Реферат
Інструментальніматеріали
ВСТУПЕфективність роботи різальних інструментів, а в кінцевому результаті іпродуктивність праці при обробці матеріалів різанням в значній мірі залежитьвід властивостей інструментального матеріал. Основна вимога до матеріалу ігеометрії різального інструменту — забезпечення гостроти леза (різальнихвластивостей) по-можливості довший час. Втрата працездатності може прийти черезаварійне (випадкове) зношування і в результаті поступового монотонногозношування. Тому до інструментальних матеріалів ставляться такі вимоги:
1.Мати високі механічнівластивості (твердість, міцність, ударну в’язкість…) мати високузносостійкість.
2.Бути хімічноінертним до оброблюваних матеріалів.
3.Мати високутеплостійкість (зберігати твердість і, відповідно, різальні властивості привисоких температурах), теплопровідність, бути малочутливим до циклічних коливаньтемператури. Під теплостійкістю інструментального матеріалу розуміютьмаксимальну температуру нагріву, при якій зберігається необхідна твердість (дляінструментальних сталей Нкс58).
4.Бути достатньо технологічнимі відносно дешевим.Відповідно до прийнятої концепції інструментальної програми України всіінструментальні матеріали класифікуються таким чином: інструментальні сталі;тверді сплави; абразиви; полікристалічні надтверді матеріали; інструментальнакераміка; абразивні надтверді матеріали.
Запровадженанаступна класифікація основних видів промислових інструментів за областями їхзастосування: металообробні, деревообробні, для обробляння полімернихматеріалів, для обробляння каміння, для обробляння матеріалів в будівельнійпромисловості, для руйнування гірських порід і добування корисних копалин.
В даний час вметалообробці і деревообробці найбільш широко використовуються інструментальністалі, тверді сплави і абразивні інструменти.
1.1ІНСТРУМЕНТАЛЬНІСТАЛІІнструментальні сталі, які використовуються для виготовлення різальногоінструменту, в залежності від хімічного складу поділяються на вуглецеві,леговані і швидкорізальні (високолеговані).1.Вуглецеві інструментальні сталі (ГОСТ1435-74) випускаються середньої якості івисокоякісні, що мають менший вміст сірки і фосфору. Найбільш широкерозповсюдження одержали сталі марок У8; У8А; У10А; У12А, які містять 0,8;1,0-1,2%вуглецю. А-високоякісна сталь. Ці сталі мають низьку теплостійкість (200-250оС),досить технологічні і недорогі. Вони використовуються для виготовлення ручногоінструменту, який працює при невисоких швидкостях різання. Основними складовимитут є залізо, вуглець і марганець. Із збільшенням кількості вуглецю ростутьтвердість і протизношувальна тривкість сталі, але знижується її пластичність.Сталі з збільшеним вмістом вуглецю краще гартуються. Маганець придає сталі такіж властивості, як і вуглець, а також очищає її від сірки і робить метал більшщільним, але він сприяє росту зерна при гартуванні, що є причиною утвореннятріщин, тому марганцю в сталі не більше 0,4%. У складі цих сталей є ще Si,Cr,Ni, S iP. Сірка і фосфор шкідливі, тому їх не більше 0.03%.Хром і нікель в комбінації з вуглецем і марганцем дещо покращують сталь, але немають великого значення. Кремній підвищує пружність сталі, її твердість,стійкість проти корозії, але знижує пластичність, його у сталі не більше 0,35%.
Згідно зміжнародними нормами ISO4957ці сталіпозначаються WS.
2.Леговані інструментальні сталі (ГОСТ5950-73) мають до1% вуглецю і додатковолеговані вольфрамом, хромом, ванадієм і іншими елементами (до 6%) які повищаютьтеплостійкість сталі до 3000С. Найбільшого розповсюдження набулисталі 9ХС, ХВГ, Х6ВФ, 9ХФМ, 7ХНМФБ, 8Н1А, 6ХС, 9Х5ВФ, Х12, Х12Ф і інші. Використовуютьсявони для виготовлення інструменту, що працює при невисоких швидкостях різання(до 20 м/хв) – це мітчики, плашки, прошивки, протяжки, штампи, деревообробнийінструмент. Ці сталі непогано обробляються відносно недорогі і післятермообробки мають твердість НRC62-64//
Низьколеговані сталі мають міжнароднепозначення згідно ISO4957 SP (Special alloy tool steel). Високолеговані сталі позначаються НР (High alloy tool steel) і містять більше 5% легуючих елементів, до 2% вуглецю і до 12% хрому івідповідають нашим Х12 і Х12Ф.
