К главным группам
сверхтвердых
материалов
относят алмазы,
нитрид бора, оксид алюминия
(Al
2
O
3
)
и нитрид кремния
(Si
3
N
4
)в монокристальной
форме либо в виде порошков (минералокерамика)
.
Алмаз
— кубическая кристаллическая модификация
углерода, нерастворим в кислотах и
щелочах. Величина алмаза измеряется в
каратах (один карат равен 0,2 г). Различают
природные технические (А)
и поликристаллические синтетические
(АС)
алмазы. Синтетические алмазы получают
методом перевода углерода в другую
модификацию за счет значимого
размера графита в критериях больших
температур (~2500 0 С)
и давлений (~1 000 000 МПа).
Синтетические
поликристаллические алмазы марки АСБ
типа баллас
выпускаются по ТУ 2-037-19-76 (АСБ-1, АСБ-2,
…, АСБ-5), поликристаллические алмазы
марки АСПК
типа
карбонадо
— по ТУ 2-037-96-73 (АСПК-1, АСПК-2, АСПК-3).
Материалы на базе
кубического
нитрида бора
(КНБ)
делятся
на две группы:
материалы, содержащие выше 95% кубического
нитрида бора, и материалы, содержащие
75% кубического нитрида бора с разными
добавками (к примеру, Al 2 O 3).
К первой группе относятся эльбор
– Р
(композит 01), г
ексанит
– Р
(композит 10), белбор
(композит 02), исмит
,
ПТНБ
.
Ко 2-ой группе относится композит
05
с массовой толикой КНБ
75% и Al
2
O
3
25%.
Из минералокерамических
инструментальных материалов более
обширное применение получают последующие
материалы:
Оксидная керамика
(белоснежная)
,
которая состоит из оксида алюминия
(безводного природного глинозема Al 2 O 3
около 99%) с незначимыми добавками
оксида магния (MgO)
либо остальных частей. Выпускаются марки:
ЦМ332, ВШ-75 (ТУ 2-036-768-82);
ВО13 (ТУ
48-19-4204-2-79).
Оксид алюминия
– корунд
.
Употребляют технические (природные) и
синтетические корунды. Из синтетических
корундов обширное применение получили
электрокорунды
(представляющие из себя кристаллический
оксид А1 2 О 3)
марок 16А,15А,14А,13А,12А и т.д. и карборунды
(представляющие
собой хим соединение кремния с
углеродом SiC)
марок 55С, 54С, 53С, 52С, 64С, 63С, 62С.
Оксидно-карбидная
(темная)
керамика
состоит из Al 2 O 3
(60 – 80%), карбидов тугоплавких металлов
(TiC)
и окислов металлов. Выпускаются марки
ВОК60, ВОК71 и В3 по ГОСТ 25003-81.
Оксидно–нитридная
керамика
состоит из нитридов кремния (Si 3 N 4)
и тугоплавких материалов с включением
оксида алюминия и неких остальных
компонент. К данной для нас группе относят
марки:
кортинит
— ОНТ-20
(по ТУ 2-Р36-087-82) и силинит
– Р
(по ТУ 06-339-78).
Характеристики и применение инструментальных материалов
Инструментальные
материалы используются для производства
режущего, мерительного, штампового и
другого инструмента.
Инструментальные
материалы обязаны иметь:
высшую твердость,
существенно превосходящую твердость
обрабатываемого материала;
высшую
износостойкость, нужную для
сохранения размеров и формы режущей
кромки в процессе работы;
достаточную
крепкость при некой вязкости для
предупреждения поломок инструмента
при эксплуатации;
теплостойкость,
когда обработка производится с завышенной
скоростью.
Углеродистые
инструментальные стали предусмотрены
для производства режущих инструментов,
работающих без значимого разогрева
режущей кромки (до 170 … 200 О С)
и штампов прохладного деформирования.
Стали с наименьшим
содержанием углерода (У7,
У7А),
как
наиболее пластичные, идут для производства
ударных инструментов:
зубил, крейцмейселей, кернеров, кувалд,
топоров, колунов; слесарно-монтажных
инструментов:
кусачек,
плоскогубцев, острогубцев, отверток,
молотков; для кузнечных штампов; игольной
проволоки; инструментов для обработки
дерева:
фрез, зенковок, цековок и др.
Стали У8,
У8А, У8ГА, У9, У9А
—
пластичные
и идут для производства инструментов,
работающих в критериях, не вызывающих
разогрева режущей кромки; для обработки
дерева: фрез, зенковок, цековок, топоров,
стамесок, долот, продольных и дисковых
фрез; для накатных роликов; для калибров
обычной формы и пониженных классов
точности и т.д.
Стали У10,У10А
—
отлично
работают без огромных ударных нагрузок
и разогрева режущей кромки. Из их
изготавливают столярные пилы, ручные
ножовки, спиральные сверла, шаберы,
ратфили, ручные мелкоразмерные
метчики, плашки, развертки, рашпили,
надфили, матрицы для прохладной штамповки,
гладкие калибры и скобы и др.
Из сталей У12,
У12А
изготовляют инструменты завышенной
износостойкости, работающие при умеренных
и значимых давлениях без разогрева
режущей кромки:
ратфили, бритвенные ножики, лезвия,
острые хирургические инструменты,
шаберы, гравировальные инструменты,
гладкие калибры.
Легированные
инструментальные стали по сопоставлению с
углеродистыми имеют наиболее высшую
красностойкость (200 … 500 О С),
износостойкость, наилучшую прокаливаемость
по сопоставлению с углеродистыми.
Стали 9ХС, ХГС,
ХВГ, ХВСГФ
употребляют для производства
режущего (метчики, плашки, развертки,
протяжки, фрезы и др.), также штампового
инструмента наиболее ответственного
предназначения, чем из углеродистых сталей,
используемого для обработки мягеньких
материалов.
Стали 8ХФ,
9ХФ, 11ХФ, 9ХФМ, 5ХНМ
и остальные употребляют для производства
деревообрабатывающего инструмента
(8ХФ),
ножей для прохладной резки сплава (9ХФ),
строй пил, обрезных матриц и
пуансонов для прохладной обрезки заусенцев,
хирургических инструментов и др.
Быстрорежущие
стали владеют завышенной износостойкостью
и теплостойкостью (600 … 650 О С),
что дозволяет использовать существенно
наиболее высочайшие скорости резания, чем при
работе инструментов из углеродистых и
легированных сталей,
высочайшей
прочностью на извив и неплохой шлифуемостью
по сопоставлению со спеченными жесткими
сплавами.
Быстрорежущие
стали являются одним из главных
материалов для производства многолезвийных
инструментов, шлифование и заточка
которых вызывает затруднения.
Стали Р18
и Р6М5
используют для производства всех видов
режущих инструментов обрабатывающих
конструкционные стали.
Стали Р6М5Ф3
и Р12Ф3
– для чистовых и получистовых инструментов
(резцов, зенкеров, разверток, сверл,
протяжек, фрез и др.), обрабатывающих
конструкционные и инструментальные
стали.
Стали Р9К5,
Р6М5К5,Р18К5Ф2
– для предварительных и получистовых инструментов
(фрез, долбяков, метчиков, сверл и др.),
созданных для обработки
конструкционных сталей.
Стали Р9
и 11Р3АМ3Ф2
– для инструмента обычной формы,
обрабатывающего углеродистые и
малолегированные стали.
Стали Р9М4К8
и Р2АМ9К5
– для всех видов инструментов применяемых
при обработке прочных
коррозионностойких и жаропрочных сталей
и сплавов.
Спеченные твердые
сплавы
владеют рядом ценных параметров:
большая твердость, сочетающаяся с
высочайшим сопротивлением износу при
треннии как о железные, так и о
неметаллические материалы; завышенная
теплостойкость (до 800 … 900
О С).
Твердые сплавы
находят обширное применение в разных
отраслях индустрии:
режущий инструмент при лезвийной
обработке материалов; буры для обработки
жестких пород; зубки врубовых машин и
комбайнов в угольной индустрии;
рабочие части штампов.
Подмена инструмента
из быстрорежущей стали на твердосплавный
инструмент, дает резкое увеличение
производительности.
Сплавы группы ТК
наиболее тверды, теплостойки и износостойки,
чем надлежащие по содержанию
кобальта сплавы группы ВК
,
но в то же время наиболее хрупки и наименее
высокопрочны. Потому они плохо выдерживают
ударные перегрузки, прерывающееся резание
и обработку с переменным сечением среза.
Т30К4
– для чистового точения с малым сечением
среза;
Т15К6
– для получернового точения при
непрерывном резании,
чистового точения при прерывающемся
резании,
получистового и чистового фрезерования,
рассверливания и растачивания
за ранее обработанных отверстий;
Т14К8
– для предварительного точения, фрезерования
и зенкерования при непрерывной обработке,
получистового и чистового точения при
прерывающемся резании;
Т5К10
– для предварительного точения, фрезерования,
чистового строгания.
Сплавы группы ВК
характеризуются большей прочностью,
но низкой твердостью.
Основное предназначение
вольфрамовых жестких сплавов (группы
ВК
)
— обработка чугунов, цветных металлов
и их сплавов, неметаллических материалов,
титановых сплавов, неких марок
коррозионностойких, прочных и
жаропрочных сталей и сплавов. Сплавы с
маленьким количеством кобальта и
тонкодисперсными карбидами вольфрама
(ВК3, ВК6-ОМ)
используют при чистовой и получистовой
обработке материалов. Сплавы со средним
содержанием кобальта (ВК6,
ВК8)
– при
предварительный и получерновой обработке, а с
огромным содержанием кобальта (ВК10)
– при предварительный обработке материалов.
Из сплавов типа ВК15
изготавливают режущие инструменты для
обработки дерева.
Подмена части
карбидов титана карбидами тантала в
сплавах группы ТТК
увеличивает их
крепкость (вязкость), сопротивление
трещинообразованию при резких перепадах
температуры и прерывающемся резании. По
прочности они занимают промежуточное
положение меж сплавами группТК
иВК.
Сплавы группы ТТК
употребляются при обработке как сталей,
так и чугунов. Они отлично зарекомендовали
себя при предварительный обработке с огромным
сечением среза, при работе с ударами
(строгание, фрезерование) и сверлении.
Безвольфрамовые
твердые
сплавы
различаются высочайшей окалиностойкостью,
сопротивлением агдезии, малым коэффициентом
трения, но имеют пониженную крепкость
и теплопроводимость.
