3. Гидроизоляционные материалы В строительстве, системе ЖКХ широко применяются различные гидроизоляционные материалы, которые предназначены для защиты строительных конструкций, зданий и сооружений от вредного воздействия воды и химически агрессивных жидкостей –

4. Электроизоляционные материалы В условиях большой распространенности различных электроустановок практически во всех отраслях промышленности и хозяйства страны в целом электроизоляционные материалы получили повсеместное применение. Самая важная характеристика

5. Смазочные материалы В соответствии со стандартом смазочные материалы классифицируют по происхождению, физическому состоянию, по наличию присадок, по назначению, по температуре применения.По происхождению или исходному сырью смазочные материалы подразделяют

Материалы Невозможно точно определить, какой из материалов является главным, а какой - второстепенным. Здесь важно все. Неправильный подбор плитки может сказаться на эстетической стороне, а неправильный подбор клеящей прослойки (подстилающего слоя) - на

10.4.1. МАГНИТОМЯГКИЕ МАТЕРИАЛЫ На протяжении многих лет для массивных магнитопроводов применялась конструкционная низкоуглеродистая сталь марки Ст10 с содержанием углерода 0,1%. Требования увеличения магнитной индукции и снижения коэрцитивной силы привели к разработке

10.4.3. ФЕРРИМАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ В настоящее время большое внимание уделяется ферритам. Ферриты ведут свое происхождение от магнетита - естественного постоянного магнита, известного на протяжении всей истории человечества. Природный минерал - феррит железа, или

10.4.4. МАГНИТОТВЕРДЫЕ МАТЕРИАЛЫ До 1910 г. постоянные магниты изготовлялись из углеродистой стали, так как эта сталь обладает относительно небольшим значением коэрцитивной силы Нс и большим значением индукции Вr, отношение длины магнитов к поперечному сечению было большим.

Необходимые материалы Сырьем для цементной черепицы служит портландцемент и кварцевый песок.Для придания цементной черепице гладкой поверхности ее обычно покрывают слоем акриловой или акрилово-силикатной краски. Защитный красочный слой обеспечивает ей высокую

В машиностроении для изготовления режущих и абразивных инструментов широко используются природные и синтетические минералы. Из природных минералов наиболее широко применяются алмаз, кварц, корунд, из синтетических - алмазы, кубический нитрид бора, электрокорунд, карбид бора, карбид кремния. По многим показателям синтетические материалы превосходят природные. Основные свойства синтетических сверхтвердых материалов (СТМ), применяемых при обработке резанием, приведены в таблице 2.18.

Таблица 2.18

Основные свойства синтетических сверхтвердых материалов

Для лезвийной обработки применяются природные, синтетические алмазы и кубический нитрид бора КНБ. Для абразивной - природные и синтетические алмазы, кубический нитрид бора, корунд и электрокорунд, карбид кремния, карбид бора, окись алюминия, окись хрома, окись железа, а также некоторые горные породы.

К естественным сверхтвердым природным материалам относится алмаз. Название «алмаз» происходит от арабского al-mas, что переводится как «твердейший», или греческого adamas (адамас), что в переводе означает «непреодолимый, несокрушимый, непобедимый». В конце XVIII в. было установлено, что алмаз состоит из углерода. Алмазы встречаются в виде отдельных хорошо выраженных кристаллов или же в виде скопления кристаллических зерен и многочисленных сросшихся кристаллов (агрегатов). Единицей измерения величины алмаза является карат (от араб, kirat), что составляет 0,2 г.

Следует отметить, что в металлообработке природные алмазы применяются весьма редко. Как правило, для этих целей используют борт (выброшенные за борт) - так называют все алмазы, не идущие на изготовление украшений. Для изготовления режущих инструментов (резцов, сверл) применяются кристаллы алмаза весом 0,2-0,6 карата. Алмазные порошки употребляются для изготовления алмазных кругов. Кристаллы алмаза закрепляются в державке путем пайки серебряным припоем или механическим креплением.

При заточке алмаз предварительно извлекается из стержня и перешлифовывается в технологической державке на специальных станках с помощью чугунных дисков, шаржированных смесью алмазного порошка с оливковым маслом.

Поликристаллы синтетических алмазов выпускаются типа баллас по ТУ 2-037-19-70 (АСБЗ и АСБ4 для изготовления выглаживателей и АСПК2 - для резцов). Они представляют собой поликристаллические образования размером до 12 мм прочно связанных кристаллов, обладающих высокой прочностью и износостойкостью.

Области применения СТМ:

• для алмазов (А) - обработка цветных металлов и их сплавов, а также дерева, абразивных материалов, пластмасс, твердых сплавов, стекла, керамики;
• для КНБ - обработка черных металлов, сырых и закаленных, а также специальных сплавов на основе никеля и кобальта.

В настоящее время в промышленности в основном используют синтетические А, получаемые из углерода (в форме графита) при воздействии высоких давления и температуры, при этом гексагональная гранецентрированная решетка графита превращается в кубическую гранецентрированную решетку алмаза. Температуру и давление, необходимые для структурных превращений, определяют из диаграммы состояния «графит - алмаз».