3.Швидкорізальні сталі (ГОСТ19265-73) мають вищу теплостійкість упорівнянні з вуглецевими і легованими сталями, тому можуть працювати при вищихшвидкостях різання (45-60 м/хв). З них виготовляють біля 60% всіх лезовихінструментів, що використовуються в машинобудуванні. Найважливішим легуючимелементом, який входить в склад цих сталей, є вольфрам (6-18%), крім того хром,молібден, кобальт, ванадій.
Для того, щоб ці сталі мали високі різальнівластивості, вони повинні пройти спеціальну термообробку: гартування притемпературі 1240-1280 оС з послідуючим потрійним високим (550-650 оС)відпуском, що забезпечує твердість 62-69 НRC,теплостійкість 620-720 оС і міцність на згин 2,5-4,0 гПа.
Швидкорізальні сталі в залежності відтеплостійкості ділять на сталі нормальної, підвищеної і високої теплостійкості.Найбільш розповсюджені сталі нормальної теплостійкості (620-630 оС),їх кількість –75-80%. Це марки Р9, Р18, Р12, Р6М5, Р6АМ5, Р8М3, Р6М3. Вонивикористовуються для обробки конструкційних матеріалів з σв
Сталі підвищеної теплостійкості (630-650 оС)додатково леговані кобальтом і ванадієм. Кобальт значно підвищує теплостійкістьі твердість сталі. Це сталі Р9К10, Р9К5, Р9М4К8, Р6М5К5, Р10К5Ф5, Р18Ф2К8М,Р12Ф4К5, Р12М3Ф2К8. Вони застосовуються для обробки жароміцних сталей,титанових сплавів, нержавіючих сталей, а також конструкційних сталей зσв>1000мПа. Найкраща з них Р18Ф2К8М (18%W;2%V;8%Co;1%Mо),вона має твердість НКС 67-68 ізастосовується для обробки сталей з σв≥1600 мПа. Період стійкостіїї в 3-; рази вищий, ніж у сталей нормальної теплостійкості.
Сталі високої теплостійкості – це сталі зпониженим вмістом вуглецю (0,05-0,15%). Вони мають високу твердість (68-69 НКС),теплостікість(700-730 оС), зносостійкість, теплопровідність, призадовільній міцності.Основні легуючі елементи: Со(16-25%), W(11-20%), Mo(4-7%). Зміцненнятут проходить за рахунок виділення інтерметалідів, а не карбідів, тому вониназиваються сталями з інтерметалідним зміцненням. Це сталі В11М7К23; В18М7К25;В14М7К26 вони викоростовуютьсядля обробки титанових сплавів і нержавіючих сталей. Зносостійкість їх в 30-50раз вища стійкості інструментальної сталі Р18.
У зв’язку з дефіцитом вольфраму розробленобезвольфрамову сталь 11М5Ф (С=1,1%, Мо=5,5%, Сr=4%,V=1,5%).Вона має твердість 62-64 НКС, теплостійкість620 оС, міцність на згин 3Б4-4,0 гПа і використовується для обробкивідпалених вуглецевих сталей, легованих конструкційних сталей, кольоровихметалів.
Значний вплив на зносостійкість сталі маєкарбідна неоднорідність. Для інструментів годяться сталі 1; 2 і 3 балівкарбідної неоднорідності (всього 14 балів). Досягнути цього трудно, особливопри великих розмірах інструменту, тому практикують одержання інструментальнихсталей методами порошкової металургії. Порошок одержують розпиленнямрозтопленої інструментальної сталі в струмені нейтрального газу. Пресуванняведеться при температурі 1150 оС. і тиску 9,8 мПа протягом 5-6годин. Після цього проводиться кування або протягуваннязаготовок. В результаті підвищуються однорідність матеріалу, його в’язкість,зменшуються термічні деформації, карбідна неоднорідність зводиться до мінімуму.Допускається легування кобальтом до 8% і ванадієм до 3%. Випробування показали,що сталі Р6М5К5 і Р9М4К8 мають в 1,2-2 рази вищу зносостійкість. В позначеннятаких сталей вводяться букви “МП”, наприклад Р6М5К5-МП.