Безвольфрамовые
твердые сплавы демонстрируют отличные
результаты при чистовой и получистовой
обработке резанием вязких металлов и
сталей взамен сплавов Т15К6, Т14К8. Эти
сплавы дают значимый эффект при
подмене инструментальных сталей в
штампах, измерительных инструментах:
фильеры, вытяжные матрицы, прессформы,
калибры измерительных инструментов и
др. Они также отлично употребляются
в качестве режущих инструментов для
обработки цветных металлов и сплавов.
Твердость алмазов
в 6 раз превосходит твердость карбида
вольфрама и в 8 раз – твердость
быстрорежущей стали. Теплопроводимость
алмаза в пару раз выше теплопроводимости
остальных инструментальных материалов,
что компенсирует относительно невысокую
теплостойкость – до 800
О С (при
большем нагреве алмаз графитизируется).
Из больших природных и синтетических
алмазов размером до 120 мм изготавливют:
резцы, наконечники для измерения
твердости металлов, воолочи, стеклорезы,
наконечники для выглаживания и др.
Алмазные инструменты из природных и
синтетических алмазов могут отлично
применяться при обтачивании и растачивании
изделий из цветных металлов и сплавов,
также из неметаллических материалов
и пластмасс. Для обработки сталей их
использовать не рекомендуется из-за мощного
хим взаимодействия.
Кубический нитрид
бора (КНБ)
владеет твердостью, близкой к твердости
алмаза, наиболее теплостоек и химически
инертен по сопоставлению с алмазом, хотя и
наименее теплопроводен, владеет достаточной
ударной вязкостью. Отсутствие у КНБ
хим сродства к железу дозволяет
отлично применять его для обработки
разных труднообрабатываемых сталей,
в том числе цементованных и закаленных,
высочайшими скоростями резания и малыми
толщинами срезаемых стружек, что
обеспечивает возможность подмены
шлифования точением либо фрезерованием.
Корунд
– минерал, уступающий по твердости
лишь алмазу, имеющий температуру
плавления 1750–2050 О С.
Более
незапятнанные прозрачные корунды являются
драгоценными камнями – красноватый рубин
и голубий сапфир. Технические корунды
употребляют в качестве абразивов в
производстве оптики. Синтетические
корунды – электрокорунды – используют
при шлифовании сталей и чугунов, для
заточки режущего инструмента из
инструментальной стали, для доводки
твердосплавного инструмента.
Оксидная и
оксидно-карбидная керамика
владеет довольно большенный твердостью
и износостойкостью, но имеет
крепкость существенно наименьшую по
сопоставлению с жесткими сплавами, из-за
чего же употребляется в большей степени для
чистовой и отчасти получистовой
обработки стали и чугна.
Оксидно –
нитридная керамика
создана для обработки закаленных
сталей, ковких измененных и
отбеленных чугунов, термоулучшенных
сталей.
Какие материалы числятся сверхтвердыми? Каковой спектр их внедрения? Есть ли материалы тверже алмаза? О этом ведает доктор, PhD in Crystallography Артем Оганов.
Сверхтвердыми материалами именуются материалы, которые имеют твердость выше 40 гигапаскалей. Твердость — это свойство, которое обычно измеряется методом царапания. Если один материал царапает иной, то считается, что у него выше твердость. Это относительная твердость, она не имеет твердых количественных черт. Строгие количественные свойства твердости определяются методом теста надавливанием. Когда вы берете пирамидку, сделанную обычно из алмаза, прикладываете некое усилие и надавливаете пирамидкой на поверхность вашего тестируемого материала, измеряете силу надавливания, измеряете площадь отпечатка, применяется поправочный коэффициент, и эта величина будет твердостью вашего материала. Она имеет размерность давления, так как это сила, деленная на площадь, потому гигапаскали (ГПа).
40 ГПа — это твердость кубического поликристаллического нитрида бора. Это традиционный сверхтвердый материал, который довольно обширно применяется. Самым жестким материалом, известным населению земли до сего времени, является алмаз. Длительное время были пробы, которые не прекращаются и на данный момент, открыть материал тверже алмаза. Пока что эти пробы к успеху не привели.
Для чего необходимы сверхтвердые материалы? Число сверхтвердых материалов невелико, порядка 10, быть может, пятнадцать материалов, узнаваемых на сей день. Во-1-х, сверхтвердые материалы могут употребляться при резке, полировании, шлифовании, бурении. При задачках, которые соединены со станкостроением, с ювелирным делом, с обработкой камня, разработкой месторождений, с бурением и так дальше, — это все просит сверхтвердых материалов.
Алмаз является самым жестким материалом, но он не является самым хорошим материалом. Дело в том, что алмаз, во-1-х, хрупок, во-2-х, алмаз пылает в кислородной атмосфере. Представьте для себя бур, который разогревается до высочайшей температуры в кислородной атмосфере. Алмаз, будучи простым углеродом, сгорит. И, не считая того, алмазом недозволено резать сталь. Почему? Поэтому что углерод реагирует с железом, образуя карбид железа, другими словами ваш алмаз просто растворится в стали при довольно высочайшей температуре, и потому необходимо находить какие-то остальные материалы. Не считая того, алмаз, естественно, довольно дорог, даже синтетический алмаз не является довольно дешевеньким материалом.
Наиболее того, сверхтвердые материалы еще могут понадобиться в бронежилетах и иных защитных военных приспособлениях. А именно, обширно употребляется таковой материал, как карбид бора, который тоже является сверхтвердым и довольно легким. Таковой вот спектр внедрения сверхтвердых материалов.
