Надтверді інструментальні матеріали

Мінералокерамічні тверді сплави

Застосування мінералокерамічних інструментальних сплавів в значній міри вирішує проблему економії дефіцитного вольфраму. Зараз в розвинених країнах до 18 % різальних інструментів оснащуються пластинками з мінералокераміки. Різальна кераміка виготовляється на основі оксидів (головним чином Al₂O₃), нітридів (переважно Si₃N₄), або змішаною. З метою підвищення міцності до складу кераміки вводять оксиди цирконію та гафнію (ZrO₂, HfО₂), карбід титану (ТіС), нітрид титану (ТіN) та інші тугоплавкі сполуки. Відповідно до складу кераміка поділяється на оксидну, оксидно-карбідну та нітридну.

Корунд, або оксидну кераміку (Al₂O₃), отримують із глинозему в електропечах при температурі 1720…1750 ^○С, тому його прийнято називати електрокорундом. Електрокорунд, має теплостійкість до 1200 ^○С і твердість до 90…94 HRA, але дуже крихкий. Для зміцнення оксидної кераміки вводиться оксид цирконію (ZrO₂). Сплави на основі Al₂O₃ використовуються у вигляді пластин переважно білого кольорудля оснащення токарних різців, фрез, зенкерів, розверток тощо, які застосовують для чистової і напівчистової обробки вуглецевих та легованих сталей, в т. ч. важкооброблюваних. Сплавами на основі Al₂O₃ + ZrO₂ можна виконувати чорнову та чистову обробку різних сталей, чавунів та високоміцних сплавів. У вигляді окремих зерен електрокорунд використовується для виготовлення абразивних інструментів.

З метою підвищення міцності до складу оксидної кераміки вводять карбіди титану, кремнію, хрому тощо. Міцність такої оксидно – карбідної кераміки (ВОК-60, ВОК-63) зростає у 1,5…2 рази.

До складу нітридної (безоксидної) кераміки вводять карбід та нітрид титану, нітрид бору. Таку кераміку можна застосовувати для чистової обробки гартованих легованих сталей та для швидкісної обробки сталей.

Разом з тим пластини з мінералокераміки мають дещо меншу міцність на згин та меншу ударну в’язкість у порівнянні з пластинами із твердих сплавів. З метою усунення цього недоліку застосовують багатошарову кераміку. Наприклад, для виготовлення робочого шару пластин з кераміки ВОК-95С та ВОК-95М використовують ВОК-63, ВОК-71, а перший або проміжний шар виготовляють з твердого сплаву.

Самим твердим інструментальним матеріалом є алмаз. В інструментальному виробництві він використовується для оснащення лезових та абразивних інструментів. При виготовленні лезових інструментів необхідно враховувати анізотропність алмазу, тобто різну величину міцності і твердості в різних напрямках кристалу. Крім високої твердості алмаз має високу зносостійкість, добру теплопровідність і малий коефіцієнт тертя.

Тонке точіння алмазними різцями може забезпечити шорсткість поверхні до Ra = 0,025 мкм. Разом з цим він дуже крихкий і дорогий. Інструменти, оснащені алмазом, найбільш доцільно застосовувати для тонкого точіння і розточування кольорових сплавів та пластмас.

Для виготовлення інструментів частіше використовуються штучні алмази, які мають значно меншу вартість. Синтетичні алмази АСБ – баллас (АСБ-5, АСБ-6) рекомендуються для обробки кольорових сплавів з підвищеним вмістом кремнію, склопластиків, пластмас. Так при обробці склопластиків зносостійкість балласу в 70…80 разів вища зносостійкості твердих сплавів ВК2, ВК3М. Балласи використовують для оснащення різців, свердл, фрез та для виготовлення абразивних інструментів. Синтетичні алмази АСПК – карбонадо (АСПК-1, АСПК-2, АСПК-3) рекомендуються для обробки особливоміцних сплавів. Монокристалеві алмази САМ високоефективні при обробці напівпровідникових матеріалів, радіотехнічної кераміки, кольорових сплавів з високим вмістом кремнію.

Кубічний нітрид бору (КНБ) по твердості близький до синтетичних алмазів і має теплостійкість в два рази вищу ніж в алмазів (до 1600 ^○С). На основі КНБ створені композиційні інструментальні матеріали (композити). Так композит 01 (ельбор-Р), композит 02 (бельбор), композит 10 (гексаніт-Р) мають масову частку КНБ не менше 95 %. Композит 05 має 40…50 % КНБ та 50–60 % Al₂O₃, ZrO₂ та інші. Композити використовується для виготовлення абразивних інструментів, які призначені для обробки високоміцних і жаростійких сталей та сплавів, доводки твердосплавних інструментів після заточування і для оснащення лезових інструментів.

