot atinge dimensiuni semnificative. În PCD (diamantul sintetic), fisurile rezultate sunt oprite de limitele cristalelor, ceea ce determină rezistența la uzură a acestora mai mare, de 1,5...2,5 ori.

Un alt domeniu promițător de aplicare pentru PCD este prelucrarea materialelor greu de tăiat și care provoacă uzura rapidă a sculelor, cum ar fi plăci de particule, plăci de densitate medie cu un conținut ridicat de adeziv, acoperite cu rășină melaminică, hârtie decorativă laminată, precum precum si alte materiale.avand efect abraziv. Sculele cu PCD au o durabilitate la prelucrarea unor astfel de materiale care este de 200..300 de ori mai mare decât durabilitatea sculelor din carbură.

Uneltele PCD sub formă de inserții poliedrice înlocuibile au fost utilizate cu succes în prelucrarea materialelor polimerice. materiale compozite. Utilizarea lor face posibilă creșterea durabilității de 15...20 de ori față de sculele din aliaj dur.

Nitrură de bor cubică(KNB, BN ) nu se găsește în natură; se obține artificial din „grafit alb” la presiune ridicata x și temperaturile în prezența catalizatorilor. În acest caz, rețeaua hexagonală de grafit se transformă într-o rețea cubică, similară rețelei de diamant. Fiecare atom de bor este conectat la patru atomi de azot. Din punct de vedere al durității, CBN este oarecum inferior diamantului, dar are o rezistență mai mare la căldură, ajungând la 1300...1500 °C, și este practic inert față de carbon și fier. Ca și diamantul, CBN are fragilitate crescută și rezistență scăzută la îndoire.

Există mai multe mărci de CBN, grupate în grupul „compozite”. Soiurile de CBN diferă între ele în mărime, structură și proprietăți ale boabelor, compoziția procentuală a liantului, precum și tehnologia de sinterizare.

Cele mai utilizate compozite sunt: compozitul 01 (elbor-R), compozitul 05, compozitul 10 (hexanit-R) și compozitul 10D (plăci cu două straturi cu un strat de lucru de hexanit R). Dintre acestea, cel mai puternic este compozitul 10 ( σ și = 1000...1500 MPa), prin urmare este utilizat pentru sarcini de șoc. Alte compozite sunt utilizate pentru finisarea fără impact a oțelurilor întărite, a fontelor de înaltă rezistență și a unor aliaje greu de tăiat. În multe cazuri, strunjirea cu compozite este mai eficientă decât procesul de șlefuire, deoarece, datorită conductivității sale termice ridicate, CBN nu provoacă arsuri atunci când se lucrează la viteze mari de tăiere și, în același timp, oferă o rugozitate scăzută a suprafeței.

Compozitele se folosesc sub formă de plăci mici de forme pătrate, triunghiulare și rotunde, fixate de corpul sculei prin lipire sau mecanic. Recent, s-au folosit și plăci din aliaj dur cu un strat de diamant compozit sau policristalin depus pe ele. Astfel de plăci multistrat au o rezistență mai mare, rezistență la uzură și sunt mai convenabile pentru fixare. Acestea vă permit să eliminați cotele de mare adâncime.

Rezerva principală pentru creșterea productivității de prelucrare pentru unelte bazate pe BN este viteza de tăiere (Tabelul 11.), care poate depăși viteza de tăiere a unei scule din carbură de 5 sau mai multe ori.

Tabelul 11. Vitezele de așchiere permise de diverse materiale de scule

Din tabel reiese clar că cea mai mare eficienta aplicarea de instrumente bazate pe BN apare la prelucrarea fontelor, oțelurilor și aliajelor cu dureri mari.

Una dintre posibilitățile de creștere a eficienței unui instrument bazat pe BN este utilizarea fluidelor de așchiere (lichide de răcire), care pentru unelte realizate din BN cel mai eficient este să le folosiți prin pulverizarea lor la viteze de tăiere de până la 90...100 m/min.

Un alt domeniu eficient de utilizare a sculelor echipate cu compozite policristaline este prelucrarea suprafețelor, care este folosită pentru consolidarea părților din producția metalurgică. Materialele sudate cu duritate foarte mare (până la HRC 60..62) sunt produse prin suprafața cu arc electric sau plasmă cu fire sau benzi cu miez de flux.

Domeniile de aplicare pentru viteza de tăiere și avans ale tuturor grupelor de materiale considerate pentru scule sunt prezentate aproximativ în Fig. 38.

Fig.38. Domeniul de aplicare a diferitelor materiale de scule în funcție de viteza de tăiere V și supunerea s .

1 – oteluri rapide; 2 – aliaje dure; 3 – aliaje dure cu acoperiri; 4 – ceramică nitrură; 5 – ceramică oxid-carbură (neagră); 6 - ceramică oxidică; 7 – nitrură de bor cubică.

Materialele sintetice superdure (SHM) utilizate pentru sculele cu lamă sunt modificări dense ale nitrurii de carbon și bor.

Diamantul și modificările dense ale nitrurii de bor, care au o distribuție tetraedrică a atomilor în rețea, sunt cele mai dure structuri.

Diamantul sintetic și nitrura de bor cubică sunt obținute prin sinteza catalitică și sinteza fără catalizator a modificărilor dense ale nitrurii de bor sub compresie statică.