Через дефіцит вольфраму для виготовленнядереворізального інструменту використовують безвольфрамову швидкорізальну сталь8М3Ф3С.
Згідно з міжнародними нормами швидкорізальнасталь, яка має у своєму складі до 12% легуючих компонентів позначається SS, а коли більше 12%, то –НSS.
Швидкорізальні сталі були розроблені напочатку ХХ століття. Але тоді використанню переваг цих сталей заважав низькийтехнічний рівень верстатного парку, на якому використовувався інструмент зданих сталей. Необхідно було повністю замінити парк тихохідних малопотужнихверстатів новими більш потужними і швидкохідними (п= 1000-1500 об/хв і N=6-8 квт). Це був перший скачок у розвитку сучасної технології механічноїобробки деталей машин, викликаний появою більш досконалого інструменту.
Великі успіхи, досягнуті переходом відвуглецевих до швидкорізальних сталей, дали можливість приступити до пошукунових композицій різних хімічних елементів з допомогою яких можна створитиінструментальні матеріали з високими фізико-механічними властивостями. В ходіпошуків були створені попередники нових матеріалів, які відомі зараз як твердісплави.
1.2 ТВЕРДІСПЛАВИ
Тверді сплави виготовляють методами порошкової металургії. Основнікомпоненти: карбід вольфраму (WC), карбід титану (ТіС) і карбідтанталу (ТаС), зв’язкою служить металічний кобальт, нікель, абомолібден. Теплостійкість твердих сплавів різних марок становить 800-1100 оС,що позволяє значно підняти швидкість різання (до 150-200 м/хв). Недолік їх –відносно низька міцність на згин σзг=0,9-1,6 гПа, а ушвидкорізальної сталі σзг=3-3,5 гПа. Міцність на стиск σст=4-6гПа, а твердість 90-96 НRA.
В залежності від хімічного складу твердісплави поділяються на 4 групи: одно карбідні, двох карбідні трьох карбідні ібезвольфрамові.
Однокарбідні тверді сплави (ВК) містять карбідвольфраму і кобальт. Широко відомі марки ВК3; ВК4; ВК6; ВК8; ВК10; ВК15. Цифроювказано процентний вміст кобальту, а решта –карбід вольфраму. Із збільшеннямкількості кобальту зменшується твердість сплаву і росте пластичність, тому длячорнової обробки застосовують марки ВК8. ВК10, а для чистової – ВК3, ВК4.Фізико-механічні властивості твердих сплавів залежать від розміру зерен. Вониможуть бути грубозернисті, нормальні, дрібнозернисті і дуже дрібнозернисті(розмір зерен до 0,5 мкм), позначаються вони відповідно, наприклад, ВК6В, ВК6ВК6-М, ВК6-ОМ. Сплав ВК6-ОМ додатково легований до 2% ТаС.
Однокарбідні тверді сплави добрезарекомендували себе при обробці чавунів. Для виготовлення інструменту, якийпрацює з ударним навантаженням (обдирочні операції, переривисте точіння)застосовують грубозернисті тверді сплави (ВК6В). Згідно з нормами ІSO одно карбідні тверді сплави у своєму позначенні мають букву К(К01, К05, К10, К20, К30, К40) і фарбуються у червоний колір. Тутмаркування ведеться не по хімічному складу, а по механічних (експлуатаційних)властивостях, тому деякі однокарбідні тверді сплави не обовязеоко будуть умарці мати букву К. В деякій технічній літературі зустрічається позначенняНW.
Двохкарбідні тверді сплави (ТК) у своємускладі містять карбід вольфраму (основна складова), карбід титану і кобальт.Широко застосовуються марки Т30К4, Т5К10, Т15К6 (15% ТіС; 5%Со,80%WC). При однаковому вмісті кобальту двох карбідні твердісплави мають вищу твердість і хрупкість ніж одно карбідні, тому їхвикористовують для напівчистової і чистової обробки сталі. Згідно з нормами ІSО їх маркування починається з букви Р (Р01, Р10, Р15, Р20, Р30,Р40) і фарбуються в синій колір, в деякій літературі вони позначаються НТ.