Понятно, что сверхтвердые материалы образуются в субстанциях с мощной ковалентной связью. Ионная связь понижает твердость. Железная связь тоже понижает твердость. Связи должны быть сильными, направленными, другими словами ковалентными, и по способности маленькими. Плотность вещества тоже по способности обязана быть высочайшей, плотность в смысле числа атомов на единицу размера. И по способности симметрия вещества обязана быть тоже весьма высочайшей, чтоб вещество было идиентично мощным в этом направлении, и в этом, и в этом. По другому будет таковая же история, как в графите, где связи весьма мощные, но только в 2-ух направлениях, а в 3-ем направлении меж слоями связи только слабенькие, в итоге вещество выходит тоже мягеньким.
Много институтов, много лабораторий по всему миру занимаются синтезом и разработкой сверхтвердых материалов. А именно, это Институт физики больших давлений в Подмосковье, Институт сверхтвердых и новейших углеродных материалов в Подмосковье, Институт сверхтвердых материалов в Киеве и ряд лабораторий на Западе. Активные разработки в данной для нас области начались, я думаю, с 50-х годов, когда в Швеции и Америке в первый раз был получен искусственный алмаз. Сначала эти разработки были скрытые, но довольно скоро в Русском Союзе тоже был налажен синтез искусственных алмазов, как раз благодаря работам исследователей из Института физики больших давлений и Института сверхтвердых материалов.
Были различного рода пробы сотворения материалов тверже алмаза. 1-ая попытка была на базе фуллеренов. — это молекулы, похожие на футбольный мяч, полые молекулы, круглые либо несколько удлиненные. Связи меж этими молекулами весьма слабенькие. Другими словами это молекулярный кристалл, состоящий из здоровых молекул. Но меж молекулами связи слабенькие, вандерваальсовы. Если такового рода кристалл сдавить, то меж молекулами, меж этими шарами начнут создаваться связи, и структура перевоплотится в трехмерносвязную ковалентную весьма твердую структуру. Этот материал получил заглавие тиснумит в честь Технологического института сверхтвердых и новейших углеродных материалов. Предполагалось, что у этого материала твердость выше, чем у алмаза, но последующие исследования проявили, что это, быстрее всего, не так.
Были предложения и довольно активная дискуссия по поводу того, что нитриды углерода могут быть тверже, чем алмаз, но, невзирая на активную дискуссию и активные исследования, до сего времени таковой материал миру представлен не был.
Была довольно смешная работа китайских исследователей, в какой они представили на базе теоретических вычислений, что иная модификация углерода похожа на алмаз почти во всем, но слегка от него различается, а именуется лонсдейлит. Согласно данной для нас работе, лонсдейлит тверже алмаза. Лонсдейлит увлекательный материал, тонкие ламели этого материала были обнаружены в ударно-сжатом алмазе. Минерал этот был назван в честь известной дамы Кэтлин Лонсдейл, величавого английского кристаллографа, которая жила в 50–70-е годы XX века. У нее была очень увлекательная биография, ей даже довелось посидеть в кутузке, когда она отказалась тушить пожары во время 2-ой мировой войны. Она была по религии квакер, и квакерам запрещались любые деяния, связанные с войной, даже тушить пожары. И за это ее в автозак расположили. Но тем не наименее у нее все было отлично, она была президентом Интернационального союза кристаллографов, и в ее честь был назван этот минерал.
Лонсдейлит, судя по всем имеющимся экспериментальным и теоретическим данным, все таки мягче алмаза. Если поглядеть на работу этих китайских исследователей, то видно, что даже по их расчетам лонсдейлит мягче алмаза. Но как-то вывод был изготовлен вопреки их своим результатам.
Таковым образом, оказывается, что настоящего кандидата на смещение алмаза с должности самого твердого вещества нет. Но тем не наименее вопросец стоит того, чтоб его проработать. Все-же почти все лаборатории до сего времени занимаются попытками сотворения такового материала. При помощи нашего способа пророчества кристаллических структур мы решили сиим вопросцем задаться. И задачку можно сконструировать так: вы ищете не вещество, которое владеет наибольшей устойчивостью, а вещество, которое владеет наибольшей твердостью. Вы задаете спектр хим составов, к примеру, от незапятнанного углерода до незапятнанного азота, и все, что в центре, все вероятные нитриды углерода включены в ваш расчет, и эволюционно пытаетесь отыскать все наиболее и наиболее твердые составы и структуры.
Самым жестким веществом в данной для нас системе оказывается этот же алмаз, и добавка азота к углероду ничего не улучшает в данной для нас системе.
Таковым образом, догадку о нитридах углерода как субстанциях тверже алмаза можно похоронить.
Мы пробовали все другое, что предлагалось в литературе, различные формы углерода и так дальше — во всех вариантах побеждал постоянно алмаз. Так что, похоже, алмаз с этого пьедестала не сдвинуть. Но можно изобрести новейшие материалы, которые лучше алмаза в ряде остальных отношений, к примеру, в смысле трещиностойкости либо в смысле хим стойкости.
К примеру, элементный бор. Нами была открыта структура, новенькая модификация бора. Эту статью мы выпустили в 2009 году, и она вызвала колоссальный резонанс. Структура выходит приложением маленького давления к обыкновенному бору и нагревом его до больших температур. Эту форму мы окрестили гамма-бор, и оказалось, что в ней находится частичная ионная хим связь. По сути это то, что несколько снизит твердость, но за счет высочайшей плотности эта модификация все таки оказывается самой жесткой из узнаваемых модификаций бора, ее твердость около 50 ГПа. Давления для синтеза маленькие, и потому в принципе можно даже мыслить о ее синтезе в довольно огромных размерах.