Utilizarea diamantului și a nitrurii de bor pentru fabricarea sculelor cu lamă a devenit posibilă după ce acestea au fost obținute sub formă de formațiuni policristaline mari.

În prezent, există o mare varietate de STM bazate pe modificări dense ale nitrurii de bor. Ele diferă prin tehnologia lor de producție, structură și proprietăți fizice și mecanice de bază.

Tehnologia de producere a acestora se bazează pe trei procese fizice și chimice:

1) tranziția de fază a nitrurii de bor asemănătoare grafitului la cubic:

BN Gp ® BN Cub

2) tranziția de fază a nitrurii de bor wurtzite la cubic:

BNVtc ® BN Cub

3) sinterizarea particulelor BN Cub.

fizic unic și Proprietăți chimice(stabilitate chimică ridicată, duritate, rezistență la uzură) a acestor materiale se explică prin natura pur covalentă a legăturii atomilor din nitrura de bor, combinată cu localizarea ridicată a electronilor de valență în atomi.

Rezistența la căldură a unui material de sculă este caracteristica sa importantă. Gama largă de valori ale stabilității termice a BN (600–1450°C) date în literatură se explică atât prin complexitatea proceselor fizico-chimice care apar la încălzirea BN, cât și într-o oarecare măsură prin incertitudinea termenului „termic”. stabilitate” în raport cu STM.

Când se ia în considerare stabilitatea termică a STM-urilor policristaline bazate pe diamant și modificări dense ale nitrurii de bor (acestea sunt adesea compozite, iar cantitatea de liant din ele poate ajunge la 40%), trebuie luat în considerare faptul că stabilitatea lor termică poate fi determinată atât de stabilitatea termică a BN și a diamantului și prin modificări ale proprietăților liantului în timpul încălzirii și impurităților.

La rândul său, stabilitatea termică a diamantului și a BN în aer este determinată atât de stabilitatea termică a fazelor de înaltă presiune, cât și de rezistența lor chimică în condiții date, în principal în ceea ce privește procesele oxidative. În consecință, stabilitatea termică este asociată cu apariția simultană a două procese: oxidarea diamantului și modificările dense ale nitrurii de bor de către oxigenul atmosferic și o tranziție de fază inversă (grafitizare), deoarece acestea se află într-o stare de dezechilibru termodinamic.

Conform tehnologiei de producere a STM-urilor pe bază de diamante, acestea pot fi împărțite în două grupuri:

1) policristale de diamant obținute ca urmare a tranziției de fază a grafitului în diamant;

2) policristale de diamant obținute prin sinterizarea granulelor de diamant.

Cea mai comună dimensiune a granulelor este de aproximativ 2,2 microni și practic nu există boabe a căror dimensiune depășește 6 microni.

Rezistența ceramicii depinde de mărimea medie a granulelor și, de exemplu, pentru ceramica cu oxid scade de la 3,80–4,20 GPa la 2,55–3,00 GPa cu creșterea mărimii granulelor, respectiv, de la 2–3 la 5,8–6,5 µm.

Ceramica cu oxid de carbură are o distribuție și mai fină a granulelor, iar dimensiunea medie a granulelor de Al 2 O 3 este în general mai mică de 2 μm, iar dimensiunea granulelor de carbură de titan este de 1-3 μm.

Un dezavantaj semnificativ al ceramicii este fragilitatea sa - sensibilitatea la sarcinile mecanice și la șocuri termice. Fragilitatea ceramicii este evaluată prin coeficientul de rezistență la fisurare - K CU.

Coeficient de rezistență la fisurare K C, sau factorul de intensitate a tensiunii critice la vârful fisurii, este o caracteristică a rezistenței la rupere a materialelor.

Duritatea ridicată, rezistența și modulul de elasticitate, complexitatea prelucrării mecanice și dimensiunile mici ale probelor STM limitează aplicarea celor mai utilizate metode curente pentru determinarea coeficientului de rezistență la fisurare.

Pentru a determina coeficientul de rezistență la fisuri - K Cu STM, se utilizează metoda comprimării diametrale a unui disc cu o fisură și metoda de determinare a tenacității la rupere a ceramicii prin introducerea unui indentor.

Pentru a elimina fragilitatea ceramicii, au fost dezvoltate diverse compoziții de ceramică oxid-carbură.

Includerea dioxidului de zirconiu monoclinic ZrO 2 în ceramica pe bază de oxid de aluminiu îmbunătățește structura și, prin urmare, crește semnificativ rezistența acesteia.

Sculele echipate cu diamante policristaline (PCD) sunt concepute pentru finisarea metalelor și aliajelor neferoase, a materialelor nemetalice în locul sculelor din carbură.

Compozitul 01 și compozitul 02 - policristale din nitrură de bor cubică (CBN) cu o cantitate minimă de impurități - sunt utilizate pentru strunjirea fină și de finisare, în principal fără impact, și frezarea frontală a oțelurilor călite și a fontelor de orice duritate, aliaje dure (Co > 15%) cu adâncime de tăiere 0,05–0,50 mm (adâncime maximă de tăiere admisă 1,0 mm).