Трьохкарбідні тверді сплави (ТТК) складаються зкарбіду вольфраму, карбіду титану, карбіду танталу і металічного кобальту(зв’язки). Використо-вуються марки ТТ7К12 і ТТ20К4, вони характеризуютьсявисокою зносостійкістю і експлуатаційною міцністю (σв=1,3-1,6мПа), добре витримують ударні навантаження, вібрації і використовуються приструганні і фрезеруванні. Згідно з нормами ІSO їхмаркування починається з букви М (М10, М20, М30, М40), або НМ, коліржовтий.
Безвольфрамові тверді сплави створені наоснові карбіду і карбонітриду титану, карбіду хрому і тугоплавких зв’язок,зокрема кобальт нікелевої. Ці сплави характеризуються окалиностійкістю, низькимкоефіцієнтом тертя, пониженою схильністю до адгезії з оброблюваним матеріалом,але вони мають нижчу міцність, яку втрачають при підвищенні температури, маютьнизьку теплопровідність. Це сплави: КНТ16; ТН20; ТН30; ТМ1; ТМ3; КХН30. Вонизастосовуються для напівчистової і чистової обробки конструкційнихнизьколегованих сталей і чавунів.
Інститутом надтвердих матеріалів ім.В.М.Бакуля НАН України розроблені нові тверді сплави (ВН і ВКН), які за своїмивластивостями близькі до сплавів ВК з однаковою кількістю зв’язки. Дослідженняексплуатаційних властивостей цих сплавів при обробці різанням чавунів, сталей,в буровому і штамповому інструменті підтвердило їх добру якість. Це сплавиВН6; ВН8; ВН10; ВН15.
Розробка цих інструментальних матеріаліввикликана відсутністю в Україні необхідної сировинної бази (кобальту). Нікель в2_3 рази дешевший кобальту. Собівартість твердих сплавів на нікелевій основі на10-20% нижча ніж сплавів ВК.
1.3ІНСТРУМЕНТАЛЬНА КЕРАМІКА
Інтенсивний розвиток виробництва, дефіцитністьвольфраму, інтенсивний розвиток кераміки привело до створення керамічнихінструментальних матеріалів. В залежності від хімічного складу, способувиробництва вони поділяються на три групи.
Оксидна (біла) кераміка складається з оксидуалюмінію (Al2O3)≈99% з незначними домішками оксидумагнію (MgO) і інших елементів. Сюди відносяться маркиВО13; ЦМ332; ВШ75. Пластинки з білої кераміки виготовляють методом холодногопресування з послідуючим спіканням. Основна область застосування – чистоваобробка сірих чавунів і негартованих сталей. Розмір зерен – біля 1-2 мкм.Низька міцність на згин (σзг=0,3-0,4 гПа) і термоциклічна втомадозволяють використовувати ці матеріали тільки для чистових і напівчистовихоперацій при наявності вібростійкого обладнання, але зате швидкість різанняможе досягати 300-600 м/хв.
Оксидно-карбідна (чорна) кераміка складаєтьсяз оксиду алюмінію (60-80%) і карбідів тугоплавких металів (TiC;WC;MoC) – до 40%. Сюди відносяться матеріали марокВ3; ВОК60; ВОК63. Пластинки з оксидно-карбідної кераміки одержують методомгарячого пресування в графітових прес-формах, тому вони дорожчі. Оксидно_карбіднакераміка служить, в основному, для обробки від білених чавунів, цементованих,гартованих і термічно покращених сталей і видержують температура в процесірізання до 1300 оС.
Пластинки з оксидно-карбідної кераміки маютьдрібнішу структуру ніж з білої кераміки, вищу твердість і зносостійкість, кращесприймають термічні навантаження. Але в порівнянні з твердими сплавами їхміцність і опір термоциклічним навантаженням значно менші, тому вонивикористовуються тільки для чистової і напівчистової обробки.
