Сверхтвердые материалы

К этой группе инструментальных материалов относятся алмазы и кубический нитрид бора.

Алмаз является самым твердым из известных материалов (порядка 100 HRA). Он обладает высокой износостойкостью, хорошей теплопроводностью ( 140 Вт/(м∙К)), малым коэффициентом трения и малой адгезионной способностью к металлам, за исключением железа и его сплавов с углеродом. К недостаткам алмаза как инструментального материала можно отнести сравнительно низкую теплостойкость (800 ) и большую хрупкость ( 300…600 МПа), что требует использования станков высокой жесткости и виброустойчивости.

Для изготовления режущих инструментов используются природные и синтетические алмазы. Синтетические алмазы значительно дешевле, кроме того, свойства синтетических алмазов можно регулировать, изменяя параметры технологического процесса их изготовления. Поэтому они нашли наибольшее применение в технике (более 90 % из всех используемых алмазов – синтетические).

Промышленность выпускает синтетические алмазы в виде порошков (монокристаллов), поликристаллов (ГОСТ 9206-80) и композиционных материалов.

Алмазные порошки используются в основном для изготовления абразивного инструмента. Для изготовления лезвийного инструмента используют поликристаллы синтетических алмазов, среди которых наибольшее применение получили марки баллас, карбонадо, карболит. Инструменты из синтетических поликристаллических алмазов имеют большую размерную стойкость и обеспечивают высокое качество обработанной поверхности. Их применяют для обработки титановых сплавов, высококремнистых алюминиевых сплавов, стеклопластиков и пластмасс, минералокерамики, твердых сплавов и других материалов [2,13].

На основе синтетических алмазов выпускаются композиционные материалы, состоящие из подложки (основания) и нанесенного на него алмазного слоя. Толщина подложки 2…4 мм, толщина покрытия 1 мм. В качестве подложки используются твердые сплавы. Двухслойные пластины позволяют объединить высокие твердость и износостойкость синтетических алмазов и прочность твердого сплава. Промышленностью освоен выпуск таких пластин марок АТП (алмазно-твердосплавные пластинки) и БПА (бипластины алмазные).

Кубический нитрид бора (КНБ) – уникальный синтетический инструментальный материал, его химсостав: 44 % - бора и 56 % - азота. По твердости (96…98 HRA) он близок к твердости алмаза, а по теплостойкости (1500 ^оС) значительно превосходят все инструментальные материалы. К недостатку данного материала следует отнести низкую прочность на изгиб ( 300…600 МПа).

Для изготовления лезвийных инструментов используются поликристаллы КНБ и композиционные материалы, созданные на его основе. В настоящее время разработана целая гамма поликристаллических материалов, к ним относятся: эльбор–Р (композит 01), белбор (композит 02), композит 05, композит 09, гексанит–Р (композит 10), композит 10Д, композит 12.

Основным направлением в применении лезвийных инструментов на базе КНБ является обработка сталей и чугунов различной твердости, т.к. КНБ является химически инертным к железу и углеродистым сталям. Причем, чем выше твердость стали или чугуна, а также скорость резания, тем значительнее преимущество инструментов из композита по сравнению с инструментами из твердого сплава и минералокерамики.