Marka supertvrdih materijala. Klasifikacija umjetnih supertvrdih materijala
Analiza svojstava i svojstava rezanja PSTM-a. Uobičajeno je smatrati materijale alata supertvrdima ako imaju tvrdoću po Vickersu na sobnoj temperaturi veću od 35 GPa.
Prirodni dijamant je najtvrđi materijal na Zemlji, koji se dugo koristio kao alat za rezanje. Temeljna razlika između monokristalnog prirodnog dijamanta i svih ostalih alatnih materijala s polikristalnom strukturom, sa stajališta alatničara, je mogućnost dobivanja gotovo savršeno oštrog i ravnog reznog ruba. Stoga je krajem 20. stoljeća, razvojem elektronike, preciznog inženjerstva i instrumentacije, počela primjena rezača od prirodnih dijamanata za mikrotokarenje zrcalno čistih površina optičkih dijelova, memorijskih diskova, bubnjeva za fotokopirne mašine itd. povećava. Međutim, zbog visoke cijene i krhkosti, prirodni dijamanti se ne koriste u općem inženjerstvu, gdje zahtjevi za obradu dijelova nisu tako visoki.
Potreba za supertvrdim materijalima dovela je do toga da su 1953. - 1957. u SAD-u i 1959. u SSSR-u iz heksagonalnih faza grafita (C) i borovog nitrida (BN) dobivene katalitičkim putem fine čestice sintetičkih dijamantnih kubičnih faza. sinteza pri visokim statičkim pritiscima.i bor nitrida. Početkom 70-ih u industrijskim uvjetima dobiveni su veliki polikristali namijenjeni za oštrice alata.
Dijagram stanja ugljika i borovog nitrida prikazan je na sl. 11.9.
Tehnologija izrade polikristala promjera 4-40 mm temelji se na dva različita procesa: faznom prijelazu tvari iz jednog stanja u drugo (sama sinteza) ili sinteriranju malih čestica prethodno sintetiziranog praha PSTM. U našoj zemlji se prvim dobivaju polikristalni kubični bor nitrid (PCNB) razreda 01 (el-bor RM) i kompozit 02 (belbor), kao i polikristalni dijamant (PCD) razreda ASPK (carbonado) i ACE (ballas). metoda. U inozemstvu, proizvođači PSTM za tehnologiju sinteriranja su tri najveće tvrtke General Electric (SAD), De Beers (Južna Afrika) i Sumitomo Electric (Japan). Polikristalne alate za rezanje ova tri dobavljača proizvode stotine tvrtki diljem svijeta.
PSTM su temeljno novi, kako u pogledu tehnologije proizvodnje tako iu pogledu radnih uvjeta, alatni materijali. Mogu se obraditi
za rezanje proizvoda brzinama rezanja za red veličine većim od dopuštenih brzina pri korištenju alata od tvrdog metala. Osim toga, PCD alat ima deset puta veću brzinu od tvrdog alata.
* Koeficijent otpornosti na toplinski udar R = ,
** Empirijska karakteristika otpornosti na habanje I/4 E ‘H:
Polikristalni supertvrdi materijali (PSTM) su sistematizirani prema takvim definirajućim značajkama kao što su sastav baze polikristala, metode proizvodnje i karakteristike početnog materijala. Cijeli asortiman polikristala podijeljen je u pet glavnih skupina: PSTM na bazi dijamanata (SPA),
PSTM temelji se na gustim modifikacijama bor nitrida (SPNB), kompozitnih supertvrdih materijala (KSTM), dvoslojnih supertvrdih kompozitnih materijala (DSCM).
PSTM na bazi dijamanata. Polikristali na bazi sintetičkog dijamanta mogu se podijeliti u četiri vrste:
1. Polikristali dobiveni sinteriranjem finog dijamantnog praha u čistom obliku ili nakon posebne prethodne obrade radi aktiviranja procesa sinteriranja. Polikristali proizvedeni prema ovoj shemi su, u pravilu, jednofazni proizvod. Primjer je mega dijamant, karbonit.
2. Dijamantni polikristali tipa CB. Oni su heterogeni kompozit koji se sastoji od dijamantnih čestica koje zajedno drži vezivo – druga faza, koja se nalazi u obliku tankih slojeva između kristala dijamanata.
3. Sintetičke karbonade tipa ASPK. Dobivaju se izlaganjem ugljične tvari sa značajnom količinom katalizatora i visokom tlaku i visokoj temperaturi. Gustoća takvih polikristala varira u širokom rasponu, a sadržaj nečistoća kreće se od 2 do 20% težinski. Stoga polikristali tipa ASPK imaju nižu tvrdoću i čvrstoću od polikristala prve dvije varijante.
4. Dijamantni polikristali dobiveni impregnacijom dijamantnog praha metalnim vezivom pri visokim pritiscima i temperaturama. Kao vezivo koriste se nikal, kobalt, željezo, krom. Dijamantni polikristali dobiveni ovom metodom imaju visoka mehanička svojstva.
Fizička i mehanička svojstva PSTM-a na bazi dijamanata prikazana su u tablici. 11.20.
|
Tablica 11.20 Fizička i mehanička svojstva PSTM-a na bazi dijamanata
|
Mikrotvrdoća polikristalnih dijamanata u prosjeku je ista kao kod prirodnih monokristala, ali je raspon njezine promjene u sintetičkim dijamantima širi. Omjer maksimalne i minimalne vrijednosti za različite vrste polikristala je u rasponu od 1,2 -2,28.
Mikrotvrdoća na periferiji je 1,25 puta veća nego u središtu uzorka u područjima uz katalizator.
Gustoća sintetičkih balasa i karbonada veća je od gustoće monokristala prirodnog dijamanta, što se objašnjava prisutnošću određene količine metalnih inkluzija. S povećanjem koncentracije metalne faze, gotovo proporcionalno raste i gustoća.