Нами был предсказан ряд остальных сверхтвердых фаз, таковых как фазы в системе «вольфрам — бор», «хром — бор» и так дальше. Все эти фазы являются сверхтвердыми, но их твердости все таки принадлежат к нижней части этого спектра. Они поближе к отметке в 40 ГПа, чем к отметке в 90–100 ГПа, что соответствует твердости алмаза.
Но поиски длятся, мы не отчаиваемся, и полностью может быть, что мы либо наши остальные коллеги, работающие над данной для нас темой по всему миру, сумеют изобрести материал, который можно будет синтезировать при маленьких давлениях и который по твердости будет приближаться к алмазу. Кое-что в данной для нас области уже изготовлено нами и иными сотрудниками. Но как это применить технологически, пока не совершенно понятно.
Расскажу о новейшей форме углерода, которая по сути была произведена экспериментально еще в 1963 году южноамериканскими исследователями. Опыт был философски довольно обычной: они брали углерод в форме графита и сдавливали его при комнатной температуре. Дело в том, что алмаз так не получить, алмаз просит мощного нагрева. Заместо алмаза в их опытах создавалась прозрачная сверхтвердая неметаллическая фаза, но тем не наименее это был не алмаз. И с чертами ни одной из узнаваемых форм углерода это никак не согласовывалась. В чем дело, что же это все-таки за структура?
Совсем случаем, изучая разные структуры углерода, мы наткнулись на одну структуру, которая только ненамного уступала алмазу по стойкости. Только спустя три года опосля того, как мы эту структуру узрели, поглядели на нее, даже кое-где выпустили меж строк, до нас дошло, что хорошо было бы характеристики данной для нас структуры сопоставить с тем, что было размещено всеми теми исследователями начиная с 1963 года и прямо до самых недавнешних лет. И оказалось, что существует полное совпадение. Мы были счастливы, мы стремительно выпустили статью в одном из самых популярных журналов, The Physical Review Letters
, а через год статью в том же журнальчике выпустили южноамериканские и японские исследователи, которые нашли, что совсем иная структура углерода тоже обрисовывает эти же экспериментальные данные. Неувязка в том, что экспериментальные данные были довольно отвратительного разрешения. Так кто же прав?
Скоро швейцарские и китайские исследователи предложили еще ряд модификаций. И под занавес один китайский исследователь опубликовал около сорока структур углерода, большая часть из которых тоже обрисовывают эти же экспериментальные данные. Он мне пообещал, что, если ему будет не лень, он еще порядка 100 структур предложит. Так какая же структура верная?
Для этого пришлось изучить кинетику преобразования графита в разные структуры углерода, и оказалось, что нам крупно подфартило. Оказалось, что наша структура является более предпочтительной исходя из убеждений кинетики преобразования.
Спустя месяц опосля опубликования нашей статьи вышла экспериментальная работа, в какой экспериментаторы сделали более четкий опыт с данными еще наилучшего разрешения, чем до этого, и вправду оказалось, что из всех тех 10-ов размещенных структур лишь одна структура разъясняет экспериментальные данные — это все таки наша структура. Этот новейший материал мы окрестили М-углерод, так как симметрия его моноклинная, от первой буковкы М.
Этот материал только ненамного уступает по твердости алмазу, но есть ли некое свойство, в каком он превосходит алмаз, до сего времени неясно.
До сего времени это, можно сказать, «вещь внутри себя». Мы продолжаем поиски и возлагаем надежды, что нам получится изобрести материал, который, не очень уступая алмазу по твердости, существенно будет его обгонять по всем остальным чертам.
Один из методов улучшения механических черт веществ состоит в их наноструктурировании. А именно, повысить твердость такого же самого алмаза можно, если создавать нанокомпозиты алмаза либо же нанополикристаллы алмаза. В таковых вариантах твердость удается повысить даже в 2 раза. И это было изготовлено японскими исследователями, и на данный момент можно созидать продукцию, которую они создают, довольно огромные, порядка кубического сантиметра нанополикристаллы алмаза. Основная неувязка с этими нанополикристаллами в том, что они так тверды, что их фактически нереально даже отшлифовать, и целая лаборатория шлифует это недельками.
Вот таковым образом можно как поменять химизм, поменять структуру вещества в поисках улучшения его твердости и иных черт, так и поменять размерность.
Более действенное применение алмазного инструмента получают на чистовых и отделочных операциях при обработке деталей из цветных металлов и их сплавов, также неметаллических и композиционных материалов. Алмаз, как инструментальный материал имеет два существенных недочета — относительно низкую теплостойкость и диффузионное растворение в железе при больших температурах, что фактически исключает внедрение алмазного инструмента при обработке сталей и сплавов, способных создавать карбиды. В то же время, благодаря весьма высочайшей теплопроводимости, режущая кромка лезвия активно охлаждается, потому алмазный инструмент подходящ для работы с высочайшими скоростями резания.
Типы имеющихся в мировой практике СТМ на базе алмазов представлены на рис. 6.23.