Композити є якісно новим інструментальним матеріалом. Чим вище твердість оброблюваного матеріалу, тим більш ефективне застосування різців і фрез, оснащених композитами. Враховуючі те, що лезові інструменти з композитів можуть працювати з глибиною різання до 5 мм, певний припуск можна зрізувати після термічної обробки. Це важливо для деталей, схильних до деформацій під час термообробки.

Інструменти, оснащені композитом, можуть працювати з високими швидкостями різання, що дає можливість значно підвищити продуктивність праці. При цьому різці з композитів забезпечують шорсткість обробленої поверхні R_a < 0,63…1,25 мкм і 7…8 квалітети точності.

Шляхом спікання КНБ, AlВ₂, Al₂N, Al₂O₃ з жароміцними сплавами отримують композиційний матеріал киборит, який забезпечує точіння чавунів, гартованих і високолегованих сталей без подальшого шліфування.

Тема 2.8 Сплави кольорових металів.

Сплави міді. Склад, структура, властивості, маркування та використання латуней і бронз

Латуняминазивають сплави міді з цинком. Вони бувають простими (якщо містять лише мідь і цинк) і багатокомпонентними (коли містять крім міді а цинку інші хімічні елементи). Технічне застосування мають латуні з вмістом цинку до 45%.

У марках однофазних латуней записують літеру "Л" і число, що показує середній вміст міді у відсотках. У марках легованих латуней крім числа, що показує вміст міді, записують літери та числа, які вказують на наявність певного елемента і його вміст у відсотках. Алюміній у латунях позначають літерою "А", нікель — Н, олово — О, свинець — С, фосфор — Ф, залізо — Ж, кремній — К, марганець — Мц, берилій — Б, цинк — Ц. У деформівних латунях записують спочатку всі літери, а потім числами через дефіс — вміст легуючих елементів, наприклад, ЛАН59-3-2 містить 59% Сu, 3%А1 і 2%Nі. У марках ливарних латуней вміст міді не пишуть, а після літери "Л" записують літери та числа — відсотки наявних елементів, наприклад, ЛЦ40МцЗА містить 40% Zn, 3% Мn, 1% А1 і 56% Сu.

Бронзаминазивають сплави міді з усіма елементами, крім цинку, який може бути наявним у невеликих кількостях як легуючий елемент. Назву бронза отримує за основним, крім міді, компонентом (олов'яниста, алюмінієва, кремниста, свинцева, берилієва тощо).

Найпоширенішою і давно відомою є олов'яниста бронза. Століттями застосовували машинну або гарматну бронзу з вмістом олова 9...12%, художню — 3...8% Sn, монетну — 4...5% Sn, а також бронзу для дзвонів з 20...25% Sn. Практичне застосування мають бронзи з вмістом олова до 10%. З метою здешевлення і для поліпшення технологічних властивостей олов'янисті бронзи легують цинком, свинцем, нікелем і фосфором.

Деформівні однофазні бронзимаркують літерами "Бр" (бронза), літерами "О, Ц, С, Ф, Н" і числами через дефіс, що показують вміст відповідно олова, цинку, свинцю, фосфору та нікелю у відсотках, наприклад, БрОЦС 4-4-2,5 містить 4% Sn , 4% Zn s 2,5% Рb. Ці бронзи мають високі електропровідність, корозійну стійкість та антифрикційні властивості, а також пружні властивості і опір втомі. Тому з них виготовляють круглі та плоскі пружини в точній механіці (годинники), електротехніці, хімічному машинобудуванні та інших галузях.

У марках ливарних бронз вміст кожного легуючого елемента пишуть одразу після літери, наприклад, БрОЗЦ7С5Н1 містить 2,5...4,0% Sn, 6,0...9,5% Zn, З...6% Рb і 0.5...2,0% Ni. Ливарні бронзи мають високі антифрикційні властивості (БрОЗЦІ2С5, БрО4-Ц4С17, БрО10Ц2). Висока корозійна стійкість бронз в атмосферних умовах, у морській та прісній воді дає змогу використовувати їх для пароводяної арматури, що працює під тиском. Сучасні технології литва дають змогу арматурі витримувати тиск до 30 МПа.

