109

Zużycie narzędzi zmniejsza się ze wzrostem prędkości skrawania. Sialony znalazły także zastosowanie na narzędzia do ciągnienia rur i drutów, narzędzia do ciągłego odlewania metali oraz narzędzia górnicze do skał i węgla kamiennego.

6.5.7. Supertwarde materiały na narzędzia skrawające

6.5.7.I. Diament naturalny i polikrystaliczny diament syntetyczny (PCD)

Własności diamentu naturalnego od wielu lat skłaniały wytwórców do zastosowania tego tworzywa na narzędzia skrawające. Nie znalazł on jednak szerszego zastosowania, głównie ze względu na bardzo duże koszty. Zastosowanie diamentu naturalnego na narzędzia stało się możliwe wyłącznie w przypadkach, gdy koszty inwestycyjne i eksploatacyjne obrabiarek są bardzo duże. Diamenty naturalne bywają stosowane do obróbki części z aluminium i jego stopów głównie w przemyśle samochodowym, ze względu na możliwość uzyskania powierzchni obrabianej o chropowatości R_a = 0,01 +0, 15 gm. Monokrystaliczne diamenty stosuje się w pośrednim kształtowaniu wyprasek z węglików spiekanych, a także przy obróbce niektórych tworzyw sztucznych.

Znacznie szersze jest natomiast zastosowanie narzędzi z polikrystalicznego diamentu syntetycznego. Znanych jest kilka metod otrzymywania diamentu syntetycznego, z których największe znaczenie przemysłowe ma metoda bezpośredniej przebudowy heksagonalnej postaci grafitu w regularną sieć diamentu. Proces ten jednak musi zachodzić w wysokotemperaturowych (1400+2500 K) i wysokociśnieniowych (4,5+10 GPa) warunkach w obecności katalizatorów. Inną znaną metodą otrzymywania diamentu jest metoda dynamiczna, realizowana najczęściej drogą wybuchową przez eksplozję mieszaniny grafitu i materiału wybuchowego w zamkniętej komorze. Podczas eksplozji w czasie mikrosekund uzyskuje się ciśnienie rzędu 15+30 GPa i temperaturę 2000+4000 K. Rozmiary uzyskiwanych ziaren diamentu mieszczą się w zakresie 1+80 pm, chociaż zdarzają się również ziarna o wielkości 200 pm. Uzyskane tą metodą diamenty mają z reguły budowę polikrystaliczną i czarne zabarwienie. Charakteryzują się wprawdzie znaczną ilością defektów powierzchniowych, ale pozbawione są ostrych krawędzi, co wpływa korzystnie na stosowanie ich przy produkcji past szlifierskich. Metoda ta zaliczana jest do wydajnych, mimo iż masa otrzymywanych diamentów stanowi nieduży procent masy surowca.

Zastosowanie diamentów do toczenia wymaga kryształów o masie 0,1 +7 karatów. Ze względu na małą ilość kryształów o tej wielkości, otrzymanych w procesie syntezy bardzo duże znaczenie ma wytwarzanie ostrzy skrawających w procesie spiekania proszku diamentowego.

Na ogół spiekaniu poddaje się proszki z cząstkami o rozmiarach 1+60 pm przy ciśnieniu 5+8 GPa i temperaturze 1079+2273 K. Wartości powyższych parametrów mogą być obniżone dzięki odpowiednim zabiegom przygotowawczym. W wyniku spiekania otrzymuje się spieki proste (polikryształy) gdy spiekaniu poddany był czysty proszek diamentowy lub spieki złożone (kompozyty), gdy spieka się proszek diamentowy zmieszany z fazą wiążącą, którą mogą być metale (np. Co, Ni, Fe, Ti, Cr, Zr). j

Polikrystaliczny diament syntetyczny wykazuje największą twardość ze wszystkich materiałów narzędziowych przy bardzo małej wytrzymałości na zginanie (rys. 6.2 0-

o

co

E

5,

fi

>

5

węgliki    regularny

spiekane    azotek baru

Rys. 6.21. Porównanie twardości i wytrzymałości na zginanie różnych materiałów narzędziowych

(zaczerpnięto z poz. [19])

a?

Podstawową postacią narządzi z polikrystalicznego syntetycznego diamentu są płytki

0    niewielkich wymiarach, przeważnie o grubości maksymalnie 0,5 mm niekiedy 1 mm

1    pozostałych wymiarach nie większych niż kilka milimetrów. Płytki takie są łączone metodą spiekania z częścią nośną, wykonaną z materiału o mniejszej kruchości, najczęściej z płytką z węglików spiekanych o znormalizowanych wymiarach płytek wieloostrzowych (rys. 6.22).

Rys. 6.22. Schemat płytek narzędziowych z wkładkami z polikrystalicznego syntetycznego diamentu

121