Compozitul 05 - sinterizat policristalin din granule CBN cu un liant - este utilizat pentru strunjirea preliminară și finală fără impact al oțelurilor întărite (HRC).< 60) и чугунов любой твердости с глубиной резания 0,05–3,00 мм, а также для торцового фрезерования заготовок из чугуна любой твердости, в т. ч. по корке, с глубиной резания 0,05–6,00 мм.

Compozit 10 și plăci cu două straturi din compozit 10D (compozit 10 pe un substrat de aliaj dur) - policristale pe bază de nitrură de bor asemănătoare wurtzitei (WNB) - sunt utilizate pentru strunjirea preliminară și finală cu și fără șoc și frezarea frontală a oțelurilor și turnate fier de călcat de orice duritate, aliaje dure (Co > 15%) cu o adâncime de tăiere de 0,05–3,00 mm, strunjire intermitentă (prezența găurilor, canelurilor și incluziunilor străine pe suprafața prelucrată).

Astfel, sculele STM pe bază de nitrură de bor și diamant au propriile lor domenii de aplicare și practic nu concurează între ele.

Uzura frezelor din compozitele 01, 02 si 10 este un proces complex cu predominanta fenomenelor adezive in timpul strunjirii continue.

Odată cu creșterea temperaturilor de contact în zona de tăiere peste 1000 ° C, rolul factorilor termici și chimici crește - se intensifică următoarele:

– difuzie;

– descompunerea chimică a nitrurii de bor;

– tranziție de fază α;

– uzura abraziv-mecanica.

Prin urmare, la strunjirea oțelurilor la viteze de 160–190 m/min, uzura crește brusc, iar la v > 220 m/min devine catastrofală, aproape indiferent de duritatea oțelului.

În timpul strunjirii intermitente (cu impact), predomină uzura abraziv-mecanică cu ciobirea și ruperea particulelor individuale (granule) din materialul sculei; rolul șocului mecanic crește odată cu creșterea durității matricei materialului prelucrat și a conținutului volumic de carburi, nitruri etc.

Cea mai mare influență asupra uzurii și durabilității tăietorilor în timpul strunjirii continue a oțelurilor este viteza de așchiere, la strunjirea cu impact - viteză și avans, la strunjirea fontei - avans, iar prelucrabilitatea fontei maleabile este mai mică decât cea a cenușii și fontă de înaltă rezistență.

Comandă de lucru

1. Studierea calităților și compoziției chimice a oțelurilor și aliajelor, clasificarea oțelurilor după metoda și scopul de fabricație în funcție de conținutul de crom, nichel și cupru, cerințele de macrostructură și microstructură, standardizarea călibilitatii. Acordați atenție procedurii de selectare a probelor pentru a verifica duritatea, microstructura, adâncimea stratului decarburat, calitatea suprafeței și fractura.

2. Investigați microstructura probelor de oțel U10. Evaluați microstructura oțelului tratat termic examinându-l sub un microscop MI-1. Capturați microstructura în computer și imprimați-o.

Când scrieți un raport, trebuie să furnizați o scurtă descriere fundamente teoretice structura, proprietățile materialelor pentru sculele de tăiere din oțeluri carbon pentru scule, oțeluri rapide, aliaje dure, superdure și materiale ceramice. Furnizați fotografii ale microstructurii oțelului U10 obținute în timpul examinării la microscopul MI-1; indicați modul de tratament termic și componentele structurale în legendă. Rezultatele măsurătorilor parametrilor principali ai mai multor incluziuni ale oțelului luat în considerare sunt incluse în tabel. 3.19.

Tabelul 3.19

Întrebări de control

1. Clasificarea materialelor pentru sculele așchietoare.

2. Structura și proprietățile oțelurilor carbon pentru scule.

3. Structura și proprietățile oțelurilor matrițe.

4. Structura și proprietățile oțelurilor de mare viteză.

5. Structura și proprietățile aliajelor de scule dure și superdure.

6. Structura și proprietățile materialelor ceramice pentru scule.

7. Structura oțelurilor carbon pentru scule.

8. Proprietăți de bază pe care ar trebui să le aibă un material pentru scule de tăiere.

9. Rezistența la uzură și rezistența la căldură a sculelor de tăiere.

10. Ce determină temperatura de încălzire a tăișului sculelor?

11. Compoziția chimică și moduri tratament termic cele mai frecvent utilizate oţeluri pentru scule.

12. Călibilitatea oțelurilor carbon, scorul de călire, distribuția durității.

13. Influența conținutului de carbon asupra proprietăților oțelurilor carbon pentru scule.

14. Cum se determină temperatura de revenire a sculelor?

15. Duritatea la cald și rezistența roșie a oțelului de mare viteză.

16. Duritatea reversibilă și ireversibilă a oțelurilor de mare viteză.

17. Cum este creată structural rezistența roșie a oțelurilor de mare viteză?

18. Cum este caracterizată soliditatea roșie, denumirea sa.

19. Moduri de tratament termic pentru unelte din oțel de mare viteză, tratament la rece, revenire multiplă.

20. Oteluri pentru stampile la cald, rezistenta lor la caldura, rezistenta la caldura, tenacitate.

21. Temperaturi de funcționare pentru sculele de tăiere din aliaje dure.

22. Duritatea aliajelor dure metal-ceramice, cum se determină?

23. Oteluri folosite pentru sculele cu lama.

24. Ce explică proprietățile fizice și chimice unice (rezistență chimică ridicată, duritate, rezistență la uzură) ale materialelor sintetice superdure?

