IMG06

120

Rys. 3.9. Mechanizmy umocnienia ceramiki AI2O3 przez dodatek whiskerów: a) whiskery SiC w stanie dostarczenia, SEM, b) zmiana kierunku przebiegu pęknięcia, c) ..mostkowanie"

W porównaniu z konwencjonalnymi gatunkami spieków ceramicznych ceramika wzmocniona whiskerami odznacza się większą twardością, odpornością na pękanie i zużycie ścierne oraz wytrzymałością na zginanie, co pozwala na wydajniejszą obróbkę stali hartowanych i żaroodpornych stopów niklowych.

3.4. Materiały supertwarde

Do tej grupy materiałów zalicza się diament oraz regularny azotek boru.

Diament odznacza się najwyższą twardością spośród wszystkich materiałów narzędziowych i posiada znakomitą przewodność cieplną, większą od miedzi. W temperaturze ok. 800°C zaczyna przechodzić w grafit, utlenia się i traci swe pierwotne, wysokie zdolności skrawne. Nie nadaje się do skrawania stali i stopów niklu ze względu na reaktywność z żelazem i niklem w podwyższonej temperaturze, co prowadzi do dyfuzji węgla i jego grafityzacji.

Początkowo stosowano na narzędzia wyłącznie diament naturalny. Dopiero od 1953 roku zaczęto produkować diamenty syntetyczne na prasach o ciśnieniu 6 GPa i w temperaturze ok. 1500°C. Ze względów ekonomicznych produkuje się ziarna do wielkości I mm (średnio 0,01 karata), a następnie spieka tworząc polikryształy. Obecnie rzadko stosuje się pojedyncze kryształy diamentu naturalnego na ostrza narzędzi zarówno z uwagi na wysoką cenę, jak i nierównomierną odporność na ścieranie wzdłuż różnych płaszczyzn sieciowych. Ponadto ze względu na niewielkie wymiary pojedynczych ziaren nie mogą być one stosowane przy większych głębokościach skrawania i w zasadzie użycie ich musi być ograniczone do obróbki wykańczającej. Wad tych nie mają narzędzia wykonane z polikrystalicznego diamentu syntetycznego, gdyż orientacja ziaren w warstwie spiekanej jest przypadkowa, co zapewnia jednakowe właściwości skrawne we wszystkich kierunkach, zaś głębokość skrawania (nawet do

1,-12 mm) ograniczona jest tylko długością krawędzi płytki. Polikrystaliczna warstwa diamentowa z kobaltem jako osnową na grubość zwykle 0,S ♦ 1 mm spieczona jest z warstwą węglików spiekanych o grubości od I do kilku milimetrów i zwykle osadzona jest na narożach lub przy krawędziach płytek wieloostrzowych (rys. 3.10).

Rys. 3.10. Płytki z ostrzami z polikrystalicznego diamentu PCD

Wielkość ziaren diamentu (zwykle od 2 do 25 pin) ma istotny wpływ na jakość ostrza (ostrość krawędzi) i chropowatość powierzchni obrobionej. Narzędzia z ostrzami diamentowymi stosowane są przy obróbce stopów aluminium (szczególnie z krzemem), magnezu, miedzi i cynku, węglików spiekanych, materiałów niemetalowych, jak: porcelana, kamienie, guma, grafit oraz tworzywa sztuczne z wypełniaczami mineralnymi lub wzmocnione włóknami szklanymi i węglowymi. Wysokie prędkości skrawania przy użyciu diamentu polikrystalicznego pozwalają uzyskać wydajność nawet kilkasetkrotnie przewyższającą wydajność obróbki ostrzami z węglików spiekanych i niską chropowatość powierzchni obrobionej rzędu Ra = 0.4 + 1,7 pm. Uzyskanie przy toczeniu bardzo gładkiej powierzchni o chropowatości rzędu Ra = 0,001 ♦ 0,16 pm, porównywalnej z efektami wykańczających obróbek ściernych, możliwe jest przy zastosowaniu ostrzy z monokrystalicznego diamentu naturalnego.

Regularny azotek boru BN jest materiałem syntetycznym, produkowanym podobnie jak diament, o wysokiej twardości ustępującej jedynie diamentowi i znakomitej odporności na wysokie temperatury, gdyż do 1500°C nie reaguje ze stalą ani z innymi materiałami i nie utlenia się, czym ustępuje jedynie spiekom ceramicznym. Jego podstawową zaletą jest możliwość obróbki wszystkich gatunków stali o twardościach 45 ♦ 68 HRC i żeliw do 95 HRS oraz stopów niklu i kobaltu, nie nadających się do obróbki ostrzami diamentowymi. Postać płytek kompozytowych z regularnego azotku bom jest podobna do płytek z polikrystalicznego diamentu lub wykonuje się pełne płytki z BN. Podstawowym składnikiem jest twardy sześcienny azotek bom (CBN). Jako domieszka bywa stosowany miększy BN o strukturze wurcytu (WBN),