10.5. Синтетические сверхтвердые инструментальные материалы
Среди сверхтвердых материалов первое место принадлежит алмазу, твердость которого в 6 раз превышает твердость карбида вольфрама и в 8 раз – твердость быстрорежущей стали. Преимущественное применение имеют синтетические алмазы. Алмаз теплостоек до 8000С, при большем нагреве он графитизируется. Синтетические алмазы имеют сравнительно высокую теплопроводность, что снижает разогрев режущей кромки инструмента и позволяет работать при высоких скоростях резания.
Однако применение алмазных инструментов ограничено из-за высокой стоимости и дефицитности синтетических алмазов. Кроме того, алмазы характеризуются высокой адгезией (сцепляемостью) с железом, что является причиной низкой износостойкости этих материалов при точении сталей и чугунов.
Алмазные инструменты используются главным образом для обработки цветных металлов и сплавов, а также и керамики. Их применяют также (в виде так называемых алмазных карандашей) для правки шлифовальных кругов.
Большой универсальностью обладают инструменты, оснащенные синтетическим нитродом бора с кубической решеткой. Эти материалы получают спеканием микропорошков нитрида бора при высоких температурах и давлениях.
Кубический нитрид бора по ряду физико-механических свойств и химической инертности не уступают алмазу. В зависимости от технологии получения его выпускают под названиями боразон и эльбор. Теплостойкость боразона значительно выше, чем алмаза. Алмаз сгорает при температуре 700…8700С, боразон выдерживает 1400…19000С без существенного изменения свойств. Их широко применяют для оснащения (вставками) лезвийных инструментов (резцы, сверла, торцевые фрезы). Такие инструменты используют для чистовой размерной обработки при высоких скоростях резания – 100…200 М/МИН и более.
Отсутствие у кубического нитрида бора химического сродства к железу позволяет эффективно использовать его для обработки различных труднообрабатываемых сталей, в том числе цементированных и закаленных. При этом высокоскоростное точение закаленных сталей позволяет заменить шлифование. Вследствие этого в 2…3 раза сокращается время обработки и обеспечивается высокое качество обработанной поверхности.
Широкое применение сверхтвердые синтетические материалы находят для производства абразивных инструментов и паст. Такие инструменты используются, например, для доводки и чистовой заточки твердосплавного режущего инструмента. Применение алмазных кругов на металлической основе намного снижает стоимость заточки и повышает качество режущей части инструмента. Микропорошки из синтетических алмазов применяются также при обработке природных алмазов, корундов, специальной керамики и других хрупких трудно обрабатываемых материалов.
Вопросы для самопроверки
1. Назовите основные требования, предъявляемые к инструментальным материалам.2. Перечислите основные группы инструментальных материалов.
3. Назовите основные виды инструментальных сталей и области их применения.
4. Назовите основные виды инструментальных твердых сплавов и дайте их сравнительную характеристику.
5. Чем обусловлены высокие прочность и теплостойкость твердых сплавов?
6. Назовите области применения сверхтвердых и керамических инструментальных материалов.
Акулич Н.В. Процессы производства черных и цветных металлов и их сплавов, Гомель 2008