Оксидно-нітридна кераміка складається знітриду кремнію і тугоплавких металів з домішками оксиду алюмінію і деякихінших компонентів – це матеріали картиніт ОНТ20 і силініт-Р (твердість 94-96 НRA, швидкість різання 1500 м/хв). Картинітвикористовують для обробки загартованих сталей (НRC30-55) ковких, модифікованих і відбілених чавунів зтвердістю НВ 300-600, термо-покращених сталей.
Силініт Р займає проміжне місце між твердимисплавами на карбідній основі і надтвердими матеріалами на основі алмазу і нітридубору. Дослідження показали, що його можна застосовувати при чистовій обробцічавуну, сталей сплавів алюмінію і титану. Основна його перевага в недефіцитності вихідних матеріалів.
1.4.ПОЛІКРИСТАЛІЧНІНАДТВЕРДІ МАТЕРІАЛИ
До цієї групи відносяться алмази і кубічнийнітрид бору. Алмаз найтвердіший з всіх відомих матеріалів, його твердість 100гПа., він має високу зносостійкість. Добру теплопровідність, малий коефіцієнттертя і малу адгезію з металами ( за виключенням заліза і його сплавів звуглецем). Недоліки алмазу як інструментального матеріалу це низькатеплостійкість (800оС) і значна хрупкість, що вимагає жорсткого івібростійкого обладнання.
Різальні інструменти виготовляють як зприродних так і з штучних алмазів. Штучні (синтетичні) алмази виготовляють зграфіту при тисках біля 1000 гПа і температурі біля 2500оС звитримкою від мікросекунд до десятків секунд. При цих умовах гексагональнагратка графіту перетворюється в кубічну гратку природного алмазу. Природніі штучні алмази мають одинакові параметри кристалічної гратки, близькі фізичніі хімічні властивості, але синтетичні алмази значно дешевші і їх властивостіможна регулювати в процесі виготовлення. В техніці біля 90% алмазнихінструментів виготовлені на основі синтетичних алмазів.
Промисловість випускає синтетичні алмази увигляді порошків (монокри-стали), полікристалів і композиційних матеріалів.Алмазні порошки використовуються для виготовлення абразивного інструменту, Длявиготовлення лезового інструменту використовуються полікристали марок: баллас,карбонадо, карболіт. Карбонадо кращі балласів, їх міцність позволяє видержуватизначні без ударні навантаження, робоча температура не вище 650оС.
В останні 10-15 років активно розвиваєтьсяновий напрям створення алмазних матеріалів –CVD (chemikal vapour deposition – методхімічного осадження з газової фази). Він відомий з 1889 року. Його суть увирощуванні твердого матеріалу з газової фази з використанням суміші реакційнихгазів, з яких поступають необхідні реагенти на поверхню підложки.
При вирощуванні алмазів CVD методомтаким реагентом є вуглець. Цей метод при використанні реагентів дуже високоїчистоти дає можливість одержувати кристали алмазу оптичної якості.
На відміну від синтезу в умовах високоїтемператури і тиску (НР/НТ метод) вирощування алмазу СVDметодом проходить при високій температурі і тиску нижче атмосферного. Алмаз,одержаний CVD методом, являє собою полікристалічний матеріал з зернистою структурою.Вирощувані за тонко-плівковою технологією зерна СVD алмазу ростуть з дрібнихзерен, які зростаються і, по мірі збільшення і потовщення шару, надають СVD алмазу стовбчасту структуру. Твердість CVD кристала алмазу становить 81± 18 гПа, амонокристал має 57 гПа в площині 100 і 104 гПа в площині 111.
Полікристали мають ряд переваг: розмірØ=8мм, що спрощую кріплення, мають однорідну зернисту будову (відсутняанізотропія через наявність не алмазних (графітних і карбідних) фаз,електропровідні, міцність на згин в 2-3 рази вище алмазу. Вони використовуютьсядля обробки титанових сплавів, високо кремнієвих сплавів, композиційнихматеріалів, мінералокераміки, забезпечують високу точність, але мало ефективніпри обробці сплавів на основі заліза, дорогі.
На основі синтетичних алмазів випускаютьсякомпозиційні матеріали у яких підложка 2-4 мм твердосплавна пластинка і алмазне покриття товщиною ≈1 мм,що позволяє об’єднати високу твердість і зносостійкість алмазів і міцністьтвердого сплаву.
Композити. Основою полікристалічних надтвердихматеріалів, які мають комплект унікальних фізико-механічних і експлуатаційнихвластивостей, складає нітрид бору (ВN). Це ковалентне зєднання бору з азотом. В природі воно не зустрічається. Нітрид бору відкритийі синтезований в першій половині ХІХ століття, він має кристалічну граткуграфіту, має високу температуру плавлення (>2200оК), нерозчиняється ні в одному з відомих розчинників, проводить електричний струм.Відомі три види нітриду бору: ВNг –гексагональний графітоподібний, ВNк – кубічний і ВNв –вюрцитоподібний. На основі останніх двохсинтезуються всі відомі полікристалічні надтверді матеріали. Синтезвідбувається при температурі 1600-2300 оК і тиску 4,0-7,5 гПа вприсутності каталізаторів, або без них. Вперше кубічний нітрид бору бувсинтезований у США в 1957 році, а в СРСР- у 1959 році.
Кубічний нітрид бору (КБН) синтетичнийнадтвердий матеріал на основі нітриду бору відноситься до числа ефективнихінструментальних матеріалів і широко використовується для різних видівабразивних і лезових інструментів. Як показала практика, КНБ не можеконкурувати з алмазом при обробці таких твердих і хрумких матеріалів якметалокерамічні тверді сплави, скло, граніт, і ряд інших неметалічнихматеріалів. В той же час, завдяки теплостійкості і дифузійній стійкості, непроявляючи при обробці металів і сплавів хімічної спорідненості до заліза, КНБє перспективним для обробки вказаних матеріалів, в тому числі інструментальнихсталей, особливо швидкорізальних нормальної і підвищеної продуктивності.
Починаючи з 90х роківспостерігається значне збільшення виробництва КНБ і до кінця ХХ століття об’ємйого випуску становив 15 тон в рік. Продаж інструментів на основі КНБ перевищуєдекілька мільярдів доларів США. На ринку СНД найбільш відомі торгові марки КНБ– це кубаніт, що випускається Науково-технологічним алмазним концерном „Алкон”НАН України (НТАК „Алкон”) і ельбор Абразивного заводу „Ильич” Росія, а вдалекому зарубіжжі – бора зон „Дженерал Електрик” США.
Кубаніт – це хімічне з’єднання двох елементів– бору(43,6%) і азоту (56,4%). Він має кристалічну гатку з майже такою жбудовою, як алмаз. По твердості він приближається до алмазу, але має більшвисоку теплостійкість і дифузійну стійкість. Мікротвердість КНБ знаходиться вграницях 80-90 гПа (алмаз/>100гПа),теплостійкість 1200оС, щільність 3,45 Г/см3 (менша ніж уалмаза). Міцність шліф порошків з КНБ відповідає міцності шліф порошків зсинтетичних алмазів марок АС2, АС4, АС6, АС15. Порошки кубаніта виготовляють увигляді мікро порошків марки КМ і шліф порошків КО, КР, КВ.
В останній час до надтвердих матеріаліввідносять матеріали, що містять композицію Si-Al-O-N (торгова марка “сіалон”) воснові яких лежить нітрид кремнію Si3N4.Комбінаціяцієї основи з різними елементами позволяє створити матеріали з різнимивластивостями, наприклад “силініт”(створений ІПМ АН УРСР), якийвикористовується для напівчистової обробки чавунів в тому числі і відбілених іінших матеріалів, що дають стружку надлому.
На основі кубічного нітриду бору випускаютьсяматеріали марок “ельбор Р” (К01), який використовується для чистової обробкизагартованих сталей і чавунів; гексаніт (К10) використовується для чистовоїобробки гартованих сталей(НRC 40-68), чавунів ітвердих сплавів; композит К05 використовується для напівчистової обробкичавунів і інших матеріалів, які дають стружку надлому. Цілий ряд такого класуматеріалів випускають фірми Японії, США, Англії, Німеччини.
Випускаються ці матеріали у виглядінепереточуваних твердосплавних пластинок з нанесеним на них шаром надтвердого покриття.
1.5 МЕТОДИПІДВИЩЕННЯ ЗНОСОСТІЙКОСТІ ІНСТРУМЕНТУ
Традиційніметоди підвищення зносостійкості шляхом складного легування інструментальнихматеріалів практично вичерпали свої можливості. Розроблено методи підвищеннязносостійкості, які ґрунтуються на створенні на робочих поверхнях інструментутонких поверхневих шарів з заданими властивостями. Найбільш розповсюдженіхіміко-термічні методи (ціанування, азотування, нітроцементація, борування…).Тут зміна хімічного складу поверхневого шару досягається за рахунок дифузіїрізних елементів з зовнішнього середовища в матеріал інструменту. Найбільшерозповсюдження одержало ціанування, після якого на поверхні сталевогоінструменту утворюється шар товщиною 20-30 мкм твердістю НКС70.високої тепло і зносостійкості. За рахунок цього стійкість інструментупідвищується в 1,5-2 рази.
Нанесення покрить на інструментальні матеріалипозволяє створити новий комплекс властивостей з збереженням необхідноївластивості основи. Ці способи одержали широкий розвиток і розділяються на 2методи:
1. Хімічне осадження покрить з газової фази (СVD метод) ґрунтується на конденсації твердих осадків з газоподібнихз’єднань. При цьому температура підложки дуже висока (1000-1100 0С)і цей метод можна використовувати тільки для нанесення покрить на твердісплави. Матеріал покриття: TiC; ТiN;TiNC;ZrN; HfC; MoC; MoN; CrN; TaN.
2. Фізичні методи (РVD): КІБ– конденсація з іонним бомбардуванням інструменту, РЕП- реактивно іоннопроменеве осадження покрить у вакуумі. Тут температура відносно не висока(420-620 0С) і ці методи можна використовувати для нанесення покритьна швидкорізальні сталі і тверді сплави. На основі КІБ методу працюютьустановки “Булат” і установки іонного азотування. Із збільшенням температури взоні різання PVD покриття значно менше втрачають у твердостініж CVD покриття.
В інституті надтвердих матеріалів ім…В.М.Бакуля НАН України відкрито явище поглинання металічних розплавів безпористими спеченими композиційними матеріалами. На основі цього явищарозроблена нова технологія одержання твердосплавних виробів з градієнтноюструктурою. Формування градієнтної структури досягається шляхомвисокотемпературної металічними розплавами спечених виробів. Цю технологіюназивають ОМР. Випробування показали, що бурові долота, які мають твердосплавнівставки з градієнтною структурою, мають у 2 рази вищу стійкість, ніж серійні.
Технологія ОМР позволяє створювати градієнтніструктури на мікро і субмікро рівнях, керувати поліморфним перетворенням в Со–фазі і таким чином гальмувати розвиток тріщин, що виникають в процесістомлювання, в твердосплавних виробах. Так при різанні металів в зоні різальноїкромки різця виникають мікро тріщини. Під дією змінних полів напружень ітемпературних полів ці мікро тріщини ростуть, утворюють сітку мезотріщин, врезультаті чого різець виходить з ладу. Для подавлення росту мікро тріщинпропонується проводити легування різальної кромки, використовуючи технологіюОМП, і таким чином створювати градієнтні структури в зоні різальної кромки.Легування можна проводити любими металами і неметалами.
Розроблено технології, що позволяють наноситипокриття (до 10-15 шарів) без значного збільшення їх товщини. Японська фірма “Sumitomo Electric” створила надтонке гладке покриття з “надструктурою”ZX (TiN/AlN), яке при товщині 2,5мкм складається з 2000 шарів (товщина шару 1,25 нм). Твердість покриття 4000 НV, що спів розмірно з твердістю КНБ. Використовується в різальнихінструментах для обробки сталей, чавунів, жароміцних матеріалів при високійтемпературі і великих подачах. Швейцарська фірма “Frаisa” розробила технологію DSC (подвійного покриття), що позволяє одержувати передню і задню поверхніінструменту з різними властивостями. На задню поверхню наноситься твердетермічно ізолююче покриття, а на передню поверхню – шар покриття з коефіцієнтомтертя близьким до 0. Фірма “Winter” для обробки чавунних відливок створиларізальні пластинки з двома функціональними покриттями: на переднійповерхні-чорне, а на задній – золотисте, збільшивши продуктивність обробки на75%.