Рис. 6.23 Сверхтвердые материалы для лезвийного инструмента на базе алмаза
Монокристаллические алмазные лезвийные инструменты используют для обработки радиотехнической керамики, полупроводниковых материалов, высокоточной обработки цветных сплавов. Монокристаллический алмазный инструмент характеризуется рекордными показателями по износостойкости и наименьшим радиусом округления режущей кромки, что обеспечивает высочайшее свойство обработанной поверхности. Следует учесть, что стоимость монокристаллического алмазного лезвийного инструмента в разы превосходит стоимость алмазного инструмента из поликристаллов. Достоинства инструментальных поликристаллических алмазов (ПКА, за рубежом PCD), в сопоставлении с монокристаллическими, соединены с случайной ориентацией кристаллов в рабочем слое режущих пластинок, что обеспечивает высшую однородность по твердости и стойкости к истиранию во всех направлениях при огромных показателях прочности. Из поликристаллических алмазов, приобретенных на базе фазового перехода, распространение для лезвийного инструмента получили марки АСПК, которые получают из графита при синтезе в присутствии металлорастворителей. Марки АСПК выпускаются в виде цилиндров поперечником 2, 3 и 4 мм, длиной до 4 мм.
Из всех видов PCD наибольшее распространение имеют алмазные инструменты приобретенные спеканием порошков алмазов (размер 1…30 мкм) в присутствии кобальтового катализатора. Примером могут служить тонкодисперсные CMX850 либо всепригодная марка CTM302 конторы ElementSix, вставки различной формы ВНИИАЛМАЗ, ОАО (форма организации публичной компании; акционерное общество) «МПО ВАИ». Значительные достоинства по прочности пластинок и по удобству их крепления пайкой в корпусе инструмента имеют двухслойные пластинки с алмазным слоем на твердосплавной подложке, именуемые также АТП — алмазно-твердосплавные пластинки. К примеру, за рубежом такие пластинки разных типоразмеров под фирменным заглавием Compax выпускает Diamond Innovations. Компания Element Six выпускает пластинки Sindite с шириной алмазного слоя от 0,3 до 2,5 мм и различной величиной алмазного зерна. Двухслойный СВБН российского производства припаивают в верхушке твердосплавной пластинки обычных размеров. К классу композиционных относят алмазосодержащие материалы на базе жестких сплавов, также композиции на базе поликристаллических алмазов и гегсагонального нитрида бора. Из композитов алмаз — жесткий сплав, отлично зарекомендовавших себя в эксплуатации, необходимо подчеркнуть «Славутич» (из природных алмазов) и «Твесал» (из синтетических алмазов).
Поликристаллы алмаза, приобретенные хим парофазным осаждением (CVD-diamond), представляют принципно новейший тип СТМ на базе алмазов. По сранению с поликристаллическими алмазами остальных типов, они характеризуются высочайшей чистотой, твердостью и теплопроводимостью, но наименьшей прочностью. Представляют толстые пленки, а на самом деле — пластинки шириной 0,3…2,0 мм (более типична толщина 0,5 мм), которые опосля выкармливания отслаиваются от подложки, разрезаются лазером и припаиваются к твердосплавным вставкам. При обработке высокоабразивных и жестких материалов имеют стойкость в пару раз выше остальных PCD. По данным компании ElementSix, выпускающих такие PCD под общим заглавием CVDite, они рекомендуются для непрерывного точения керамики, жестких сплавов, металломатричных композиций. Для обработки сталей не употребляются. В крайние годы возникли публикации о промышленном выращивании монокристаллических алмазов по технологии CVD. Таковым образом, в не далеком будущем следует ждать возникновения на рынке монокристаллических алмазных инструментов этого типа.
По технологии CVD получают не только лишь алмазный лезвийный инструмент, описанный чуть повыше, да и алмазные покрытия на жестком сплаве и неких глиняних инструментальных материалах. Так как температура процесса составляет 600…1000 0 С, такие покрытия не могут быть нанесены на металлической инструмент. Толщина покрытий на инструменте, в том числе сложнопрофильном (сверла, фрезы, СМП), составляет 1…40 мкм. Области оптимального использования алмазных покрытий подобны инструменту CVD-diamond.
Следует различать алмазные покрытия от алмазоподобных. Алмазоподобные — Diamond-LikeCoating (DLC) покрытия бесформенного типа состоят из атомов углерода, как с алмазными, так и с графитоподобными связями. Алмазоподобные покрытия, наносимые способами физического осаждения из газовой фазы (PVD) и хим осаждения из газовой фазы активированные плазмой (PACVD) имеют толщину 1…30 мкм (обычно около 5 мкм) и характеризуются высочайшей твердостью и рекордно низким коэффициентом трения. Так как процесс нанесения таковых покрытий проводится при температурах не выше 300 0 С они употребляются также для увеличения стойкости быстрорежущего инструмента. Больший эффект от алмазоподобных покрытий достигается при обработке медных, дюралевых, титановых сплавов, неметаллических материалов и высокоабразивных материалов.
Сверхтвердые композиты на базе нитрида бора.
СТМ на базе поликристаллического кубического нитрида бора (ПКНБ в Рф и PCBN за границей), некординально уступая алмазу по твердости, различаются высочайшей теплостойкостью, стойкостью к повторяющемуся действию больших температур и, что в особенности принципиально, наиболее слабеньким хим взаимодействием с железом, потому большая эффективность внедрения инструментов на базе BN имеет пространство при обработке чугунов и сталей, в том числе высокотвердых.
