Інструментальні матеріали (стр. 3 из 3)
Починаючи з 90х років спостерігається значне збільшення виробництва КНБ і до кінця ХХ століття об’єм його випуску становив 15 тон в рік. Продаж інструментів на основі КНБ перевищує декілька мільярдів доларів США. На ринку СНД найбільш відомі торгові марки КНБ – це кубаніт, що випускається Науково-технологічним алмазним концерном „Алкон” НАН України (НТАК „Алкон”) і ельбор Абразивного заводу „Ильич” Росія, а в далекому зарубіжжі – бора зон „Дженерал Електрик” США.
Кубаніт – це хімічне з’єднання двох елементів – бору(43,6%) і азоту (56,4%). Він має кристалічну гатку з майже такою ж будовою, як алмаз. По твердості він приближається до алмазу, але має більш високу теплостійкість і дифузійну стійкість. Мікротвердість КНБ знаходиться в границях 80-90 гПа (алмаз
100гПа), теплостійкість 1200оС, щільність 3,45 Г/см3 (менша ніж у алмаза). Міцність шліф порошків з КНБ відповідає міцності шліф порошків з синтетичних алмазів марок АС2, АС4, АС6, АС15. Порошки кубаніта виготовляють у вигляді мікро порошків марки КМ і шліф порошків КО,КР,КВ.В останній час до надтвердих матеріалів відносять матеріали, що містять композицію Si-Al-O-N(торгова марка “сіалон”) в основі яких лежить нітрид кремнію Si3N4.Комбінація цієї основи з різними елементами позволяє створити матеріали з різними властивостями, наприклад “силініт”(створений ІПМ АН УРСР), який використовується для напівчистової обробки чавунів в тому числі і відбілених і інших матеріалів, що дають стружку надлому.
На основі кубічного нітриду бору випускаються матеріали марок “ельбор Р” (К01), який використовується для чистової обробки загартованих сталей і чавунів; гексаніт (К10) використовується для чистової обробки гартованих сталей(НRC 40-68), чавунів і твердих сплавів; композит К05 використовується для напівчистової обробки чавунів і інших матеріалів, які дають стружку надлому. Цілий ряд такого класу матеріалів випускають фірми Японії, США, Англії, Німеччини.
Випускаються ці матеріали у вигляді непереточуваних твердосплавних пластинок з нанесеним на них шаром надтвердого покриття.
1.5 МЕТОДИ ПІДВИЩЕННЯ ЗНОСОСТІЙКОСТІ ІНСТРУМЕНТУ
Традиційні методи підвищення зносостійкості шляхом складного легування інструментальних матеріалів практично вичерпали свої можливості. Розроблено методи підвищення зносостійкості, які ґрунтуються на створенні на робочих поверхнях інструменту тонких поверхневих шарів з заданими властивостями. Найбільш розповсюджені хіміко-термічні методи (ціанування, азотування, нітроцементація, борування…). Тут зміна хімічного складу поверхневого шару досягається за рахунок дифузії різних елементів з зовнішнього середовища в матеріал інструменту. Найбільше розповсюдження одержало ціанування, після якого на поверхні сталевого інструменту утворюється шар товщиною 20-30 мкм твердістю НКС 70.високої тепло і зносостійкості. За рахунок цього стійкість інструменту підвищується в 1,5-2 рази.
Нанесення покрить на інструментальні матеріали позволяє створити новий комплекс властивостей з збереженням необхідної властивості основи. Ці способи одержали широкий розвиток і розділяються на 2 методи:
1. Хімічне осадження покрить з газової фази (СVD метод) ґрунтується на конденсації твердих осадків з газоподібних з’єднань. При цьому температура підложки дуже висока (1000-1100 0С) і цей метод можна використовувати тільки для нанесення покрить на тверді сплави. Матеріал покриття: TiC; ТiN;TiNC;ZrN; HfC; MoC; MoN; CrN; TaN.
2. Фізичні методи (РVD): КІБ – конденсація з іонним бомбардуванням інструменту, РЕП- реактивно іонно променеве осадження покрить у вакуумі. Тут температура відносно не висока (420-620 0С) і ці методи можна використовувати для нанесення покрить на швидкорізальні сталі і тверді сплави. На основі КІБ методу працюють установки “Булат” і установки іонного азотування. Із збільшенням температури в зоні різання PVD покриття значно менше втрачають у твердості ніж CVD покриття.
В інституті надтвердих матеріалів ім.. В.М.Бакуля НАН України відкрито явище поглинання металічних розплавів без пористими спеченими композиційними матеріалами. На основі цього явища розроблена нова технологія одержання твердосплавних виробів з градієнтною структурою. Формування градієнтної структури досягається шляхом високотемпературної металічними розплавами спечених виробів. Цю технологію називають ОМР. Випробування показали, що бурові долота, які мають твердосплавні вставки з градієнтною структурою, мають у 2 рази вищу стійкість, ніж серійні.
Технологія ОМР позволяє створювати градієнтні структури на мікро і субмікро рівнях, керувати поліморфним перетворенням в Со –фазі і таким чином гальмувати розвиток тріщин, що виникають в процесі стомлювання, в твердосплавних виробах. Так при різанні металів в зоні різальної кромки різця виникають мікро тріщини. Під дією змінних полів напружень і температурних полів ці мікро тріщини ростуть, утворюють сітку мезотріщин, в результаті чого різець виходить з ладу. Для подавлення росту мікро тріщин пропонується проводити легування різальної кромки, використовуючи технологію ОМП, і таким чином створювати градієнтні структури в зоні різальної кромки. Легування можна проводити любими металами і неметалами.
Розроблено технології, що позволяють наносити покриття (до 10-15 шарів) без значного збільшення їх товщини. Японська фірма “SumitomoElectric” створила надтонке гладке покриття з “надструктурою” ZX (TiN/AlN), яке при товщині 2,5 мкм складається з 2000 шарів (товщина шару 1,25 нм). Твердість покриття 4000 НV, що спів розмірно з твердістю КНБ. Використовується в різальних інструментах для обробки сталей, чавунів, жароміцних матеріалів при високій температурі і великих подачах. Швейцарська фірма “Frаisa” розробила технологію DSC(подвійного покриття), що позволяє одержувати передню і задню поверхні інструменту з різними властивостями. На задню поверхню наноситься тверде термічно ізолююче покриття, а на передню поверхню – шар покриття з коефіцієнтом тертя близьким до 0. Фірма “Winter” для обробки чавунних відливок створила різальні пластинки з двома функціональними покриттями: на передній поверхні-чорне, а на задній – золотисте, збільшивши продуктивність обробки на 75%.