2.4. Дисперсионно -твердеющие сплавы

Это сплавы на основе железа и включают молибден, вольфрам, кобальт. Основными марками этих сплавов являются В11М7К23, В14М7К25, В18М7К25, В18К25Х4, В7К25. Числа указывают содержание в процентах соответственно вольфрама, молибдена, кобальта и хрома. Содержание углерода колеблется от 0,1 до 0,3%. Содержание легирующих компонентов в сумме достигает 50%. Обращает на себя внимание большое количество кобальта. Эти сплавы представляют интерес в связи с тем, что их основные показатели физико-механических свойств занимают промежуточное положение между быстрорежущими сталями и твердыми сплавами. После закалки и отпуска они имеют твердость НRС 68...70. Допустимая температура К, предел прочности при изгибе 2500...3000 МПа. Они особенно эффективны при обработке титановых сплавов. Стойкость инструмента из дисперсионно-твердеющих сплавов при обработке титановых сплавов превышает стойкость инструментов из сплавов Р18 и ВК8. Эти сплавы выпускаются в незначительных количествах.

2.5. Минералокерамика

Является весьма перспективным инструментальным материалом, так как изготовляется из дешевых и недефицитных исходных материалов и обладает высокой режущей способностью. Прогнозируется неограниченный рост применения минералокерамики для инструментов.

Минералокерамика изготовляется по технологии порошковой металлургии. В зависимости от химического состава минералокерамика может быть разделена на несколько групп.

Первая группа минералокерамики основана на окиси алюминия. В металлообработке применяется черная минералокерамика, состоящая из окиси алюминия, вольфрама, хрома и др. Известны марки материалов ВЗ, ВОК6О, ВОК-6З, ВШ-75 и другие различающиеся по химическому составу. Режущие пластинки из них изготовляют методом горячего прессования в графитовых пресс-формах с выдержкой при температуре К и давлении в течение длительного времени. Чёрная минералокерамика характеризуется твердостью HRA 90...94, пределом прочности при изгибе σ_u=600...700 МПа и допустимой температурой К. Эти данные свидетельствуют о том, что минералокерамика является весьма износостойким и теплостойким, но хрупким материалом. Ее можно применять только при спокойной обработке без ударов. Она рекомендуется для чистовой обработки закаленных сталей с твердостью HRC 50...60. При этом минералокерамика допускает скорость резания до 5 м/с и обеспечивает высокую производительность.

Вторая группа минералокерамики изготовляется из нитрида кремния Si₃N₄ и называется силинитом. Силинит имеет твердость HRA 94, предел прочности при изгибе σ_u = 600 МПа, характеризуется исключительно высокой допустимой температурой K. Он обеспечивает производительную чистовую обработку сталей, закаленных до высокой твердости HRC 62...64, закаленного чугуна и других твердых материалов.

В России и других странах ведутся работы по созданию минералокерамики на основе карбидов и нитридов кремния, боридов металлов и др.

2.6. Сверхтвердые материалы (стм)

В эту группу включают искусственные и естественные материалы, обладающие чрезвычайно высокой твердостью НВ 6000 и более. Наиболее примененимы два типа СТМ: на основе углерода и нитрида бора B₄N.

СТМ на основе углерода - алмазы, различные марки которых представляют кристаллический углерод. В металлообработке применяются исключительно искусственные алмазы, получаемые по технологии синтеза. Поэтому их называют синтетическими алмазами и обозначают буквами АС. Технология синтеза алмазов в первом приближении заключается в том, что исходный материал - графит подвергают действию высокого давления 10⁵ МПа при одновременном нагреве до температуры К. Алмаз характеризуется предельно высокой твердостью НВ 10000, допустимой температурой К, пределом прочности при изгибе σ_u = 300 МПа, высокой теплопроводностью и чрезвычайно большим модулем упругости.

Алмаз рекомендуется применять для обработки цветных, титановых сплавов, чугуна и др. Для обработки заготовок из стали алмаз применять нельзя из-за быстрой растворимости углерода в железе, что приводит к чрезмерному расходу алмазных инструментов. Лезвийные инструменты изготавливают из следующих марок алмазных поликристаллов: АСПК – карбонадо, АСБ – баллас. Абразивные инструменты изготовляют из алмазных порошков марок АСО, АСР, АСВ и предназначаются для заточки и доводки инструментов из твердых сплавов, минералокерамики и СТМ. Алмазные поликристаллы крепятся к корпусу инструмента посредством пайки легкоплавким припоем или механически.

СТМ на основе нитрида бора выпускается различными предприятиями под разными наименованиями. В Санкт-Петербурге изготовляется эльбор марки Л, в Киеве - кубонит (КНБ), исмит, славутич, в Минске - белбор, композит 02. Здесь далее применяется одно наименование – эльбор. Эльбор - это кристаллический нитрид бора, обладает положительным свойством - инертность к железу. Создан специально для обработки стальных заготовок и инструментов. Для оснащения лезвийных инструментов применяются режущие пластины, называемые композитами. Они получаются в процессе синтеза в виде цилиндра диаметром 4 мм и высотой 4 мм, называемого композитом 01 или в виде цилиндра диаметром 7 мм и высотой 7 мм, называемым композитом 05, полученным в результате спекания по технологии порошковой металлургии. Свойства эльбора характеризуются твердостью НВ 8000, пределом прочности при изгибе 300 МПа, допустимой температурой , колеблющейся от К в зависимости от технологии синтеза.

Композиты рекомендуются для обработки закаленных сталей с твердостью не ниже HRC 55. Чем выше твердость обрабатываемого материала, тем выше эффективность применения композитов. Порошки из эльбора, кубонита, белбора применяются для изготовления абразивных кругов, предназначенных для шлифования заготовок из различных марок сталей, а также для заточки и доводки инструментов из инструментальных сталей.

В табл.2.2 приведены для сравнения основные показатели физико-механических свойств различных инструментальных материалов.

Таблица 2.2.

№ пп	Наименование материала	Марка материала	Твердость НВ, кг/мм2	σu, МПа	К	Коэффициент теплопроводности, кал/см∙с∙
1	Сталь инструментальная углеродистая	У12А	800	2200	500	0,083
2	Сталь легированная углеродистая	ХВГ	860	2700	550
3	Сталь быстрорежущая	Р6М5	920	3300	870	0,065
4	Твердый сплав однокарбидный	ВК8	1400	1750	1100	0,130
5	Твердый сплав двухкарбидный	Т5К10	1500	1400	1200	0,065
6	Твердый сплав трехкарбидный	ТТ7К12	1500	1650	1200
7	Твердый сплав безвольфрамовый	КНТ16	1600	1150	1200
8	Дисперсионно- твердеющий сплав	В14М7К25	1200	2500	1000
9	Минералокерамика	ВОК – 60	2200	700	1500	0,06
10	Алмаз синтетический	АСПК	10000	300	1050	0,45
11	Эльбор – Р	Композит 01	8000	300	1500	0,42
12	Гексанит – Р	Композит 10	7000	600	1500