Замінником дорогих олов'янистих бронз є алюмінієві. Вони мають дещо вищі механічні властивості, високу рідкоплинність, дещо більшу усадку, добру герметичність і малу схильність до дендритної ліквації. Однофазні бронзи (БрА5, БрА7) мають високу пластичність і одночасно високу міцність (σ_в = 400...450 МПа, δ = 60%). З них виготовляють електричні контакти та хімічно стійкі деталі. Двофазні алюмінієві бронзи частіше ливарні, мають високу міцність (σ_в = 600 МПа) і твердість (> 100 НВ). Їх можна термічно зміцнювати.

Чисті алюмінієві бронзи мають також чимало недоліків: велику усадку, схильність до газонасичення і окиснення під час плавлення, крупно кристалічну структуру, погано піддаються паянню. Для усунення цих недоліків алюмінієві бронзи легують залізом, нікелем і марганцем.

Залізо модифікує алюмінієві бронзи, підвищує їх міцність, твердість і антифрикційні властивості, зменшує схильність до крихкості. Термічна обробка легованих залізом бронз, наприклад БрАЖ9-4 (нормалізація або гартування і відпускання), дає змогу підвищити твердість до 175... 180 НВ. З них виготовляють корозієстійкі гвинти, вали тощо. Нікельполіпшує технологічні та механічні властивості алюмінієво-залізистих бронз при звичайних і підвищених температурах. З алюмінієво-залізисто-нікелевих бронз виготовляють деталі, які працюють у важких умовах стирання при високих температурах (400...500°С): сідла клапанів, напрямні втулки випускних клапанів, деталі насосів і турбін, шестерні та інші деталі. Високі механічні властивості характерні для алюмінієво-залізистих бронз, легованих дешевшим марганцем (БрАЖМц10-3-1,5). З них виготовляють жаростійкі деталі.

Кремнистібронзи характеризуються високими механічними, пружними та антифрикційними властивостями. Вони добре зварюються і паяються, задовільно обробляються різанням і мають низькі порівняно з іншими бронзами та латунями ливарні властивості. Для підвищення ливарних властивостей їх легують цинком, марганцем і нікелем. Свинецьполіпшує антифрикційні властивості та оброблюваність різанням. Кремнисті бронзи використовують замість дорожчих олов'янистих для виготовлення антифрикційних деталей

Берилієвібронзи мають дуже високі межі пружності і міцності, твердість і корозійну стійкість разом з підвищеною стійкістю до втоми, повзучості та спрацювання. Ці бронзи жароміцні до 310...340°С, мають високу тепло- і електропровідність, добре зварюються точковим і шовним зварюванням, практично не зварюються плавленням. З берилієвих бронз (БрБ2) виготовляють дуже відповідальні пружини (карбюраторів, бензонасосів), пружні контакти, мембрани, деталі, що працюють на стирання (кулачки, шестерні, черв'ячні колеса), підшипники ковзання для високих температур, швидкостей і тисків. Берилієва бронза є іскробезпечним матеріалом (не створює іскор при ударі по каменю чи металу). Тому з неї виготовляють електричні контакти та ударний інструмент для роботи у вибухонебезпечних умовах (інструменти гірників). Основним недоліком берилієвих бронз є їх висока вартість. Тому 0,1...0,3% Ве замінюють Мn, Nі, Ті, Со (БрБНТ1,7; БрБНТ1,9) без зниження механічних властивостей.

Свинцеві бронзипоєднують в собі високі антифрикційні властивості з високою теплопровідністю, ударною в'язкістю і втомною міцністю. Тому з них виготовляють високонавантажені підшипники ковзання для високих швидкостей (авіаційні та дизельні двигуни, потужні турбіни). Такі бронзи містять до 25...30% Рb. Для підвищення міцності та твердості ці бронзи легують розчинними у міді оловом, нікелем, марганцем (Бр СН60-2,5).

Сплави міді з нікелем називають мельхіорами (20...30% Ni, решта мідь), куніалями (5...15% Ni, 1,2...3,0% Аl), нейзільберами (13,5...16,5% Ni, 18...22% Zn або 1,6...2,0% Рb). Усі вони корозієстійкі в атмосфері, морській та прісній воді, багатьох органічних рідинах, розчинах солей тощо, а також немагнітні.

Сплави алюмінію. Склад, структура, властивості,

маркування та застосування силумінів, дуралюмінів,

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Тверді металокерамічні сплави	\|	Високоміцних і жаростійких сплавів

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.007 сек.