Минералокерамические твердые сплавы.

В настоящее время металлокерамика широко используется как конструк ционный материал с особыми химическими, фрикционными и тепллофизическими свойствами, наиболее широко керамику применя­ют в промышленности в качестве инструментального материала. По составу режущую керамику подразделяют на:

 - оксидную — А1₂О₃ (99%) с добавками оксидов магния и циркония (белая);

- оксидно-карбидную А1₂О₃ (60-80%) с оксидами и карбидами тугоплавких металлов (чер­ная);

- оксидно-нитридную Аl2О3, и ТiN (кортинит);

- на основе нитрида кремния Si₃  N4(силинит — Р).

В отличие от твердых сплавов керамика не содержит металла - связки, в ее состав входят только твердые компоненты — оксиды, карбиды, нитриды. Поэтому керамика имеет весьма высокие теп­лостойкость (1200—1400 °С) и твердость (до 96НRА), что позволя­ет выполнять резание со скоростями 400—600 м/мин. Отсутствие пластичной фазы в структуре керамики определяет высокую хруп­кость и низкую прочность режущей керамики.

Оксидная керамика. Механические свойства керамики, состоя­щей только из оксида алюминия А1₂О₃, низкие. Предел прочности на изгиб составляет 200—350 МПа. Повышение механических свойств керамики достигается за счет улучшения ее структуры, создания напряжений сжатия, упрочнения армирующими волокнами. Проч­ность керамики повышается с уменьшением пористости. Уменьше­ние пористости достигается при переходе от холодного прессова­ния (ХП+С) к горячему (ГП). Величина зерна зависит от темпера­туры спекания, снижение которой, измельчающее структуру, достигается за счет добавок МgО.

Весьма эффективно повышение прочности при введении в со­став керамики оксида циркония ZгО₂ (5—15% масс.).

Армирование керамики осуществляется введением монокрис­таллических волокон (усов) карбида кремния, сдерживающих распространение трещины. При содержании 30% SiС достигается повышение прочности на 25—30% и, кроме того, повышается теп­лопроводность керамики.

Оксидно-карбидная и оксидно-нитридная керамики. В состав этих керамик, помимо оксида алюминия, входят карбиды или нитриды тугоплавких компонентов. Эффект от их введения связан с подав­лением процесса рекристаллизации при спекании и в результате этого получения мелкозернистой структуры (величина зерна сни­жается примерно в 2 раза), что приводит к повышению прочности. Механические свойства оксидно-карбидной и оксидно-нитридной керамик могут быть дополнительно повышены так же, как и для белой, за счет измельчения зерна (технология ГП) и легирования диоксидом циркония.

Нитридная керамика. Основа такой керамики — нитрид крем­ния Si₃N₄. Получение плотного материала из чистого нитрида кремния при нормальном давлении не достигается вплоть до температуры его термического разложения. Это объясняется низкой диффузионной подвижностью атомов и высоким сопротивлением перемещению дислокаций. Необходимая плотность достигается лишь в присут­ствии активирующих добавок, влияние которых проявляется в том, что при нагреве смеси порошков нитрида кремния и активатора происходит образование жидкой фазы. Наиболее эффективен ок­сид магния, введение которого в малых количествах (доли процен­та) позволяет достичь полного уплотнения. Помимо МgО, в каче­стве добавок используется Y₂О₃ (оксид иттрия), ZгО₂, а также ком­плексная добавка активатор — Y₂О₃ + А1₂О₃.

Механические свойства оксидно-карбидной и оксидно-нитридной керамик могут быть дополнительно повышены так же, как и для белой, за счет измельчения зерна (технология ГП) и легирования диоксидом циркония.

Нитридная керамика. Основа такой керамики — нитрид крем­ния Si₃N₄.

Получение плотного материала из чистого нитрида кремния при нормальном давлении не достигается вплоть до температуры его термического разложения. Это объясняется низкой диффузионной подвижностью атомов и высоким сопротивлением перемещению дислокаций. Необходимая плотность достигается лишь в присут­ствии активирующих добавок, влияние которых проявляется в том, что при нагреве смеси порошков нитрида кремния и активатора происходит образование жидкой фазы. Наиболее эффективен ок­сид магния, введение которого в малых количествах (доли процен­та) позволяет достичь полного уплотнения. Помимо М§О, в каче­стве добавок используется Y₂О₃ (оксид иттрия), ZгО₂, а также ком­плексная добавка активатор — Y₂О₃ + А1₂О₃.

 

Абразивные материалы.

В качестве абразивных материалов (абразивов) используют при­родные и искусственные вещества, обладающие высокой твердо­стью, т.е. карбиды, оксиды, нитриды, алмаз.

Абразивы предназначены для шлифования и полирования са­мых разнообразных материалов. Выполнение этих операций осуще­ствляется абразивным порошком в свободном состоянии, абразив­ным инструментом (круги, сегменты, бруски, шкурка), в котором абразивные зерна соединены связкой (органической, керамичес­кой, металлической, см. ниже), и пастами, в состав которых кроме абразивного порошка входят вязкие смазывающие вещества.

Абразивные порошки в зависимости от крупности, т.е. размера зерна основной фракции, подразделяют на:

шлифзерно (2000—160 мкм),

шлифпорошки (125—40 мкм),

микропорошки (63—3 мкм).

Наибольшее распространение в металлообработке получили электрокорунд — А1₂О₃, карбид кремния — SiС, СТМ - куби­ческий нитрид бора — ВN и алмаз.

Абразивная способность абразивов (она оценивается массой со-шлифованного эталонного материала — стекла при одинаковом рас­ходе абразива) примерно пропорциональна твердости (табл. 4). Та­ким образом, по абразивной способности алмаз значительно пре­восходит прочие абразивные материалы.

                                                                            Таблица 4

 

Электрокорунд получают плавкой из бокситов или глинозема. Выпускаются следующие разновидности: нормальный, белый, ле­гированный, монокорунд и сферокорунд.

Нормальный электрокорунд содержит 92—96% А1₂О₃, его твер­дость 1900—2000 НV. Содержание А1₂О₃ (остальное — примеси) в белом электрокорунде, монокорунде (оксид алюминия представ­лен монокристаллами) и сферокорунде (оксид алюминия в виде полых сфер) выше — 97—99%. Твердость белого электрокорунда и сферокорунда — 2000-2100 НV, монокорунда — 2300-2400 НV. Ле­гированные корунды (хромистый, титанистый, циркониевый) по­мимо оксида алюминия содержат оксиды других металлов. Эти виды корунда имеют более однородную структуру и более высокие меха­нические свойства, их твердость 2000—2400 НV.

Нормальный электрокорунд применяют для изготовления кру­гов на органической связке и паст, используемых для обработки углеродистых незакаленных сталей, чугунов, цветных металлов.

Белый электрокорунд используется для обработки углеродистых, легированных, быстрорежущих сталей. Из него изготавливают шлиф-зерно, шлифпорошки и микропорошки для производства абразив­ного инструмента (кругов, шкурок) и паст.

Монокорунд используют для обработки труднообрабатываемых сталей и сплавов. В процессе обработки монокристаллы скалывают­ся, что обеспечивает высокие режущие свойства кругов и малые силы резания. Из него изготавливают круги на керамической связ­ке и шлифовальную шкурку.

Круги из легированных корундов рекомендуется применять для обработки закаленных сталей с высокой твердостью, при этом обес­печивается повышение производительности в 1,5—2 раза по срав­нению с белым электрокорундом.

Инструмент из сферокорунда на различных связках применяют для обработки мягких и вязких материалов: кожи, резины, пласт­массы, цветных металлов. В процессе шлифования сферы разруша­ются, обнажая острые режущие кромки. Это обеспечивает малое тепловыделение при высокой производительности.

Карбид кремния (3300—3600 НV) получают путем силицирования углерода в парах кремниевой кислоты при 1800—2100 °С. Химически чистый SiС бесцветен и прозрачен, технический в зависимости от содержания и состава примесей имеет цвет от светло-зеленого до черного. Промышленность выпускает два вида карбида кремния: чер­ный (КЧ) и зеленый (КЗ). КЗ содержит меньшее количество приме­сей, обладает несколько большими твердостью и хрупкостью, его используют для обработки инструмента из твердых сплавов, кера­мики, правки шлифовальных кругов. КЧ применяют для обработки чугуна, цветных металлов и неметаллических материалов.

Применение СТМ на основе алмаза и кубического нитрида бора для изготовления абразивного инструмента обусловлено их высокой абразивной способностью. Их использование позволяет повысить производительность обработки и улучшить качество обра­батываемых деталей, при этом удельный расход инструмента по срав­нению с другими абразивными материалами значительно ниже. Вы­пускаются круги на различных связках, пасты, микропорошки.

Алмазный инструмент изготавливают в основном из искусствен­ных алмазов, но могут быть использованы и природные алмазы наиболее дешевых сортов. Абразивные круги на основе алмаза и нитрида бора в связи с их высокой твердостью широко используют для заточки и доводки режущего инструмента. При этом шероховатость затачиваемой по­верхности меньше, чем при использовании других абразивных ма­териалов, а стойкость затачивающего инструмента выше.

Использование абразивного инструмента на основе СТМ опре­деляется, как уже указывалось, различием химических свойств — нейтральностью нитрида бора к сплавам на основе железа и, на­против, значительной растворимостью в этих материалах углерода. СТМ на основе нитрида бора в связи с этим используется для об­работки деталей из черных металлов. Для обработки твердых спла­вов, горных пород высокой твердости, цветных металлов применя­ют алмазный инструмент, обладающий более высокой твердостью.

 

⇐ Предыдущая12131415161718192021Следующая ⇒

Поделиться: