Сверхтвердые инструментальные материалы

     Сверхтвёрдыми инструментальными считаются такие материалы, у которых твердость (по HV) превышает 35 ГПа при комнатной температуре.

     Наиболее твёрдый материал на нашей планете − природный алмаз. Но он, для использования в режущих инструментах, имеет ряд значительных недостатков. Теплостойкость инструмента из этого монокристалла сравнительно невелика и достигает лишь 700-750 С, ударная вязкость недостаточна. Более того, в процессе работы режущие кромки природного алмаза быстро выкрашиваются, не говоря уже о его высокой цене и дефицитности. Всё вышеперечисленное сужает использование этого минерала в качестве элемента режущего инструмента.

     Необходимость промышленности в легкодоступных и дешёвых сверхтвёрдых материалах заставила учёных-химиков заняться поисками подходящей альтернативы. И в 1959 г. в бывшем Советском Союзе (двумя годами ранее − в Соединённых Штатах) частицы графита, имеющие гексагональную (шестигранную) форму, синтезом в среде высокой температуры и давления, с применением катализаторов, удалось преобразовать в небольшие сверхтвёрдые кристаллики кубической формы искусственного алмаза с размерами до двух миллиметров. А в 70-х г. для выпуска лезвий к инструментам были изготовлены кристаллики круглой формы искусственных алмазов покрупнее.

     У синтетических алмазов достаточно высокий модуль упругости (Е = 700−800 ГПа), большой предел механопрочности на сжимающих нагрузках (σ–В ≈ 7−8ГПа). Тем не менее, у них сравнительно невысокий предел механопрочности при изгибе (σИ ≈ 0,8−1,1ГПа).

     С помощью подобной технологии из бора и азота учёные получили модификацию нитрида бора, схожую по свойствам и структуре с синтетическим алмазом. Решётку кристаллов можно представить как определённый набор микрокубиков. Её прочность (твёрдость) несколько ниже, чем у алмазной естественной решётки, но всё же достигает 40−45 ГПа. У традиционных режущих твёрдых сплавов и керамики она ниже в два раза. Эта модификация получила название: «поликристаллический кубический нитрид бора» (ПКНБ). Есть ещё названия: «кубанит», «эльбор», «боразон».

У ПКНБ достаточно высокие упругие характеристики (Е = 700−800 ГПа). Механопредел прочности на сжатие почти аналогичен твёрдым сплавам (σ-В ≈ 2,5−5 ГПа), но на изгиб он также низок по сравнению с традиционными сверхтвёрдыми сплавами и искуственными алмазами (σИ ≈ 0,6−0,8 ГПа).

     ПКНБ опережает другие поликристаллические и естественные алмазы по теплостойкости. Её предел: почти 1000–1100 С. Из-за этого показателя и своего искусственного происхождения (меньшее химическое родство с углеродом), ПКНБ проявляет себя на практике значительно эффективнее во время чистовой обработки сталей резанием. Ему посильно и резание закалённых и цементованных сталей с незначительными сечениями срезаемых слоёв.

     На производстве применяется две разновидности технологий изготовления: фазовое химическое изменение состояния вещества − синтез, а также агломерация (спекание) ранее полученного порошка поликристаллических сверхтвердых материалов. В России синтезируются боро-азотовые марки: «Эльбор РМ» (композит 01), «Бельбор» (композит 02) и искусственные алмазы марок: «Баллас» (АСЕ), «Карбонадо» (АСПК).

Разновидности поликристаллов из нитрида бора:

• кристаллы, полученные через синтез ГНБ (композит 01);
• кристаллы, образующиеся непосредственным переходом ГНБ в КНБ модификацию (композит 02);
• кристаллы, получаемые путём преобразования ГНБ модификации (вюрцитоподобной) в КНБ модификацию - ВМдф (композиты 09 и 10);
• кристаллы, получаемые агломерированием с каталитическими добавками (киборит, композит 05-ИТ и пр.).

     Эти поликристаллы немного уступают природному алмазу по степени твёрдости, но обладают высокой термостойкостью, а также некритичны к циклически высоким температурам и почти не взаимодействуют с железом − составной частью подавляющего большинства материалов для обработки резанием.

Поликристаллы, получаемые из синтетических алмазов:

• агломерированные кристаллы − карбонит, мегадаймонд;
• кристаллы алмаза СВ, разнородного композита, скреплённого связками (вторая фаза)-прослойками между кристаллами алмаза;
• искусственные карбонады АСПК, получаемые воздействием на исходное вещество высоким давлением и температурой с использованием избытка катализатора;
• кристаллы, получаемые путём пропитывания алмазного порошка связующим компонентом из металла в среде высокой температуры и давления. Связующими звеньями могут быть Fe, Ni, Cr, Co.

Источник: http://www.heattreatment.ru/#!Сверхтвердые-инструментальные-материалы/c1p2q/55d9b54f0cf2c407285f746e