Toplinska vodljivost dijamantnih polikristala premašuje toplinsku vodljivost bakra i srebra, au nekim slučajevima dostiže toplinsku vodljivost monokristala dijamanata. Toplinska vodljivost polikristala ovisi o temperaturi. Štoviše, za neke materijale, s povećanjem temperature na 450°C, toplinska vodljivost raste, dostižući maksimum, a zatim se smanjuje. Za druge, kao što su ASB i SKM, monotono se smanjuje na 900°C.
PSTM na bazi kubičnog borovog nitrida. Postoji nekoliko varijanti PSTM-a na bazi borovog nitrida.
1. Polikristali sintetizirani iz heksagonalnog bor nitrida (GNB) u prisutnosti otapala VMGVMsf (kompozit 01 je tipičan predstavnik);
2. Polikristali dobiveni kao rezultat izravnog prijelaza heksagonalne modifikacije u kubni BNrBN (kompozit 02);
3. Polikristali koji nastaju transformacijom modifikacije nalik vurcitu u kubični BNg VMdf. Budući da je cjelovitost prijelaza kontrolirana parametrima sinteriranja, u ovu skupinu spadaju materijali s osjetno različitim svojstvima (kompozit 10, kompozit 09);
4. Polikristali dobiveni sinteriranjem prahova kubičnog bor nitrida (CBN) s aktivacijskim aditivima (kompozit 05-IT, ciborit i dr.).
Glavni fizikalne i mehaničke karakteristike različiti stupnjevi PSTM na temelju gustih modifikacija borovog nitrida dani su u tablici. 11.21.
|
Tablica 11.21 Glavne fizikalno-mehaničke karakteristike PSTM-a temeljene na gustim modifikacijama borovog nitrida |
|
Kraj stola. 11.21
|
PSTM-e temeljene na gustim modifikacijama borovog nitrida, malo inferiornijeg od dijamanta u tvrdoći, odlikuju se visokom toplinskom stabilnošću, otpornošću na kruženje visokih temperatura i, što je najvažnije, slabijom kemijskom interakcijom sa željezom, koje je glavna komponenta većine materijala koji su trenutno izloženi rezanje.
Polikristali tipa kompozita 01 imaju finozrnu strukturu čija su dominantna faza fina CBN zrna, međusobno srasla i srasla sa stvaranjem jakog agregata. Nečistoće su jednoliko raspoređene po volumenu uzorka. Uz glavnu kubičnu modifikaciju, mogu sadržavati djelomični sadržaj nereagiranog heksagonalnog borovog nitrida.
Veličine zrna i inkluzija pratećih faza su približno jednake 30 μm, poroznost je ujednačena, 10%.
Kompozitni supertvrdi materijali (CSTM). Ujednačeni po volumenu CSTM dobivaju se sinteriranjem mješavine praha sintetskog dijamanta i kubičnog ili wurtzit bor nitrida. To uključuje materijale kao što su PKNB - AS, SVAB (CIS), kompakt (Japan). Ove materijale treba smatrati obećavajućim.
Od materijala ove klase najveću mikrotvrdoću imaju materijali SV-1 i SV-40, a najmanju SV-14 i SVAB. Neotkrivena mikrotvrdoća varira od 47,0 do 66,0 GPa, dok modul elastičnosti varira od 640 do 810 GPa.
Klasa kompozitnih materijala također uključuje materijale koji sadrže dijamante na bazi tvrdih legura. Od materijala ove skupine, koji su se dokazali u radu, treba istaknuti "Slavutich" (od prirodnih dijamanata) i tvesal (od sintetičkih dijamanata).
Dvoslojni kompozitni polikristalni materijali (DSCM). Glavna značajka DSCM-a je da se sinteriranje prahova supertvrdih materijala provodi pri visokim temperaturama i pritiscima na podlozi od tvrdih legura na bazi volframa, titana, tantal karbida, što rezultira stvaranjem PSTM debljine 0,5-1 mm. sloj čvrsto vezan za materijal podloge. . Sloj dijamanta može sadržavati komponente supstrata.
Dvoslojni materijali imaju neke prednosti u odnosu na jednolične STM. Tehnologija pričvršćivanja reznog alata u tijelo držača lemljenjem na podlogu od tvrde legure je pojednostavljena. Prisutnost podloge koja je čvrsto vezana za STM radni sloj daje materijalima povećanu udarnu čvrstoću, a korištenje tankog STM sloja (0,5-2 mm) čini ih ekonomičnijima, budući da se nepovratni gubici skupih supertvrdih materijala značajno smanjuju tijekom oštrenje i ponovno brušenje alata.
Najpoznatiji domaći dvoslojni supertvrdi kompozitni materijali od kubičnog bor nitrida uključuju kompozit 05-IT-2S, kompozit 10D, VPK, na bazi dijamanta - DAP, diamet, AMK-25, AMK-27, BPA, ATP. U inozemstvu, dvoslojne polikristalne supertvrde materijale na bazi dijamanta proizvodi De Beers (Južna Afrika) pod robnom markom syndit RKD010 i RKD 025. Sindit RKD025 preporuča se uglavnom za grubu obradu, a sitnije zrni sindite marke RKD010 - za završnu obradu.
Opseg alata iz PSTM. Glavno područje učinkovite primjene alata za rezanje oštrica izrađenih od PSTM-a je automatizirana proizvodnja bazirana na CNC strojevima, višenamjenskim strojevima, automatskim linijama, specijalnim brzim strojevima.
U tablici. 11.22 prikazane su brzine rezanja preporučene za obradu raznih materijala alatom iz PSTM.
Izbor određene brzine rezanja određen je veličinom dodatka koji se treba ukloniti, mogućnostima opreme, posmakom, prisutnošću udarnih opterećenja tijekom procesa rezanja i mnogim drugim čimbenicima.
Razvijen je i proizvodi širok raspon PSTM alata. To su glodala za okretanje, zarezivanje, bušenje, urezivanje, urezivanje navoja, uključujući stepenasti dizajn za uklanjanje povećanih dopuštenih dijelova iz obradaka kao što su valjci za valjanje, čeoni glodali i glodali za školjke, uključujući podesivi i rekonfigurabilni, koji mogu biti opremljeni umetcima od raznih alatnih materijala s optimalnom za svaku geometriju, asortiman lemljenih i montažnih glodala, upuštača, glava za bušenje itd. Za obradu iverice na automatskim linijama stvorene su pile opremljene PSTM. Alati se mogu opremiti lemljenim reznim elementima (cilindrični i pravokutni umetci, tvrdolegirani poliedarski umeci s PSTM zalemljenim u jednom od vrhova), te zamjenjivi okrugli i poliedarski umetci masivnog ili dvoslojnog dizajna.
|
Tablica 11.22 Brzine rezanja s PSTM alatom
|
Imajte na umu da se za udarno tokarenje i glodanje kaljenih brzoreznih čelika i čelika s visokim udjelom kroma (tip X12) ne preporučuje alat izrađen od PSTM.
Izračuni su to pokazali potrebno stanje Učinkovitost uvođenja alata iz PSTM-a na CNC strojeve i obradne centre umjesto karbidnih glodala i rezača je povećanje intenziteta uklanjanja dodatka (volumen metala po jedinici vremena) za 1,5-2,5 puta. Međutim, praksa uvođenja brzog rezanja ukazuje na mogućnost povećanja produktivnosti obrade za 3-6 ili više puta. Dakle, pri izradi automatiziranog postrojenja "Krasny Proletariy" za doradu dijelova karoserije od lijevanog željeza s hrapavosti površine Ra 1,25 mikrona na višenamjenskim strojevima tipa IR 500, predloženo je korištenje kasetnih završnih glodala d = 125 mm od novi dizajn s aksijalnim i radijalnim podešavanjem položaja reznih rubova radijusa čišćenja (s preciznošću ne lošijom od 0,005 mm) kvadratnih PCBN ploča. Način rezanja n = 3000 o/min; v = 1177 m/min; SM = 2000 mm/min; t = 0,3-0,4 mm. Pri korištenju strojeva velike brzine s n = 6000 o/min, brzina rezanja se povećava na 2350 m/min, posmak do 4000 mm/min, a produktivnost procesa rezanja bit će 10 puta veća u odnosu na trenutnu razinu.
Trendovi u razvoju procesa strojne obrade rezanjem omogućuju nam da tvrdimo da će u narednim godinama brzo rezanje uz široku primjenu novih alatnih materijala postati sasvim uobičajena pojava u poduzećima opremljenim naprednom automatiziranom opremom.
Tvrde legure i keramika za rezanje dobivaju se metodama metalurgije praha. Metalurgija praha je tehnološko područje koje obuhvaća skup metoda za proizvodnju metalnih prahova od spojeva sličnih metalu, poluproizvoda i proizvoda od njih, kao i od njihovih mješavina s nemetalnim prahovima bez taljenja glavne komponente. Sirovine za tvrde legure i kermete - prahovi - dobivaju se kemijskim ili mehaničkim metodama. Oblikovanje praznih dijelova (proizvoda) provodi se u hladnom stanju ili kada se zagrijava. Hladno oblikovanje nastaje tijekom aksijalnog prešanja na mehaničkim i hidrauličkim prešama ili pod pritiskom tekućine na elastičnu ljusku u koju se stavljaju prahovi (hidrostatička metoda). Vrućim prešanjem u kalupima pod čekićem (dinamičko prešanje) ili plinostatičkom metodom u posebnim posudama, zbog pritiska (15-400 tisuća Pa) vrućih plinova, dobivaju se proizvodi od slabo sinteriranih materijala - vatrostalnih spojeva koji su koristi se za proizvodnju tvrdih legura i kermeta. Sastav takvih sinteriranih vatrostalnih spojeva (pseudo-legura) uključuje nemetalne komponente - grafit, aluminij, karbide, koji im daju posebna svojstva.
U industriji alata široko se koriste tvrde sinterirane legure i kermeti za rezanje (metali + nemetalne komponente). Prema sadržaju glavnih komponenti prahovi u mješavini tvrdih sinteriranih legura dijele se u tri skupine volfram, titan-volfram i titan-tantal-volfram, prema području primjene- na legurama za obradu materijala rezanjem, opremanje rudarskih alata, za navarivanje brzo habajućih dijelova strojeva, uređaja i učvršćenja.
Fizička i mehanička svojstva tvrdih legura: krajnja čvrstoća pri savijanju - 1176-2156 MPa (120-220 KGS / mm 2), gustoća - 9,5-15,3 g / cm 3, tvrdoća - 79-92 HRA.
Tvrde legure za obradu metala bez strugotine, navarivanje brzo habajućih dijelova strojeva, instrumenata i pribora: VK3, VK3–M, VK4, VK10–KS, VK20–KS, VK20K. U oznaci razreda tvrdih legura, slovo "K" znači - kobalt, "B" - volfram karbid, "T" - karbidi titana i tantala; brojke odgovaraju postotku praha komponenti uključenih u slitinu. Na primjer, legura VK3 sadrži 3% kobalta, ostatak je volfram karbid.
Nedostatak volframa uvjetovao je razvoj tvrdih legura bez volframa koje po osnovnim svojstvima nisu inferiorne sinteriranim legurama na bazi volframovih karbida.
Tvrde kermetske legure bez volframa i krom-karbida koriste se u strojarstvu za proizvodnju kalupa za izvlačenje, kalupa za izvlačenje, za prskanje raznih, uključujući abrazivnih, materijala, tarnih dijelova koji rade na temperaturama do 900 ° C, reznih alata za obradu obojenih metala.
2. Supertvrdi materijali
Tri vrste supertvrdih materijala (SHM) trenutno se koriste u raznim industrijama, uključujući i strojogradnju, za proizvodnju raznih alata za rezanje: prirodni dijamanti, polikristalni sintetički dijamanti i kompoziti na bazi bor nitrita (elbor).
