1. Алмази та інші надтверді матеріали

Алмаз як інструментальний матеріал отримав в останні роки широке застосування в машинобудуванні.

В даний час випускається велика кількість різноманітного інструменту з використанням алмазних порошків: шліфувальні круги, інструменти для виправлення шліфувальних кіл з електрокорунду і карбіду кремнію, пасти і порошки, для доводочних і притиральних операцій. Значні по розміру кристали алмазів, при міняють для виготовлення алмазних різців, фрез, свердел та інших різальних інструментів. Область застосування алмазного інструменту з кожним роком все більше розширюється.

Алмаз являє собою одну з модифікацій вуглецю кристалічної будови. Алмаз - самий твердий з усіх відомих у природі мінералів. Твердість алмазу вище твердості карбіду бору в 2,3 рази, карбіду кремнію - в 3 рази. Висока твердість алмазу пояснюється своєрідністю його кристалічної будови, міцністю, зв'язків атомів вуглецю в кришталевій решітці, розташованих на рівних і дуже малих відстанях один від одного. Однак міцність алмаза невелика і він легко розколюється по площинах. Тому алмаз використовують для обробки при відносно малих навантаженнях.

Коефіцієнт теплопровідності алмаза в два і більше рази вище, ніж у сплаву ВК8, тому тепло від зони різання відводиться порівняно швидко. Алмаз має дуже низький коефіцієнт лінійного розширення і високий модуль пружності. Отже, інструменти з кристалами алмазу мають малі деформації. В результаті можна отримувати деталі високої точності і підтримувати цю точність протягом тривалого часу. Теплостійкість алмаза характеризується тим, що при температурі близько 800 °С у звичайних умовах він починає перетворюються в графіт, Разом з тим алмаз володіє найбільш високою абразивної здатністю у порівнянні з іншими абразивними матеріалами. Так, при заточуванні й доведенні твердого сплаву витрата алмазу в 100- 400 разів менше, ніж при обробці карбідом кремнію.

Природний алмаз умовно позначають А, а синтетичний-АС. У природі найчастіше зустрічаються агрегатні різновиди алмазу: бор, карбонадо і баллас. Знахідки великих алмазних кристалів рідкісні. До бору відносять всі зернисті і не правильні зростки кристалів алмазних порошків, часто без ознак граней і ребер.

До карбонадо ставляться вельми тонко зернисте, щільні або кілька пористі агрегати буро-чорного кольору. Чорна забарвлення карбонаду обумовлені наявністю в алмази високо дисперсного графіту. Шліфувальні порошки з природних алмазів випускають однієї марки - А.

Зрослі потреби в алмазному інструменті не можуть бути цілком задоволені за рахунок природних алмазів. В даний час освоєно промислове виробництво синтетичних алмазів з графіту при більших тисках і високих температурах. Синтетичні алмази можуть. бути різних марок, які відрізняються між собою міцністю, крихкістю, питомою поверхнею і формою зерен. Шліфувально-синтетичних алмазів таких як: АС2, АС4, АС6, ФНА АС2 з підвищеною розвиненою поверхнею зварюються в зв'язці і в процесі роботи, для виготовлення органічній зв'язці, паст і порошків.

Зернистість порошків позначається дробом, чисельник якого відповідно найбільшому, а знаменник - найменшому розмірі зерен основної фракції. Вона визначається розмірами сторін осередків двох контрольних сит, через одне з яких зерна повинні проходити, на іншому - затримуватися. Тому фактично в позначенні зернистості порошку чисельник і знаменник вказують не на найбільший і найменший розміри зерна, а на розміри осередків.

З метою підвищення ефективності роботи алмазного абразивного інструмента застосовують алмазні зерна, покриті тонкої металевої полонкою. В якості покриттів використовують метали з гарними адгезійними і капілярними властивостями по відношенням до алмазу - мідь, нікель, срібло, титан та їх сплави.

Металеве покриття створить оболонку навколо зерна, яка хутко і технічно охоплює зерно і заважає випадати його осколках, підвищує зчеплення алмазних зерен зі зв'язкою, покращує тепловий режим роботи інструментом і дозволяє підвищити виробництва знімання металу.

Руйнує навантаження посіє металізації алмазів збільшується в 1,5-2,5 рази, перед чим зміцнюючи дію металізації зростає із збільшенням розмірів зерен. Металізація забезпечує можливість орієнтації зерен в магнітному полі виготовлення інструменту з орієнтованими зернами.

Маса металевого покриття визначається у відсотках від маси вихідного алмазного порошку, прийнятого за 100%, і, як правило, становить 25, 50, 75, 100%. Поряд з вдосконаленням способом отримання синтетичних алмазів ведуться дослідження, розробки інших штучних надтвердих матеріалів. Одним з таких матеріалів є кубічний нітрид бору (КНБ) - ельбор, або боразон. Він має кристалічну решітку, аналогічну решітці алмазу, і складається з двох елементів - бору і азоту. Природного двійника нітрид бору не має. Ельбор має твердість, близьку до твердості алмазу, таку ж міцність і велику теплостійкість і не втрачає ріжучих властивостей при нагріванні до 1500-1600 ° С. Абразивні порошки Ельбора випускаються двох марок: ЛО і ЛП, Зерна ЛО мають більш розвинену поверхню по меншу міцність, ніж зерна ЛП. Подібно зернам синтетичних алмазів, абразивні порошки Ельбор мають три групи зернистості: шліф-зерно (Л25-Л16), шліф порошки (Л 12-Л4) і мікро-порошки (ЛМ40-ЛМ1). Шліф порошки з кубічного нітриду бору для зміцнення зерен металізуються сплавами срібло - мідь - титан або мідь - олово - титан або покривають неметалічною оболонкою, що підвищує міцність зерен на 20-30%.

На відміну від алмаза в Ельбор поєднується висока твердість з високою термостійкістю і хімічною інертністю до заліза (15 л на рік). Ельбор ефективний при шліфуванні деталей із загартованих до високої твердості сталей. В цьому випадку він, в порівнянні з іншими абразивними інструментами, має низьку питому витрату, підвищення ефективності і стабільно ріжучі властивості. Інструмент із Ельбора, володіючи виключно висока зносостійкість, тривало зберігає заданий профіль без редагування.

Тож Ельбор – інструмент дуже ефективний при обробці точних фасонних поверхонь, малих отворів, де знос інструментом визначає задану геометричну точність. Ельбор рекомендується для виготовлення абразивних кіл, призначених для заточування і доведення різального інструменту зі швидкорізальної сталі.

До числа нових видів інструментальних матеріалів відносяться надтверді полікристали на основі алмазу і кубічного нітриду бору. Діаметр заготовок з надтвердих полікристалічних металів знаходиться в межах 4-8 мм, а висота - 3-4 мм. Такі розміри заготовок, а також сукупність фізичних, механічних властивостей , дозволяють з успіхом використовувати матеріали в якості матеріалу для виготовлення ріжучої частини таких інструментів, як різці, торцеві фрези та інші.