За рубежом по ISO 513 подразделение марок PCBN ведется по содержанию в материале кубического нитрида бора: с высочайшим (70…95%) содержанием BN (индекс «H») и относительно маленьким количеством связки, и с низким (40…70%) содержанием BN (индекс «L»). Для низкосодержащих марок PCBN употребляется глиняная связка TiCN. Марки с высочайшим содержанием BN рекомендуются для скоростной обработки чугуна всех типов, в том числе закаленных и отбеленных, также точения жаропрочных никелевых сплавов. PCBN с низким содержанием BN, владеют большей прочностью и употребляются в главном для обработки закаленных сталей, в том числе при прерывающейся обработке. Компанией Sumitomo Electric также выпускаются пластинки PCBN с глиняним покрытием (тип BNC), имеющие завышенную стойкость при скоростной обработке сталей и обеспечивающие высочайшее свойство обработанной поверхности.
Кроме однородных по структуре, ПКНБ выпускаются в виде двухслойных пластинок с твердосплавной основой (аналогично ПКА). Композиционные ПКНБ получают спеканием консистенции порошков синтетического алмаза и кубического либо вюрцитного нитрида бора. В забугорных странах материалы на базе вюрцитного нитрида бора широкого внедрения не имеют.
Предназначение СТМ на базе кубического нитрида бора:
Композит 01 (Эльбор Р), Композит 02 (Бельбор Р) — тонкое и чистовое точение без удара и торцовое фрезерование закалённых сталей и чугунов хоть какой твёрдости, твёрдых сплавов с содержанием связки наиболее 15%.
Композит 03 (Исмит) — чистовая и получистовая обработка закалённых сталей и чугунов хоть какой твёрдости.
Композит 05, композит 05ИТ, композит КП3 — предварительное и окончательное точение без удара закалённых сталей до 55HRC и сероватого чугуна твердостью 160…600HB, глубина резания до 0,2…2 мм, торцовое фрезерование чугуна.
Композит 06 — чистовое точение закалённых сталей до 63HRC.
Композит 10 (Гексанит Р), композит КП3 — предварительное и окончательное точение с ударом и без удара, торцовое фрезерование сталей и чугунов хоть какой твёрдости, твёрдых сплавов с содержанием связки наиболее 15% , прерывающееся точение, обработка наплавленных деталей. Глубина резания 0,05…0,7 мм.
Томал 10, Композит 10Д — предварительное, получерновое и чистовое точение и фрезерование чугунов хоть какой твёрдости, точение и растачивание сталей и сплавов на базе меди, резание по литейной корке.
Композит 11 (Kиборит) -предварительное и окончательное точение, в том числе с ударом, закалённых сталей и чугунов хоть какой твёрдости, износостойких плазменных наплавок, торцовое фрезерование закалённых сталей и чугунов.
За рубежом лезвийные инструменты на базе PCBN выпускают конторы ElementSix, Diamond Innovations, Sumitomo Electric Industries, Toshiba Tungalloy, Kyocera, NTK Cutting Tools, Ceram Tec, Kennametal, Seco Tools, Митсубиси Carbide, Sandvik Coromant, ИСМ (Украина), Widia, Ssangyong Materials Corporation и др.
Основная область действенного внедрения лезвийного режущего инструмента из СТМ – автоматическое создание на базе станков с ЧПУ, многоцелевых станков, автоматических линий, особых высокоскоростных станков. В связи с завышенной чувствительностью инструментов из СТМ к вибрациям и ударным перегрузкам, к станкам предъявляются завышенные требования в отношении точности, виброустойчивости и жесткости технологической системы. Разные виды СBN (композиты на базе кубического нитрида бора) используют для обработки закаленных сталей и чугуна, которые имеют высшую твердость и крепкость. Композиты демонстрируют хорошие эксплуатационные свойства во время обработки и обеспечивают не плохое свойство поверхности, благодаря собственному хим составу и современной технологии спекания (рис. 6.24).
Набросок 6.24 – Обычные изображения микроструктуры композита на базе CBN
Применение инструмента из СТМ дозволяет прирастить производительность обработки в пару раз по сопоставлению с твердосплавным инвентарем, при всем этом улучшается свойство обработанных поверхностей и исключается необходимость следующей абразивной обработки. Выбор хорошей скорости резания определяется величиной снимаемого призапуска, способностями оборудования, подачей, наличием ударных нагрузок в процессе резания и почти всеми иными факторами (рис. 6.25, 6.26).
Набросок 6.26 – Области внедрения неких марок композитов
Набросок 6.26 – Пример обработки закаленных сталей инвентарем из СТМ
7 ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ОБРАБОТКЕ МАТЕРИАЛОВ РЕЗАНИЕМ.
Материалы высочайшей твердости употребляются основным образом в механизмах, подверженных абразивному изнашиванию.
Из обычных веществ большенный твердостью владеют только алмазы и бор.
Подавляющее большая часть веществ высочайшей твердости — тугоплавкие хим соединения (карбиды, нитриды, бориды, силициды).
Из-за высочайшей хрупкости жестких соединений и трудности их обработки изготовка деталей из их почти всегда нецелесообразно либо экономически нерентабельно. Основная область их внедрения — твердые составляющие композиционных материалов и покрытия, наносимые различными методами.
Сверхтвердые материалы
К ним относятся кубические модификации углерода (алмаз) и нитрида бора.
Синтетические алмазы в виде порошков употребляют для изготовления абразивного инструмента и абразивных наст, в виде плотных поликристаллических образований (Баллас, Карбонадо) для производства абразивного инструмента, резцов, волочил.
