Высокая эффективность применения инструментов, оснащённых поликристаллами композитов, обусловлена уникальным сочетанием их физико-химических характеристик: исключительно высокой твёрдости, высокой теплостойкости и теплопроводности, близкой к теплопроводности твёрдых сплавов, не снижающейся при повышении температуры.
Поликристаллический кубический нитрид бора имеет износостойкость в 50 раз выше, чем твёрдый сплав, и в 10…25 раз выше, чем оксидная или нитридная керамика.
Композиты сохраняют свою прочность при высоких температурах, типичных для обработки закалённых чёрных металлов с относительно высокой интенсивностью съёма материала. Эти инструментальные материалы не вступают в химическую реакцию с чёрными металлами на воздухе и при высокой температуре, что обуславливает их определенные преимущества по сравнению с алмазами и другими традиционными инструментальными материалами.
Физико-механические свойства композитов примерно одинаковы во всех направлениях синтезированных заготовок (свойство изотропии), что объясняется ковалентным характером связи атомов в нитриде бора в сочетании с высокой локализацией валентных электронов у атомов.
Физические свойства композитов определяют поведение режущего инструмента в процессе его эксплуатации. Основные физические характеристики композиционных материалов приведены в таблице 1.1.
При определении рациональной области эксплуатации режущего инструмента важно иметь исчерпывающую информацию о прочности композиционного материала.
Прочность — интегральное понятие, для количественной оценки которого используются ряд физико-механических характеристик (свойств) материала.
Прочность инструментального материала во многом зависит от комплекса технологических факторов, вступающих во взаимодействие с режущим инструментом в процессе резания. В первую очередь — наличие ударно-импульсной нагрузки, возникающей при обработке прерывистых поверхностей, проявление циклического характера силы резания, тепловой фактор.
Пределы прочности (на сжатие, растяжение и изгиб) и сравнительные данные этих показателей для различных марок композитов приведены в таблице 1.2.
| Марка композит | δсж, ГПа | δp, ГПа | δи, ГПа |
| 01 | 2,0 ±0.1 | 0.44 ± 0.04 | 0,75 ± 0.05 |
| 02 | 5,2 ± 1,2 | 0,68 ±0,01 | |
| 03 | 1,32 ±0,14 | 0,88 ±0,10 | |
| 05 | 2.22 ± 0.25 | 0,2 ± 0.03 | 0,49 ± 0,05 |
| 09 | 4,9 ±0,16 | 1,08 ±0,10 | |
| 10 | 4,0 ± 1,0 | 0,32 ± 0,06 | 0,90 ± 0,20 |
Трещиностойкость — одна из важнейших составляющих, характеризующих прочность композиционных материалов, которые относятся к категории хрупких.
Кристаллическая структура композитов в своей основе всегда имеет те или иные дефекты, в том числе и микротрещены. Как только начинается процесс резания, под воздействием сил и температуры микротрещины увеличиваются.
При ударно-импульсной циклической обработке этот процесс резко интенсифицируется, что приводит к разрушению инструментального материала.
Способность инструментального материала сопротивления росту трещин называется «вязкостью разрушения», или трещиностойкостью. Коэффициент трещиностойкости Кlc или критический коэффициент интенсивности напряжений в вершине трещины является характеристикой сопротивления разрушению материалов.
Очевидно, чем выше трещиностойкость композиционного инструментального материала, тем выше его работоспособность (рис. 1.2).
Микротвёрдость — для определения твёрдости композитов используется метод микротвёрдости, когда нагрузка на индентор (твёрдость по Кнуппу НК или твёрдость по Виккерсу HV) не превышает 20 Н.
Микротвёрдость композитов зависит не только от состава и размеров зёрен основной фазы, но и от температуры. Характер изменения микротвёрдости в зависимости от изменения температуры показан на рисунке 1.3.
Заштрихованная на рисунке 1.3 область температур ограничивает изменение микротвёрдости исследуемых материалов.
Анализ данных таблицы 1.3 и рисунок 1.3 позволяют решить ряд вопросов, связанных с работоспособностью композитов: произвести сортировку режущих элементов в зависимости от значений HV и обеспечить последующее применение однородных по микротвёрдости элементов (в условиях автоматизированной обработки это условие гарантирует одинаковую стойкость режущего инструмента), а также уменьшить влияние теплового фактора на стойкость инструмента.
Таблица 1.3 Значение микротвёрдости композитов
| Марка композита | Фазовый состав. % | Размер зерна, мкм | Микротвердость (Θ = 20 °С) | |
| НК, ГПа | НУ. ГПа | |||
| 01 | 0,3…2.0 | 33 (Р = 4,9 Н) | 60 (Р — 4.9 Н) | |
| 02 | 100 BNк | 0,2…5.0 | 38 (Р = 4.9 Н) | 54 (Р = 4,9 Н) |
| 03 | 100 BNк | 0,2…2,0 | 51 (Р = 4,9 Н) | 54 (Р = 4,9 Н) |
| 05 | 0,2…3,0 | 27 (Р = 4,9 Н) | 43 (Р = 4,9 Н) | |
| 09 | 0,1…1,5 | 42 (Р= 4,9 Н) | 62 (Р= 4,9 Н) | |
| 10 | 31 (Р = 4,9 Н) | 35 (Р = 4.9 Н) | ||
| Киборит | 39 (Р = 20 Н) | |||
Вам также могут быть интересны статьи:
Режущие свойства инструментов из композитов Влияние легирования и примесей на микроструктуру и свойства оловянной бронзы Жаропрочные и жаростойкие порошковые материалы Классификация искусственных сверхтвёрдых материалов Фрикционные металлокерамические материалы Малоуглеродистые стали с 5 — 9 % Mn для работы в узлах трения
(Пока оценок нет)
Загрузка...