25. Un dezavantaj semnificativ al ceramicii.

26. Cum se evaluează fragilitatea ceramicii?

Lucrări de laborator № 4

Cercetarea dependenței

compozitie – structura – proprietati Pentru fonte

Scopul lucrării: studiul structurii, compoziției și proprietăților fontei brute și a fontei pentru construcții de mașini; clasificarea si aplicarea acestora.

Materiale si echipamente: colecție de secțiuni negravate din fontă; complex metalografic, inclusiv un microscop optic MI-1, camera digitala Nikon Colorpix-4300 cu adaptor foto; gravant (soluție 4% de HNO3 în alcool).

Partea teoretică

Fontă sunt numite aliaje fier-carbon care conțin mai mult de 2,14% carbon și impurități permanente - siliciu, mangan, sulf și fosfor.

Fontele au mai mici proprietăți mecanice decât oțel, deoarece conținutul crescut de carbon în ele duce fie la formarea unui eutectic dur și fragil, fie la apariția carbonului liber sub formă de incluziuni de grafit de diferite configurații, încălcând continuitatea structurii metalice. Prin urmare, fontele sunt folosite pentru fabricarea pieselor care nu suferă sarcini semnificative de tracțiune și impact. Fonta este utilizată pe scară largă în inginerie mecanică ca material de turnare. Cu toate acestea, prezența grafitului oferă fontei o serie de avantaje față de oțel:

– sunt mai ușor de prelucrat prin tăiere (se formează așchii fragile);

– au proprietăți anti-fricțiune mai bune (grafitul asigură o lubrifiere suplimentară a suprafețelor de frecare);

– au rezistență mai mare la uzură (coeficient de frecare scăzut);

– fontele nu sunt sensibile la concentratoarele de tensiuni externe (caneluri, gauri, defecte de suprafata).

Fontele au o fluiditate ridicată, umplu bine matrițele și au o contracție scăzută, motiv pentru care sunt folosite pentru realizarea de piese turnate. Piesele din fontă turnată sunt mult mai ieftine decât cele realizate prin tăierea din profile de oțel laminate la cald sau din forjare și ștanțare.

Compoziția chimică și, în special, conținutul de carbon nu caracterizează suficient de fiabil proprietățile fontei: structura fontei și proprietățile sale de bază depind nu numai de compoziția chimică, ci și de procesul de topire, de condițiile de răcire ale regimul de turnare si tratament termic.

Carbonul din structura fontei poate fi observat sub formă de grafit și cementit.

În funcție de starea carbonului, fontele sunt împărțite în două grupe:

1) fonte în care tot carbonul este în stare legată sub formă de cementită sau alte carburi;

2) fonte în care tot sau o parte din carbon este în stare liberă sub formă de grafit.

Primul grup include fonta albă, iar al doilea grup include fonta gri, maleabilă și de înaltă rezistență.

În funcție de scopul lor, fonta este împărțită în:

1) pentru conversie;

2) inginerie mecanică.

Cele de conversie sunt utilizate în principal pentru producția de oțel și fontă maleabilă, iar cele de construcție de mașini sunt utilizate pentru producția de piese turnate în diverse industrii: fabricarea de automobile și tractoare, construcția de mașini-unelte, inginerie agricolă etc.

Fontă albă

În fonta albă, tot carbonul se află într-o stare legată chimic (sub formă de cementită), adică se cristalizează, la fel ca oteluri carbon, conform diagramei metastabile Fe – Fe 3 C. Și-au luat numele de la culoarea alb-mat specifică a fracturii, datorită prezenței cementitei în structură.

Fonta albă este foarte fragilă și dură, greu de îndoit prelucrare sculă de tăiere. Fontele albe pure sunt rareori folosite în inginerie mecanică; ele sunt de obicei prelucrate în oțel sau folosite pentru a produce fontă maleabilă.

Structura fontei albe la temperatura normală depinde de conținutul de carbon și corespunde diagramei stării de echilibru „fier-cementită”. Această structură se formează ca urmare a răcirii accelerate în timpul turnării.

În funcție de conținutul de carbon, fontele albe se împart în:

1) hipoeutectic, conţinând de la 2 la 4,3% carbon; constau din perlit, cementit secundar si ledeburit;

2) eutectice, care conțin 4,3% carbon, constau din ledeburit;

3) eutectici, care conțin de la 4,3 la 6,67% carbon, constau din perlit, cementit primar și ledeburit.

a B C

Orez. 4.1. Microstructură din fontă albă, × 200:

A– hipoeutectic (ledeburit, perlita + cementit secundar);

b– eutectic (ledeburit);

V– hipereutectic (ledeburit + cementit primar)

Perlitul din fontă albă este observat la microscop sub formă de boabe întunecate, iar ledeburitul este observat sub formă de secțiuni separate de colonii. Fiecare astfel de zonă este un amestec de granule mici de perlită închisă, rotunjite sau alungite, distribuite uniform într-o bază de cementită albă (Fig. 4.1, A). Cementitul secundar se observă sub formă de boabe ușoare.