Спеканием консистенции микропорошков синтетических и природных алмазов получают плотные поликристаллические образования алмаза — СВ и Дисмит.
Алмазы марки СВ используют для буровых коронок и долот, также для резки неметаллических материалов.
Дисмит используют для производства горнобурового инструмента, режущего инструмента (резцы, сверла и остальные), применяемого для обработки цветных металлов и сплавов, пластмасс, стеклопластиков.
Кубический нитрид бора
Получают лишь синтетическим методом из гексагональной модификации. Применяется основным образом для производства абразивного инструмента. По твердости он уступает алмазу, но значительно превосходит его по теплостойкости.
В США (Соединённые Штаты Америки — государство в Северной Америке) кубический нитрид бора выпускается под заглавием Боразон, в СНГ (Содружество Независимых Государств — региональная международная организация (международный договор), призванная регулировать отношения сотрудничества между государствами, ранее входившими в состав СССР) — Эльбор и Кубонит. Марки их соответственно ЛО и КО обыкновенной прочности и ЛР и КР — завышенной.
Разновидности поликристаллического материала на базе Эльбора и Кубонита — Эльбор -Р, Гексанит — Р, ИСМИТ, ПНТБ, КОМПОЗИТ и остальных… выпускаются в виде пластинок различной формы. Изготавливают из их металлорежущий инструмент, используемых при обработке труднообрабатываемых закаленных сталей, чугунов и сплавов с твердостью HRC>40. Стойкость такового инструмента в 10…20 раз больше стойкости твердосплавного, производительность увеличивается в 2…4 раза.
Сверхтвердые материалы
Сверхтвёрдые материа́лы
— группа веществ, владеющих высокой твердостью, к которой относят материалы, твёрдость и износустойчивость которых превосходит твёрдость и износоустойчивость твёрдых сплавов на базе карбидов вольфрама и титана с кобальтовой связкой карбидотитановых сплавов на никель-молибденовой связке. Обширно используемые сверхтвердые материалы: электрокорунд , оксид циркония , карбид кремния , карбид бора , боразон , диборид рения , алмаз . Сверхтвёрдые материалы нередко используются в качестве материалов для абразивной обработки .
В крайние годы пристальное внимание современной индустрии ориентировано к изысканию новейших типов сверхтвёрдых материалов и ассимиляции таковых материалов, как нитрид углерода, сплав бор-углерод-кремний , нитрид кремния, сплав карбид титана-карбид скандия, сплавы боридов и карбидов подгруппы титана с карбидами и боридами лантаноидов.
Wikimedia Foundation
.
2010
.
Глядеть что такое «Сверхтвердые материалы» в остальных словарях:
Сверхтвердые глиняние материалы
— – композиционные керамические материалы, получаемые введением разных легирующих добавок и заполнителей в начальный нитрид бора. Структура таковых материалов образована крепко связанными мелкими кристаллитами и, как следует, они являются… …
Группа веществ, владеющих высокой твердостью, к которой относят материалы, твёрдость и износоустойчивость которых превосходит твёрдость и износоустойчивость твёрдых сплавов на базе карбидов вольфрама и титана с кобальтовой связкой… … Википедия
Древесноволокнистые сверхтвердые плиты СМ-500
— – изготовляют прессованием молотой древесной массы, обработанной полимерами, почаще всего фенолоформальдегидными, с добавками высыхающих масел и неких остальных компонент. Выпускают длиной 1,2 м, шириной 1,0 м и шириной 5 6 мм. Полы из таковых… … Энциклопедия определений, определений и пояснений строй материалов
порошковые материалы
— консолидированные материалы, приобретенные из порошков; в литературе нередко употребляется вместе с «порошковыми материалами» термин «спеченные материалы», т.к. один из главных методов консолидации порошков спекание. Порошковые… … Энциклопедический словарь по металлургии
— (фр. abrasif шлифовальный, от лат. abradere соскабливать) это материалы, владеющие высочайшей твердостью, и применяемые для обработки поверхности разных материалов. Абразивные материалы употребляются в действиях шлифования, полирования,… … Википедия
В Википедии есть статьи о остальных людях с таковой фамилией, см. Новиков. В Википедии есть статьи о остальных людях с именованием Новиков, Николай. Новиков Николай Васильевич … Википедия
Шлифовáние механическая либо ручная операция по обработке твёрдого материала (сплав, стекло, гранит, алмаз и др.). Разновидность абразивной обработки, которая, в свою очередь, является разновидностью резания. Механическое шлифование обычно… … Википедия
— (от ср. век. лат. detonatio взрыв, лат. detonо гремлю), распространение со сверхзвуковой скоростью зоны резвой экзотермич. хим. р ции, последующей за фронтом ударной волны. Ударная волна инициирует р цию, сжимая и нагревая детонирующее в во… … Хим энциклопедия
Неорганическая химия раздел химии, связанный с исследованием строения, обскурантистской возможности и параметров всех хим частей и их неорганических соединений. Это область обхватывает все хим соединения, кроме органических… … Википедия
— … Википедия
Книжки
-
Инструментальные материалы в машиностроении: Учебник. Гриф МО РФ (Российская Федерация — государство в Восточной Европе и Северной Азии, наша Родина) , Адаскин А.М.. В учебнике представлены материалы для производства режущего, штампового, слесарно-монтажного, вспомогательного, контрольно-измерительного инструмента: инструментальные, быстрорежущие и…
Источник: