Сверхтвердые синтетические поликристаллические

инструментальные материалы (ПСТМ)

Анализ особенностей и режущие свойства ПСТМ. Сверхтвердыми принято считать инстру­ментальные материалы, имеющие твердость по Виккерсу при ком­натной температуре свыше 35 ГПа.

Природный алмаз – самый твердый материал на Земле, который издав­на применяется в качестве режу­щего инструмента. Принципиальное отличие монокристаллического природного алмаза от всех других инструментальных материалов, имеющих поликристаллическое строение, с точки зрения инстру­ментальщика состоит в возможности получения практически иде­ально острой и прямолинейной режущей кромки. Поэтому в конце XX века с развитием электроники, прецизионного машиностроения и приборостроения применение резцов из природных алмазов для микроточения зеркально чистых поверхностей оптических деталей, дисков памяти, барабанов копировальной техники и т.п. возрас­тает. Однако из-за дороговизны и хрупкости природные алмазы не применяются в общем машиностроении, где требования к обработке деталей не столь высоки.

Потребность в сверхтвердых материалах привела к тому, что в 1953 – 1957 годах в США и в 1959 году в СССР методом ката­литического синтеза при высоких статических давлениях из гексагональных фаз графита (С) и нитрида бора (BN) были полу­чены мелкие частицы кубических фаз синтетического алмаза и нитрида бора. Крупные поликристаллы, предназначенные для лез­вийных инструментов, были получены в промышленных условиях в начале 70–х годов.

Диаграмма состояния углерода и нитрида бора представлена на рис. 11.9.

В основе технологии изготовления поликристаллов диаметром 4–40 мм лежат два различных процесса: фазовый переход вещества из одного состояния в другое (собственно синтез) или спекание мелких частиц заранее синте­зированного порошка ПСТМ. В нашей стране первым способом полу­чают поликристаллический кубический нитрид бора (ПКНБ) марок композит 01 (эльбор РМ) и композит 02 (бельбор), а также по­ликристаллический алмаз (ПКА) марок АСПК (карбонадо) и АСЕ (баллас). За рубежом изготовителями ПСТМ по технологии спекания являются три крупнейшие фирмы «General Electric» (США), «De Beers» (ЮАР) и «Sumitomo Electric» (Япония). Режущие инс­трументы из поликристаллов этих трех поставщиков производят сотни фирм во всем мире.

ПСТМ – принципиально новые, как по технологии изготовле­ния, так и по условиям эксплуатации инструментальные материа­лы. Ими можно обрабатывать изделия при скоростях резания на порядок выше скоростей, допускаемых при использовании твердосплавного инструмента. Кроме того, инструмент из ПКА имеет в десятки раз более высокую скорость, чем инструмент из твердых сплавов.

Рис. 11.9. Диаграмма состояния углерода и нитрида бора:

1 – линия равновесия слоистых и тетраэдрических фаз; 2 – область температурной зависимости порогового давления прямых фазовых переходов; 3 – линия плавления углерода и нитрида бора

Таблица 11.19