Odată cu creșterea concentrației de carbon în fonta hipoeutectică, proporția de ledeburit în structură crește datorită scăderii suprafețelor structurii ocupate de perlit și cementită secundară.

Fonta eutectică constă dintr-o componentă structurală - ledeburit, care este un amestec mecanic uniform de perlit și cementit (Fig. 4.1, b).

Structura fontei hipereutectice este formată din cementită primară și ledeburită (Fig. 4.1, V). Odată cu creșterea carbonului, cantitatea de cementită primară din structură crește.

Informații conexe.

Una dintre direcțiile de îmbunătățire a proprietăților de tăiere ale sculelor, care face posibilă creșterea productivității muncii în timpul prelucrării, este creșterea durității și rezistenței la căldură a materialelor sculelor. Cele mai promițătoare în acest sens sunt diamantele și materialele sintetice superdure pe bază de nitrură de bor.

Diamante și unelte cu diamante utilizat pe scară largă în prelucrarea pieselor din diverse materiale. Diamantele se caracterizează prin duritate și rezistență la uzură excepțional de ridicate. În ceea ce privește duritatea absolută, diamantul este de 4-5 ori mai dur decât aliajele dure și de zeci și sute de ori mai mare decât rezistența la uzură a altor materiale de scule atunci când se prelucrează aliaje neferoase și materiale plastice. În plus, datorită conductivității lor termice ridicate, diamantele elimină mai bine căldura din zona de tăiere, ceea ce ajută la asigurarea producției de piese cu o suprafață fără arsuri. Cu toate acestea, diamantele sunt foarte fragile, ceea ce le limitează foarte mult domeniul de aplicare.

Principala aplicație pentru fabricarea sculelor de tăiere este diamante artificiale, care în proprietățile lor sunt aproape de naturale. La presiuni si temperaturi ridicate in diamantele artificiale se poate obtine aceeasi aranjare a atomilor de carbon ca si in cele naturale. Greutatea unui diamant artificial este de obicei de 1/8-1/10 carate (1 carat - 0,2 g). Datorită dimensiunii reduse a cristalelor artificiale, acestea nu sunt potrivite pentru fabricarea de unelte precum burghie, freze și altele și, prin urmare, sunt utilizate la fabricarea de pulberi pentru roți de șlefuit diamantat și paste de leuit.

Instrumente diamantate cu lame sunt produse pe baza de materiale policristaline precum „carbonado” sau „ballas”. Aceste scule au o durată lungă de viață dimensională și oferă calitate superioară suprafata tratata. Sunt utilizate în prelucrarea titanului, aliajelor de aluminiu cu conținut ridicat de siliciu, fibră de sticlă și materiale plastice, aliaje dure și alte materiale.

Diamantul ca material de unealtă are un dezavantaj semnificativ - când temperatură ridicată intră într-o reacție chimică cu fierul și devine ineficientă.

Pentru a prelucra oțel, fontă și alte materiale pe bază de fier, materiale superdure, inert chimic la acesta. Astfel de materiale sunt obținute folosind o tehnologie apropiată de tehnologia de producere a diamantelor, dar ca materie primă este folosită nitrura de bor, mai degrabă decât grafitul.

Policristalele cu modificări dense ale nitrurii de bor sunt superioare ca rezistență la căldură față de toate materialele utilizate pentru uneltele cu lamă: diamant de 1,9 ori, oțel rapid de 2,3 ori, aliaj dur de 1,7 ori, ceramica minerală de 1,2 ori.

Aceste materiale sunt izotrope (aceeași rezistență în direcții diferite), au o microduritate mai mică, dar apropiată de duritatea diamantului, rezistență crescută la căldură, conductivitate termică ridicată și inerție chimică față de carbon și fier.

Caracteristicile unora dintre materialele luate în considerare, care sunt în prezent numite „compozit”, sunt prezentate în tabel.

Caracteristici comparative ale STM pe bază de nitrură de bor

Marca	Titlul original	Duritate HV, GPa	Rezistență la căldură, o C
Compozit 01	Elbor-R	60...80	1100...1300
Compozit 02	Belbor	60...90	900...1000
Compozit 03	Ismit	60	1000
Compozit 05	Compozit	70	1000
Compozit 09	PCNB	60...90	1500
Compozit 10	Hexanit-R	50...60	750...850

Eficacitatea utilizării uneltelor cu lamă fabricate din diferite grade de compozite este asociată cu îmbunătățirea designului uneltelor și a tehnologiei lor de fabricație și cu determinarea zonei raționale de utilizare a acestora:

compozite 01 (elbor-R) și 02 (belbor)

compozit 05

compozit 10 (hexanit-R)

În același timp, durata de viață a sculelor crește de zeci de ori în comparație cu alte materiale pentru scule.

În inginerie mecanică, mineralele naturale și sintetice sunt utilizate pe scară largă pentru fabricarea sculelor tăietoare și abrazive. Cele mai utilizate minerale naturale sunt diamantul, cuarțul și corindonul; cele mai utilizate minerale sintetice sunt diamantele, nitrura de bor cubică, electrocorindonul, carbura de bor și carbura de siliciu. În multe privințe, materialele sintetice sunt superioare celor naturale. Principalele proprietăți ale materialelor sintetice superdure (SHM) utilizate la tăiere sunt prezentate în Tabelul 2.18.

Tabelul 2.18

Proprietățile de bază ale materialelor sintetice superdure

Numele etichetei private	Nume	Duritate, HV, GPa	Rezistenta la caldura, °C
Ballas (ASB)	Diamant sintetic
Carbonado (ASPC)	Diamant sintetic
	Diamant sintetic
Compozit 01
Compozit 02 (05)
Compozit 03
Compozit 09
Compozit 10	Hexaiit-R
Compozit KP1 (KPZ)

Diamantele naturale și sintetice și nitrura de bor cubică CBN sunt utilizate pentru prelucrarea lamei. Pentru abrazive - diamante naturale și sintetice, nitrură de bor cubică, corindon și electrocorindon, carbură de siliciu, carbură de bor, oxid de aluminiu, oxid de crom, oxid de fier, precum și unele roci.

Diamantul este unul dintre materialele naturale superdure. Numele „diamant” provine din arabă al-mas, care se traduce prin „cel mai greu” sau din greacă adamas, care înseamnă „insurmontabil, indestructibil, invincibil”. La sfârşitul secolului al XVIII-lea. S-a descoperit că diamantul este făcut din carbon. Diamantele se găsesc sub formă de cristale individuale bine definite sau sub forma unui grup de granule de cristal și a numeroase cristale (agregate) intercrescute. Unitatea de măsură pentru dimensiunea unui diamant este caratul (de la Arab, kirat), care este de 0,2 g.

Trebuie remarcat faptul că diamantele naturale sunt folosite foarte rar în prelucrarea metalelor. De regulă, în aceste scopuri folosesc bort (aruncat peste bord) - acesta este numele tuturor diamantelor care nu sunt folosite pentru fabricarea de bijuterii. Cristalele de diamant cu o greutate de 0,2-0,6 carate sunt folosite pentru realizarea sculelor de tăiere (freze, burghie). Pulberile de diamant sunt folosite pentru a face roți de diamant. Cristalele de diamant sunt fixate în suport prin lipire cu argint sau prin prindere mecanică.

La ascuțire, diamantul este mai întâi îndepărtat de pe tijă și măcinat într-un suport tehnologic pe mașini speciale folosind discuri din fontă acoperite cu un amestec de pulbere de diamant și ulei de măsline.

Policristalele de diamante sintetice sunt produse ca balas conform TU 2-037-19-70 (ASBZ și ASB4 pentru fabricarea netezitorilor și ASPK2 pentru tăietoare). Sunt formațiuni policristaline de până la 12 mm, cristale strâns legate, cu rezistență ridicată și rezistență la uzură.

Domenii de aplicare a mărcilor private:

pentru diamante (A) - prelucrarea metalelor neferoase și a aliajelor acestora, precum și a lemnului, materialelor abrazive, materialelor plastice, aliajelor dure, sticlei, ceramicii;
pentru CBN - prelucrarea metalelor feroase, brute și călite, precum și a aliajelor speciale pe bază de nichel și cobalt.

În prezent, industria folosește în principal A sintetic, obținut din carbon (sub formă de grafit) la presiune și temperatură ridicată, în timp ce rețeaua hexagonală centrată pe față de grafit este transformată într-o rețea diamantată cubică centrată pe față. Temperatura și presiunea necesare transformărilor structurale sunt determinate din diagrama de fază grafit-diamant.

Deoarece borul și azotul sunt situate pe ambele părți ale carbonului în tabelul periodic, printr-o reacție chimică adecvată este posibil să se obțină un compus din aceste elemente, adică nitrură de bor, care are un hexagonal asemănător grafitului. rețea cristalină cu aproximativ același număr de atomi de bor și azot dispuși alternativ. Similar cu grafitul, nitrura de bor hexagonală (HBN) are o structură stratificată, liberă și poate fi transformată în CBN. Acest proces este descris de diagrama de stare a GNB - CBN Prin adăugarea de catalizatori speciali de solvenți (de obicei nitruri metalice), intensitatea transformării crește, iar presiunea și temperatura procesului sunt reduse, respectiv, la 6 GPa și, respectiv, 1500° C. În timpul transformării, cristalele de CBN cresc. Când sunt încălzite, cristalele individuale de CBN sunt sinterizate împreună în zone de contact și formează o masă „policristalină”. Pentru a intensifica sinterizarea, se adaugă și solvenți. În plus, întreaga masă sinterizată trebuie să fie la un anumită presiune și temperatură pentru a preveni transformarea inversă a cristalelor CBN dure în cristale hexagonale moi.

Ca urmare a sinterizării, se obține un conglomerat CBN, în care cristale anizotrope orientate aleator sunt legate între ele, formând o masă izotropă de volum mare. Apoi, din această masă se obțin plăci pentru scule așchietoare, matrițe pentru trefilarea sârmei, scule pentru îmbrăcarea discurilor abrazive, piese rezistente la uzură etc.

Ca material de tăiere, diamantul are durabilitate ridicată și un coeficient scăzut de frecare atunci când este asociat cu metal, ceea ce asigură o calitate superioară a suprafeței. Diamantele sunt folosite (naturale și sintetice) pentru strunjirea și alezarea de precizie a pieselor din aliaje neferoase. Diamantele nu sunt utilizate pentru prelucrarea metalelor care conțin carbon (fontă, oțel), deoarece, datorită afinității chimice a materialelor prelucrate și a instrumentelor, are loc uzura intensă a tăietorilor de diamant și carburarea stratului de suprafață al piesei de prelucrat.

Materialele pe bază de nitrură de bor sunt o modificare cristalină cubică (CBN) sau asemănătoare wurtzitei (WNL) a unui compus bor-azot, sintetizată folosind o tehnologie similară producției de diamante sintetice. Datorită variației factori tehnologici Pe această bază se obțin mai multe materiale diferite - elbor, cubonit, hexanit etc. Policristale pe bază de nitrură de bor se obțin cu o dimensiune de până la 12 mm, sunt utilizate pentru prelucrarea oțelurilor și aliajelor pe bază de fier.

În producția internă, materialele pe bază de nitrură de bor pentru unelte abrazive sunt produse sub marca elbor, iar pentru unelte cu lamă - compozit.

Aspectul fiecăruia este calitativ grup nou Dezvoltarea materialelor pentru scule se caracterizează în primul rând printr-o creștere semnificativă și bruscă a vitezei de așchiere și, prin urmare, este întotdeauna însoțită de schimbări profunde în construcția mașinilor-unelte și tehnologia de prelucrare.

Viteza de taiere - cel mai important factor intensificarea prelucrării materialelor prin tăiere folosind scule din materiale sintetice superdure în condițiile în care rezervele pentru creșterea semnificativă a vitezelor de așchiere a materialelor de scule tradiționale sunt practic epuizate.

În același timp, după cum arată studiile recente, viteza de tăiere este, de asemenea, un factor foarte eficient în rezolvarea problemei ruperii așchiilor - una dintre cele mai dificile probleme în prelucrarea metalelor.

La de mare viteză munca de tăiere este transformată aproape complet în căldură și se formează așchii segmentate, ale căror segmente sunt separate printr-o punte îngustă fragilă de metal puternic deformat; de fapt sunt produse chipsuri scurte, zdrobite. Automatizarea proceselor de prelucrare a materialelor cu îndepărtarea așchiilor și o creștere suplimentară a vitezei de tăiere sunt inseparabile.

O creștere bruscă a vitezei de tăiere, toate celelalte lucruri fiind egale, asigură o creștere corespunzătoare a avansului minut al sculei, adică a productivității procesului, precum și o scădere a forței de tăiere, întărirea prin lucru și rugozitatea suprafeței prelucrate, adică acuratețea și calitatea prelucrării. De asemenea, s-a stabilit că atunci când viteza de tăiere crește în anumite limite, fiabilitatea sculei STM crește; acest lucru este fundamental în legătură cu echipamentele automate.

De regulă, o parte din rezerva disponibilă pentru creșterea vitezei de tăiere la trecerea de la o unealtă din carbură la o unealtă din STM este utilizată pentru a reduce grosimea stratului tăiat. De exemplu, când viteza de frezare a fontei este mărită de 10 ori, avansul pe minut poate fi mărit nu de 10, ci de 4 ori, cu o scădere corespunzătoare a avansului pe rotație de 2,5 ori. Acest lucru asigură o reducere suplimentară semnificativă a forței de tăiere și a rugozității suprafeței.

Policristalele SV, SVS, dismite, SVBN și carbonit sunt produse în prezent din materiale obținute prin sinterizarea granulelor de diamant.

Policristalele mărcii ASB au o formă sferică cu un diametru de aproximativ 6-6,5 mm, o structură radială clar definită. Cristalele Ballas formează o structură bloc și au dimensiuni diferite pe secțiunea transversală a probei: mai mici în centru decât la periferie. Dimensiunea lor este în intervalul 10-300 microni.

Diamantele mărcii ASPC au forma unui cilindru cu diametrul de 2-4,5 mm, înălțimea de 3-5 mm, structura lor este tot radială, dar mai fin și mai perfectă. Granulele sunt mai mici (până la 200 de microni).

Structura diamantelor de tip SV este policristalină, în două faze. Cantitatea totală de impurități nu depășește 2%.

În ordinea creșterii rezistenței, policristalele de diamant sunt aranjate după cum urmează: ASB, ASPK, SV, dismite.

Uneltele cu diamant pot fi operate, spre deosebire de sculele compozite, la viteze mici inerente sculelor din carbură, oferind o creștere a durabilității. La frezare, vitezele pot fi mărite de 1,5-2 ori. Adâncimea de tăiere a materialelor din plăci aglomerate pe bază de lemn este determinată de lățimea frezelor sau a ferăstrăilor.

Eficacitatea utilizării CA în prelucrarea materialelor cu dureri ridicate poate fi ilustrată prin exemplul de strunjire a aliajelor dure VK10, VK10S, VS15, VK20 cu freze ASPC. Productivitatea unei astfel de procesări este de zece ori mai mare decât productivitatea măcinării, asigurând în același timp calitatea specificată.

Material prelucrat	Viteza de taiere, V, m/min	reprize, S, mm/tur	Adâncimea de tăiere, t, mm
Aluminiu și aliaje de aluminiu
Aliaje de aluminiu (10-20% siliciu)
Cupru și aliaje de cupru (bronz, alamă, babbitt etc.)
Diverse compozite (materiale plastice, materiale plastice, fibră de sticlă, fibră de carbon, cauciuc dur)
Ceramica semisinterizată și aliaje dure
Carbură sinterizată
Materiale pe bază de lemn
Roci (gresie, granit)

Rezistența ridicată la uzură este dezvăluită de sculele din ASP și ASB la strunjirea materialelor abrazive, aliaje cu conținut ridicat de siliciu și cupru, fibră de sticlă, ceramică plastică, materiale de presare etc. Este de zece sau mai multe ori mai mare decât cea a carburii.

S-a acumulat o experiență considerabilă în strunjirea și alezarea pieselor din aliaje de aluminiu AL-2, AL-9, AL-25, AK-6, AK-9, AK-12M2, VKZhLS-2 și aliaje de titan VT6, VT22, VT8 , VTZ cu freze ASPC.-1, fibra de sticla, metale neferoase, lemn.

Policristalele ASB se caracterizează prin performanță ridicată la strunjarea aliajului de aluminiu cu conținut ridicat de siliciu AK-21, AL-25, aliajul pe bază de cupru L62, la prelucrarea LS59-1, bronz, plastic din fibră de sticlă ST, SVAM, AG etc.

Materiale superdure

Materiale superdure- un grup de substanțe cu duritatea cea mai mare, care include materiale a căror duritate și rezistență la uzură depășește duritatea și rezistența la uzură a aliajelor dure pe bază de tungsten și carburi de titan cu liant de cobalt, aliaje de carbură de titan pe un liant de nichel-molibden. Materiale superdure utilizate pe scară largă: electrocorindon, oxid de zirconiu, carbură de siliciu, carbură de bor, borazon, diborură de reniu, diamant. Materialele superdure sunt adesea folosite ca materiale abrazive.

ÎN anul trecut O atenție deosebită a industriei moderne este îndreptată către căutarea de noi tipuri de materiale superdure și asimilarea materialelor precum nitrură de carbon, aliaj de bor-carbon-siliciu, nitrură de siliciu, aliaj de carbură de titan-carbură de scandiu, aliaje de boruri și carburi ale subgrupa de titan cu carburi și boruri de lantanide.

Fundația Wikimedia. 2010.

Vedeți ce sunt „materiale superhard” în alte dicționare:

Materiale ceramice super dure- – materiale ceramice compozite obținute prin introducerea diverșilor aditivi de aliere și umpluturi în nitrura de bor originală. Structura unor astfel de materiale este formată din cristalite minuscule legate strâns și, prin urmare, sunt... ...

Un grup de substanțe cu cea mai mare duritate, care include materiale a căror duritate și rezistență la uzură depășește duritatea și rezistența la uzură a aliajelor dure pe bază de tungsten și carburi de titan cu un liant de cobalt... ... Wikipedia

Plăci de fibre superhard SM-500- - sunt realizate prin presarea pulpei de lemn măcinate, tratate cu polimeri, cel mai adesea fenol-formaldehidă, cu adaos de uleiuri sicative și alte componente. Sunt produse în lungimi de 1,2 m, lățimi de 1,0 m și grosimi de 5–6 mm. Podelele sunt realizate din...... Enciclopedie de termeni, definiții și explicații ale materialelor de construcție

materiale pulbere- materiale consolidate obtinute din pulberi; În literatură, termenul „materiale sinterizate” este adesea folosit împreună cu „materiale pulbere”, deoarece Una dintre principalele metode de consolidare a pulberilor este sinterizarea. pulbere...... Dicţionar Enciclopedic de Metalurgie

- (frantuzeste abrasif grinding, din latinescul abradere scrape) acestea sunt materiale cu duritate mare si sunt folosite pentru tratarea suprafetelor diverselor materiale. Materialele abrazive sunt folosite în procesele de șlefuire, lustruire,... ... Wikipedia

Wikipedia are articole despre alte persoane cu acest nume de familie, vezi Novikov. Wikipedia conține articole despre alte persoane pe nume Novikov, Nikolai. Novikov Nikolay Vasilievich ... Wikipedia

Slefuirea este o operatiune mecanica sau manuala de prelucrare a materialelor dure (metal, sticla, granit, diamant etc.). Un tip de prelucrare abrazivă, care, la rândul său, este un tip de tăiere. Măcinarea mecanică este de obicei... ... Wikipedia

- (din Evul Mediu, lat. detonatio explozie, lat. deton® tunet), propagarea unei zone de exotermă rapidă la viteză supersonică. chimic. radio urmând frontul undei de șoc. Unda de șoc inițiază radioul, comprimând și încălzind apa care detonează... ... Enciclopedie chimică

Chimia anorganică este o ramură a chimiei asociată cu studiul structurii, reactivității și proprietăților tuturor elemente chimiceși compușii lor anorganici. Această zonă acoperă toți compușii chimici, cu excepția celor organici... ... Wikipedia

- ... Wikipedia

Cărți

Materiale de scule în inginerie mecanică: manual. Grif Ministerul Apărării al Federației Ruse, Adaskin A.M.. Manualul prezintă materiale pentru fabricarea instrumentelor de tăiere, ștanțare, instalații sanitare, auxiliare, de control și de măsurare: instrumentale, de mare viteză și...