Prirodni i sintetički dijamanti imaju takva jedinstvena svojstva kao što su najveća tvrdoća (HV 10 000 kgf / mm 2), imaju vrlo male: koeficijent linearne ekspanzije i koeficijent trenja; visoka: toplinska vodljivost, otpornost na ljepljenje i otpornost na habanje. Nedostaci dijamanata su niska čvrstoća na savijanje, krhkost i topljivost u željezu pri relativno niskim temperaturama (+750 °C), što onemogućuje njihovu upotrebu za obradu željezo-ugljičnih čelika i legura pri velikim brzinama rezanja, kao i uz prekinuto rezanje i vibracije. . prirodni dijamanti koriste se u obliku kristala učvršćenih u metalno tijelo rezača.Sintetski dijamanti razreda ASB (balas) i ASPK (carbonado) po strukturi su slični prirodnim dijamantima.Polikristalne su strukture i veće karakteristike čvrstoće.
Prirodni i sintetički dijamanti imaju široku primjenu u obradi legura bakra, aluminija i magnezija, plemenitih metala (zlato, srebro), titana i njegovih legura, nemetalnih materijala (plastika, tekstolit, stakloplastike), kao i tvrdih legura i keramike.
Sintetički dijamanti u odnosu na prirodne imaju niz prednosti zbog veće čvrstoće i dinamičkih karakteristika. Mogu se koristiti ne samo za tokarenje, već i za glodanje.
Kompozitni je supertvrdi materijal na bazi kubičnog bor nitrida, koji se koristi za proizvodnju alata za rezanje oštrica. Po tvrdoći kompozit se približava dijamantu, znatno ga nadmašuje po otpornosti na toplinu, a inertan je prema crnim metalima, što određuje njegovo glavno područje primjene - obrada kaljenog čelika i lijevanog željeza. Industrija proizvodi sljedeće glavne STM klase: kompozit 01 (Elbor - R), kompozit 02 (Belbor), kompozit 05 i 05I i kompozit 09 (PTNB - NK).
Kompoziti 01 i 02 imaju visoku tvrdoću (HV 750 kgf/mm2), ali nisku čvrstoću na savijanje (40–50 kg/mm2). Njihovo glavno područje primjene je fino i završno struganje bez udaraca dijelova izrađenih od kaljenog čelika tvrdoće HRC 55–70, lijevanog željeza bilo koje tvrdoće i tvrdih legura razreda VK 15, VK 20 i VK 25 (HP ^ 88 –90), s posmakom do 0,15 mm /okr i dubinom rezanja od 0,05-0,5 mm. Kompoziti 01 i 02 također se mogu koristiti za glodanje kaljenih čelika i lijevanog željeza, unatoč prisutnosti udarnih opterećenja, što se objašnjava povoljnijom dinamikom glodanja. Kompozit 05 zauzima srednji položaj u tvrdoći između kompozita 01 i kompozita 10, a njegova čvrstoća je približno ista kao i kompozita 01. Kompoziti 09 i 10 imaju približno istu čvrstoću na savijanje (70-100 kgf / mm 2).
3. Materijali abrazivnih alata
Abrazivna sredstva dijelimo na prirodne i umjetne. Prvi uključuju kvarc, šmirgl, korund i dijamant, dok drugi uključuju elektrokorund, silicij karbid, borov karbid, kubični borov nitrid i sintetičke dijamante.
Kvarcni(P) je materijal koji se uglavnom sastoji od kristalnog silicija (98,5 ... 99,5% SiO2). Koristi se za proizvodnju abrazivnih koža na osnovi papira i tkanine u obliku zrna za mljevenje u slobodnom stanju.
Šmirgl(H) - finokristalni aluminijev oksid (25 ... 60% A l2 O 3) tamnosive i crne boje s primjesom željeznog oksida i silikata. Dizajniran za proizvodnju brusnog platna i šipki.
Korund(E i ESB) je mineral koji se uglavnom sastoji od kristalne glinice (80,95% A l2 O 3) i male količine drugih minerala, uključujući one koji su kemijski povezani s A l2 O 3 . Zrna korunda su tvrda i kada se razbiju, tvore konhoidalni prijelom s oštrim rubovima. Prirodni korund ima ograničenu primjenu i koristi se uglavnom u obliku praha i paste za završne operacije (poliranje).
Dijamant(A) je mineral koji je čisti ugljik. Ima najveću tvrdoću od svih tvari poznatih u prirodi. Od kristala i njihovih fragmenata izrađuju se jednobridni rezni alati i dijamantno-metalne olovke za obradu brusnih ploča.
Postoje četiri vrste elektrokorunda:
1) normalni elektrokorund 1A, istopljen iz boksita, njegove sorte - 12A, 13A, 14A, 15A, 16A;
2) bijela, topljena od glinice, njegove sorte - 22A, 23A, 24A, 25A;
3) legirani elektrokorund topljen iz glinice s raznim dodacima: krom 3A sa varijantama 32A, 33A, 34A i titan 3A sa sortom 37A;
4) A4 monokorund, otopljen iz boksita sa željeznim sulfidom i redukcijskim sredstvom, nakon čega slijedi izolacija monokristala korunda.
Elektrokorund se sastoji od aluminijevog oksida Al 2 O 3 i određene količine nečistoća.
Silicij karbid– kemijski spoj silicija s ugljikom (SiC). Ima veću tvrdoću i lomljivost. nego elektrokorund. Ovisno o postotku silicij karbida, ovaj materijal dolazi u zelenoj (6C) i crnoj (5C) boji. Prvi sadrži najmanje 97% silicija. Drugi tip (crni) proizvodi se u sljedećim sortama: 52C, 53C, 54C i 55C. Različiti abrazivni alati (npr. brusne ploče) izrađuju se od zelenih zrna silicij karbida za obradu tvrdih legura i nemetalnih materijala, a alati (brusne ploče) od crnih zrna silicij karbida za obradu proizvoda od lijevanog željeza, ne- crnih metala i za oštrenje reznih alata (glodala). , svrdla i sl.).
Kubični bor nitrid(CBN) - spoj bora, silicija i ugljika. CBN ima tvrdoću i abrazivnu sposobnost sličnu dijamantu.
Sintetički dijamant (AS) ima istu strukturu kao prirodni. Fizička i mehanička svojstva sintetskih dijamanata dobrih kvaliteta slična su onima prirodnih dijamanata. Sintetički dijamanti se proizvode u pet razreda ASO, ACP, ASK, DIA, ACC.
Najučinkovitije korištenje dijamantnih alata postiže se u završnim i završnim operacijama pri obradi dijelova od obojenih metala i njihovih legura, kao i nemetalnih i kompozitnih materijala. Dijamant, kao alatni materijal, ima dva značajna nedostatka - relativno nisku otpornost na toplinu i difuzijsko otapanje u željezu pri visokim temperaturama, što praktički isključuje korištenje dijamantnih alata u obradi čelika i legura sposobnih za stvaranje karbida. Istovremeno, zbog vrlo visoke toplinske vodljivosti, rezni rub oštrice se intenzivno hladi, pa je dijamantni alat prikladan za velike brzine rezanja.
Postojeće vrste STM-a na bazi dijamanata u svjetskoj praksi prikazane su na sl. 6.23.
Riža. 6.23 Supertvrdi materijali dijamantne oštrice
Alati s jednokristalnim dijamantnim oštricama koriste se za obradu radio-tehničke keramike, poluvodičkih materijala, visokopreciznu obradu obojenih legura. Monokristalni dijamantni alati karakteriziraju rekordna otpornost na habanje i minimalni radijus zaobljenja reznog ruba, što osigurava visoku kvalitetu obrađene površine. Treba imati na umu da je trošak jednokristalnog alata s dijamantnim oštricama nekoliko puta veći od cijene dijamantnog alata izrađenog od polikristala. Prednosti alatnih polikristalnih dijamanata (PCD, inozemstvo PCD), u usporedbi s monokristalnim dijamantima, povezane su s proizvoljnom orijentacijom kristala u radnom sloju reznih pločica, što osigurava visoku ujednačenost tvrdoće i otpornosti na habanje u svim smjerovima pri visoki pokazatelji čvrstoće. Od polikristalnih dijamanata dobivenih na temelju faznog prijelaza, ASPK razredi, koji se dobivaju od grafita tijekom sinteze u prisutnosti metalnih otapala, postali su široko rasprostranjeni za alate s oštricama. ASPK vrste se proizvode u obliku cilindara promjera 2, 3 i 4 mm, duljine do 4 mm.
Od svih vrsta PCD-a, najčešći su dijamantni alati dobiveni sinteriranjem dijamantnog praha (veličine 1...30 µm) u prisutnosti kobaltnog katalizatora. Primjer je sitnozrnati CMX850 ili univerzalna marka CTM302 iz ElementSixa, umetci raznih oblika VNIIALMAZ, OAO MPO VAI. Dvoslojni umeci s dijamantnim slojem na karbidnoj podlozi, koji se nazivaju i ATP - dijamantno-karbidni umeci, imaju značajne prednosti u pogledu čvrstoće umetaka i praktičnosti njihovog učvršćivanja lemljenjem u tijelo alata. Primjerice, u inozemstvu takve ploče raznih standardnih veličina pod robnom markom Compax proizvodi Diamond Innovations. Element Six proizvodi sindite umetke s debljinom dijamantnog sloja od 0,3 do 2,5 mm i raznim veličinama dijamantnog zrna. Dvoslojni SVBN domaće proizvodnje zalemljen je na vrhu karbidne ploče standardnih veličina. Klasa kompozitnih materijala uključuje materijale koji sadrže dijamante na bazi tvrdih legura, kao i sastave na bazi polikristalnih dijamanata i heksagonalnog borovog nitrida. Od kompozita dijamant - tvrda legura, koji su se dokazali u radu, treba istaknuti "Slavutich" (od prirodnih dijamanata) i "Tvesal" (od sintetičkih dijamanata).
Polikristali dijamanta dobiveni kemijskim taloženjem iz pare (CVD-dijamant) predstavljaju temeljno novu vrstu STM-a na bazi dijamanata. U usporedbi s drugim vrstama polikristalnih dijamanata, karakteriziraju ih visoka čistoća, tvrdoća i toplinska vodljivost, ali manja čvrstoća. To su debeli filmovi, a zapravo - ploče debljine 0,3 ... 2,0 mm (najtipičnija debljina je 0,5 mm), koje se nakon rasta ljušte s podloge, izrezuju laserom i lemljuju na karbidne umetke. Prilikom obrade vrlo abrazivnih i tvrdih materijala, oni imaju vijek trajanja alata nekoliko puta veći od ostalih PCD-a. Prema ElementSixu, koji proizvodi takve PCD pod općim nazivom CVDite, preporučuju se za kontinuirano tokarenje keramike, tvrdih legura, sastava metalne matrice. Ne koristi se za obradu čelika. Posljednjih godina pojavile su se publikacije o industrijskom rastu monokristalnih dijamanata korištenjem CVD tehnologije. Stoga se u skoroj budućnosti treba očekivati pojavu monokristalnih dijamantnih alata ovog tipa na tržištu.
CVD tehnologija ne proizvodi samo gore opisane alate s dijamantnim oštricama, već i dijamantne premaze na karbidnim i nekim keramičkim alatnim materijalima. Budući da je temperatura procesa 600...1000 0 C, takvi se premazi ne mogu nanositi na čelične alate. Debljina premaza na alatu, uključujući složeni profil (bušilice, glodala, SMP), je 1...40 mikrona. Područja racionalne uporabe dijamantnih premaza slična su CVD-dijamantnom alatu.
Dijamantne premaze treba razlikovati od premaza nalik dijamantu. Diamond-like - Diamond-LikeCoating (DLC) amorfne prevlake sastoje se od atoma ugljika, oba s dijamantnim i grafitnim vezama. Prevlake nalik dijamantu nanesene fizičkim taloženjem parom (PVD) i plazmom aktiviranim kemijskim taloženjem pare (PACVD) imaju debljinu od 1-30 µm (obično oko 5 µm) i karakteriziraju ih visoka tvrdoća i rekordno niski koeficijent trenja. Budući da se postupak nanošenja takvih premaza provodi na temperaturama ne većim od 300 0 C, oni se također koriste za povećanje trajnosti alata velike brzine. Najveći učinak premaza nalik dijamantu postiže se pri obradi bakra, aluminija, legura titana, nemetalnih materijala i visokoabrazivnih materijala.
Supertvrdi kompoziti na bazi bor nitrida. STM na bazi polikristalnog kubičnog borovog nitrida (PCNB u Rusiji i PCBN u inozemstvu), malo inferiorniji od dijamanta u tvrdoći, odlikuju se visokom otpornošću na toplinu, otpornošću na cikliranje visoke temperature i, što je najvažnije, slabijom kemijskom interakcijom sa željezom, stoga, najveća učinkovitost primjenskih alata na bazi BN-a odvija se u obradi lijevanog željeza i čelika, uključujući i one visoke tvrdoće.
U inozemstvu, prema ISO 513, PCBN razredi se dijele prema sadržaju kubičnog bor nitrida u materijalu: s visokim (70 ... 95%) sadržajem BN (indeks "H") i relativno malom količinom veziva, i s niskim (40 ... %) sadržajem BN (indeks "L"). Za PCBN razrede s niskim sadržajem koristi se TiCN keramička veza. Visoki razredi BN preporučuju se za obradu velikom brzinom svih vrsta lijevanog željeza, uključujući kaljeno i ohlađeno lijevano željezo, te za tokarenje visokotemperaturnih legura nikla. PCBN s niskim sadržajem BN su jači i koriste se prvenstveno za kaljene čelike, uključujući prekinutu obradu. Sumitomo Electric također nudi PCBN umetke s keramičkim premazom (BNC tip) koji imaju poboljšani vijek trajanja alata u brzoj obradi čelika i pružaju visokokvalitetnu završnu obradu površine.
Osim što su homogene strukture, PCBNB se proizvode u obliku dvoslojnih ploča s bazom od tvrde legure (slično PCBN). Kompozitni PCBN se dobiva sinteriranjem mješavine praha sintetskog dijamanta i kubičnog ili wurtzit bor nitrida. U stranim zemljama materijali na bazi wurtzit bor nitrida nisu široko korišteni.
Svrha STM-a na bazi kubičnog borovog nitrida:
Kompozit 01 (Elbor R), Kompozit 02 (Belbor R) - fino i fino tokarenje bez udarnog i čeonog glodanja kaljenih čelika i lijevanog željeza bilo koje tvrdoće, tvrdih legura s udjelom veziva većim od 15%.
Kompozit 03 (Ismit) - završna obrada i poluzavršna obrada kaljenih čelika i lijevanog željeza bilo koje tvrdoće.
Kompozit 05, kompozit 05IT, kompozit KP3 - prethodno i završno tokarenje bez udarca kaljenih čelika do 55HRC i sivog lijeva tvrdoće 160 ... 600HB, dubina rezanja do 0,2 ... 2 mm, čeono glodanje lijeva željezo.
Kompozit 06 - završno tokarenje kaljenih čelika do 63HRC.
Kompozit 10 (Geksanit R), kompozit KP3 - prethodno i završno tokarenje sa i bez udarca, čeono glodanje čelika i lijevanog željeza bilo koje tvrdoće, tvrdih legura s udjelom veziva više od 15%, prekinuto tokarenje, obrada taloženih dijelova. Dubina rezanja 0,05...0,7 mm.
Tomal 10, Composite 10D - grubo, polugrubo i završno tokarenje i glodanje lijevanog željeza bilo koje tvrdoće, tokarenje i bušenje čelika i legura na bazi bakra, rezanje na koži odljevka.
Kompozit 11 (Kiborite) - prethodno i završno tokarenje, uključujući i udarno, kaljenog čelika i lijevanog željeza bilo koje tvrdoće, nanošenje plazma otporno na habanje, čelno glodanje kaljenih čelika i lijevanog željeza.
U inozemstvu, alate s oštricama na bazi PCBN-a proizvode ElementSix, Diamond Innovations, Sumitomo Electric Industries, Toshiba Tungalloy, Kyocera, NTK Cutting Tools, Ceram Tec, Kennametal, Seco Tools, Mitsubishi Carbide, Sandvik Coromant, ISM (Ukrajina), Widia, S. Korporacija za materijale itd.
Glavno područje učinkovite primjene alata za rezanje oštrica izrađenih od STM-a je automatizirana proizvodnja bazirana na CNC strojevima, višenamjenskim strojevima, automatskim linijama, specijalnim strojevima velike brzine. Zbog povećane osjetljivosti STM alata na vibracije i udarna opterećenja pred alatne strojeve postavljaju se povećani zahtjevi u pogledu točnosti, otpornosti na vibracije i krutosti tehnološkog sustava. Za obradu kaljenih čelika i lijevanog željeza, koji imaju veliku tvrdoću i čvrstoću, koriste se različite vrste CBN (kompoziti na bazi kubičnog bor nitrida). Kompoziti pokazuju izvrsne performanse tijekom obrade i pružaju dobru kvalitetu površine zbog svog kemijskog sastava i Moderna tehnologija sinteriranje (slika 6.24).
Slika 6.24 - Tipične slike mikrostrukture kompozita na bazi CBN-a
Korištenje alata izrađenog od STM omogućuje višestruko povećanje produktivnosti obrade u usporedbi s karbidnim alatom, uz poboljšanje kvalitete obrađenih površina i eliminiranje potrebe za naknadnom abrazivnom obradom. Izbor optimalne brzine rezanja određen je veličinom dodatka koji se treba ukloniti, mogućnostima opreme, posmakom, prisutnošću udarnih opterećenja tijekom procesa rezanja i mnogim drugim čimbenicima (sl. 6.25, 6.26).
Slika 6.26 - Područja primjene nekih vrsta kompozita
Slika 6.26 - Primjer obrade kaljenih čelika alatom iz STM-a
7 NAČELA KONSTRUKCIJE TEHNOLOŠKIH PROCESA U OBRADI MATERIJALA REZANJEM.
Supertvrdi materijali
Supertvrdi materijali- skupina tvari s najvećom tvrdoćom, koja uključuje materijale čija tvrdoća i otpornost na habanje premašuju tvrdoću i otpornost na habanje tvrdih legura na bazi volframa i titanovih karbida s kobaltnom vezom legura titan karbida na vezi nikal-molibden. Široko korišteni supertvrdi materijali: elektrokorund, cirkonijev oksid, silicij karbid, bor karbid, borazon, renijev diborid, dijamant. Super tvrdi materijali često se koriste kao materijali za abrazivnu obradu.
Posljednjih godina pomna pažnja moderne industrije usmjerena je na potragu za novim vrstama supertvrdih materijala i asimilaciju materijala kao što su ugljični nitrid, legura bor-ugljik-silicij, silicij nitrid, titanijev karbid-skandij karbid legura, legure borida i karbida titanove podskupine s karbidima i boridima lantanidi.
Zaklada Wikimedia. 2010 .
Pogledajte što su "Supertvrdi materijali" u drugim rječnicima:
Super tvrdi keramički materijali- - kompozitni keramički materijali dobiveni uvođenjem raznih legirajućih aditiva i punila u izvorni bor nitrid. Strukturu takvih materijala čine čvrsto vezani sićušni kristaliti i stoga su ... ...
Skupina tvari s najvećom tvrdoćom, koja uključuje materijale čija tvrdoća i otpornost na habanje premašuju tvrdoću i otpornost na habanje tvrdih legura na bazi volframovih karbida i titana s kobaltnom vezom ... ... Wikipedia
Supertvrde ploče od vlaknaste ploče CM-500- - izrađuju se prešanjem mljevene drvene pulpe tretirane polimerima, najčešće fenol-formaldehidom, uz dodatak ulja za sušenje i nekih drugih komponenti. Proizvode se duljine 1,2 m, širine 1,0 m i debljine 5-6 mm. Podovi od takvih ... ... Enciklopedija pojmova, definicija i objašnjenja građevinskih materijala
praškasti materijali- konsolidirani materijali dobiveni iz praha; u literaturi se uz "praškasti materijali" često koristi izraz "sinterirani materijali", jer Jedna od glavnih metoda konsolidacije praha je sinteriranje. prah…… Enciklopedijski rječnik metalurgije
- (fr. abrasif brušenje, od lat. abradere ostrugati) to su materijali velike tvrdoće i koriste se za površinsku obradu raznih materijala. Abrazivni materijali se koriste u procesima brušenja, poliranja, ... ... Wikipedia
Wikipedia ima članke o drugim osobama s tim prezimenom, vidi Novikov. Wikipedia ima članke o drugim osobama po imenu Nikolaj Novikov. Novikov Nikolaj Vasiljevič ... Wikipedia
Brušenje je mehanička ili ručna operacija za obradu tvrdog materijala (metal, staklo, granit, dijamant itd.). Vrsta abrazivne obrade, koja je, pak, vrsta rezanja. Mehaničko brušenje je obično ... ... Wikipedia
- (od usp. st. lat. detonatio eksplozija, lat. detono grmljavina), širenje nadzvučnom brzinom zone brze egzotermnosti. kem. obrok koji prati frontu udarnog vala. Udarni val pokreće radio, komprimirajući i zagrijavajući detonaciju u vodi ... ... Kemijska enciklopedija
Anorganska kemija je grana kemije povezana s proučavanjem strukture, reaktivnosti i svojstava svih kemijskih elemenata i njihovih anorganskih spojeva. Ovo područje pokriva sve kemijske spojeve, s izuzetkom organskih ... ... Wikipedia
- ... Wikipedia
knjige
- Alatni materijali u strojarstvu: Udžbenik. Vulture Ministarstva obrane Ruske Federacije, Adaskin A.M.. U udžbeniku su predstavljeni materijali za izradu reznih, štancanih, metalnih i montažnih, pomoćnih, kontrolnih i mjernih alata: alata, brzog rezanja i ...
Znanost o materijalima: Bilješke s predavanja Aleksejev Viktor Sergejevič
2. Supertvrdi materijali
2. Supertvrdi materijali
Tri vrste supertvrdih materijala (SHM) trenutno se koriste u raznim industrijama, uključujući i strojogradnju, za proizvodnju raznih alata za rezanje: prirodni dijamanti, polikristalni sintetički dijamanti i kompoziti na bazi bor nitrita (elbor).
Prirodni i sintetički dijamanti imaju takva jedinstvena svojstva kao što su najveća tvrdoća (HV 10 000 kgf / mm 2), imaju vrlo male: koeficijent linearne ekspanzije i koeficijent trenja; visoka: toplinska vodljivost, otpornost na ljepljenje i otpornost na habanje. Nedostaci dijamanata su niska čvrstoća na savijanje, krhkost i topljivost u željezu pri relativno niskim temperaturama (+750 °C), što onemogućuje njihovu upotrebu za obradu željezo-ugljičnih čelika i legura pri velikim brzinama rezanja, kao i uz prekinuto rezanje i vibracije. . prirodni dijamanti koriste se u obliku kristala učvršćenih u metalno tijelo rezača.Sintetski dijamanti razreda ASB (balas) i ASPK (carbonado) po strukturi su slični prirodnim dijamantima.Polikristalne su strukture i veće karakteristike čvrstoće.
Prirodni i sintetički dijamanti imaju široku primjenu u obradi legura bakra, aluminija i magnezija, plemenitih metala (zlato, srebro), titana i njegovih legura, nemetalnih materijala (plastika, tekstolit, stakloplastike), kao i tvrdih legura i keramike.
Sintetički dijamanti u odnosu na prirodne imaju niz prednosti zbog veće čvrstoće i dinamičkih karakteristika. Mogu se koristiti ne samo za tokarenje, već i za glodanje.
Kompozitni je supertvrdi materijal na bazi kubičnog bor nitrida, koji se koristi za proizvodnju alata za rezanje oštrica. Po tvrdoći kompozit se približava dijamantu, znatno ga nadmašuje po otpornosti na toplinu, a inertan je prema crnim metalima, što određuje njegovo glavno područje primjene - obrada kaljenog čelika i lijevanog željeza. Industrija proizvodi sljedeće glavne STM klase: kompozit 01 (Elbor - R), kompozit 02 (Belbor), kompozit 05 i 05I i kompozit 09 (PTNB - NK).
Kompoziti 01 i 02 imaju visoku tvrdoću (HV 750 kgf/mm2), ali nisku čvrstoću na savijanje (40–50 kg/mm2). Njihovo glavno područje primjene je fino i završno struganje bez udaraca dijelova izrađenih od kaljenog čelika tvrdoće HRC 55–70, lijevanog željeza bilo koje tvrdoće i tvrdih legura razreda VK 15, VK 20 i VK 25 (HP ^ 88 –90), s posmakom do 0,15 mm /okr i dubinom rezanja od 0,05-0,5 mm. Kompoziti 01 i 02 također se mogu koristiti za glodanje kaljenih čelika i lijevanog željeza, unatoč prisutnosti udarnih opterećenja, što se objašnjava povoljnijom dinamikom glodanja. Kompozit 05 zauzima srednji položaj u tvrdoći između kompozita 01 i kompozita 10, a njegova čvrstoća je približno ista kao i kompozita 01. Kompoziti 09 i 10 imaju približno istu čvrstoću na savijanje (70-100 kgf / mm 2).
Iz knjige Metalni radovi Autor Korshever Natalija GavrilovnaMaterijali Za kovanje u maloj kovačnici možete koristiti prilično velik broj različitih metala i legura. Većina proizvoda izrađena je od čelika različitih razreda.Čelik Kao što je već spomenuto, tzv
Iz knjige Napravite uradi sam android robota autor Lovin JohnMaterijali Materijali za kalupljenje U prisutnosti svih vrsta alata i pribora, modela i mješavine pijeska, koja se naziva kalupljenje, moguće je izraditi kalup. U njega se ulijeva metal. Ovaj proces je lijevanje. Proizvodni proces
Iz knjige Znanost o materijalima: Bilješke s predavanja Autor Aleksejev Viktor SergejevičPiezoelektrični materijali Postoji širok izbor piezoelektričnih senzora. Piezoelektrični senzori mogu registrirati vibracije, udare i toplinsko zračenje. Pennwall proizvodi jedinstveni proizvod nazvan piezoelektrik
Iz knjige Gradimo kuću od temelja do krova Autor Khvorostukhina Svetlana AleksandrovnaPREDAVANJE br. 10. Tvrde i supertvrde legure 1. Tvrde legure i rezna keramika Tvrde legure i rezna keramika dobivaju se metodama metalurgije praha. Metalurgija praha je područje tehnologije koje pokriva skup proizvodnih metoda
Iz knjige Country Construction. Najmoderniji građevinski i završni materijali Autor Strašnov Viktor Grigorijevič1. Nemetalni materijali Još u drugoj polovici 20. stoljeća. kod nas se velika pozornost posvećivala uporabi nemetalnih materijala u raznim industrijama i narodnom gospodarstvu u cjelini. Proizvodnja naj
Iz knjige Povijest elektrotehnike Autor Autorski tim4. Kompozitni materijali U raznim sektorima gospodarstva zemlje, uključujući građevinarstvo, široko se koriste različiti kompozitni materijali na bazi drobljenog drva: iverice, ploče od drvenih vlakana, drveni beton, ploče od vlakana, ploče
Iz knjige Krova. Uređaj i popravak Autor Plotnikova Tatjana Fedorovna3. Hidroizolacijski materijali U građevinarstvu, stambenom i komunalnom sustavu naširoko se koriste razni hidroizolacijski materijali koji su namijenjeni zaštiti građevinskih konstrukcija, zgrada i građevina od štetnog djelovanja vode i kemijski agresivnih tekućina -
Iz knjige autora4. Električni izolacijski materijali U kontekstu velike rasprostranjenosti različitih električnih instalacija u gotovo svim industrijama i gospodarstvu zemlje u cjelini, elektroizolacijski materijali imaju široku primjenu. Najvažnija karakteristika
Iz knjige autora5. Maziva prema standardu maziva razvrstavaju se prema podrijetlu, fizičkom stanju, prisutnosti aditiva, namjeni, temperaturi primjene. Maziva se dijele prema podrijetlu ili sirovini
Iz knjige autoraMaterijali Nemoguće je točno odrediti koji je od materijala primarni, a koji sekundarni. Ovdje je sve važno. Nepravilan odabir pločica može utjecati na estetsku stranu, a nepravilan odabir ljepljivog sloja (podložnog sloja) - na
Iz knjige autora Iz knjige autora Iz knjige autora10.4.1. MEKI MAGNETSKI MATERIJALI Dugi niz godina za masivne magnetske krugove koristio se niskougljični konstrukcijski čelik St10 sa udjelom ugljika od 0,1%. Zahtjev za povećanjem magnetske indukcije i smanjenjem prisilne sile doveo je do razvoja
Iz knjige autora10.4.3. FERIMAGNETNI MATERIJALI Trenutno se velika pažnja poklanja feritima. Feriti potječu od magnetita, prirodnog trajnog magneta poznatog kroz ljudsku povijest. Prirodni mineral - željezni ferit, odn
Iz knjige autora10.4.4. TVRDI MAGNETSKI MATERIJALI Do 1910. godine trajni magneti su se izrađivali od ugljičnog čelika, budući da ovaj čelik ima relativno malu vrijednost koercitivne sile Hc i veliku vrijednost indukcije Br, omjer duljine magneta i poprečnog presjeka bio je velik.
Iz knjige autoraPotrebni materijali Sirovine za cementne pločice su portland cement i kvarcni pijesak.Kako bi cementne pločice dobile glatku površinu, obično se premazuju slojem akrilne ili akril-silikatne boje. Zaštitni sloj boje osigurava mu visoku