Так как бор и азот располагаются по обеим сторонам углерода в таблице Менделеева, путем соответствующей химической реакции можно получить соединение этих элементов, т. е. нитрид бора, который имеет графитообразную гексагональную кристаллическую решетку с приблизительно одинаковым числом атомов бора и азота, расположенных попеременно. Аналогично графиту гексагональный нитрид бора (ГНБ) имеет слоистую рыхлую структуру и может превращаться в КНБ. Это процесс описывается диах"раммой состояния ГНБ - КНБ. За счет добавления специальных растворителей-катализаторов (обычно нитриды металлов) интенсивность превращения увеличивается, а давление и температура процесса снижаются соответственно до 6 ГПа и 1500°С. В процессе превращения кристаллы КНБ увеличиваются. При нагреве отдельные кристаллы КНБ спекаются между собой в зонах контакта и образуют «поликристаллическую» массу. Для интенсификации спекания добавляют также растворители. Кроме того, вся спекаемая масса должна находиться при определенных давлении и температуре, чтобы предотвратить обратное превращение твердых кристаллов КНБ в мягкие гексагональные кристаллы.

В результате спекания получают конгломерат КНБ, в котором произвольно ориентированные анизотропные кристаллы соединяются между собой, образуя изотропную массу большого объема. Затем из этой массы получают пластины для режущих инструментов, фильеры для волочения проволоки, инструменты для правки шлифовальных кругов, износостойкие детали и др.

Как режущий материал алмаз обладает высокой стойкостью и низким коэффициентом трения в паре с металлом, что обеспечивает высокое качество поверхности. Алмазы применяются (природные и синтетические) для точного точения и растачивания деталей из цветных сплавов. Для обработки углеродосодержащих металлов (чугу- нов, сталей) алмазы не используются, так как из-за химического сродства обрабатываемого и инструментального материалов происходит интенсивное изнашивание алмазных резцов и науглероживание поверхностного слоя заготовки.

Материалы на основе нитрида бора представляют собой кристаллическую кубическую (КНБ) или вюрцито- подобную (ВНБ) модификацию соединения бора с азотом, синтезируемую по технологии, аналогичной производству синтетических алмазов. За счет варьирования технологическими факторами получают несколько отличных друг от друга материалов на этой основе - эльбор, кубонит, гексанит и др. Поликристаллы на основе нитрида бора получают размером до 12 мм, применяются они для обработки сталей и сплавов на основе железа.

В отечественном производстве материалы на основе нитрида бора для абразивного инструмента выпускают под маркой эльбор, а для лезвийного инструмента - композит.

Появление каждой качественно новой группы инструментальных материалов характерно прежде всего существенным, скачкообразным увеличением скоростей резания и поэтому всегда сопровождается глубокими изменениями в станкостроении и технологии механической обработки.

Скорость резания - важнейший фактор интенсификации обработки материалов резанием с применением инструмента из синтетических сверхтвердых материалов в условиях, когда резервы существенного повышения скоростей резания традиционных инструментальных материалов практически исчерпаны.

Вместе с тем, как показывают последние исследования, скорость резания является к тому же весьма действенным фактором решения проблемы стружкодробления - одной из труднейших проблем в металлообработке.

При высокой скорости резания работа почти полностью превращается в тепло и образуется сегментная стружка, у которой сегменты разделяются хрупкой узкой перемычкой сильно деформированного металла; фактически образуется короткая дробленая стружка. Автоматизация процессов обработки материалов со снятием стружки и дальнейший рост скоростей резания неразрывны.

Резкое увеличение скорости резания при прочих равных условиях обеспечивают соответствующее увеличение минутной подачи инструмента, т. е. производительности процесса, а также уменьшение силы резания, наклепа и шероховатости обработанной поверхности, т. е. точности и качества обработки. Установлено, кроме того, что при увеличении скорости резания в определенных пределах возрастает надежность работы инструмента из СТМ; это принципиально важно применительно к автоматизированному оборудованию.

Как правило, часть имеющегося резерва повышения скорости резания при переходе от твердосплавного инструмента к инструменту из СТМ используется для уменьшения толщины срезаемого слоя. Например, при повышении скорости фрезерования чугуна в 10 раз минутная подача может быть увеличена не в 10, а в 4 раза с соответствующим уменьшением в 2,5 раза подачи на оборот. Это дает дополнительное существенное уменьшение силы резания и шероховатости поверхности.

Из материалов, получаемых спеканием алмазных зерен, в настоящее время выпускают поликристаллы СВ, СВС, дисмит, СВБН, карбонит.

Поликристаллы марки АСБ имеют шаровидную форму диаметром около 6-6,5 мм, четко выраженную радиальнолучистую структуру. Кристаллы балласа образуют блочное строение и разные размеры по сечению образца: в центре более мелкие, чем на периферии. Их величина находится в пределах 10-300 мкм.

Алмазы марки АСПК имеют форму цилиндра диаметром 2-4,5 мм, высотой 3-5 мм, структура их также радиально-лучистая, но более тонко сформированная и совершенная. Размеры зерен меньше (до 200 мкм).

Структура алмазов типа СВ поликристаллическая, двухфазная. Общее количество примесей не превышает 2%.

По возрастанию прочности алмазные поликристаллы располагаются следующим образом: АСБ, АСПК, СВ, дисмит.

Алмазный инструмент может эксплуатироваться, в отличие от инструмента из композита, и на низких скоростях, присущих твердосплавному инструменту, обеспечивая многократное повышение стойкости. При фрезеровании скорости могут быть увеличены в 1,5-2 раза. Глубина резания древесностружечных материалов определяется шириной фрез или пил.

Эффективность использования СА при обработке высокотвердых материалов можно иллюстрировать на примере точения твердых сплавов ВК10, ВК10С, ВС15, ВК20 резцами из АСПК. Производительность такой обработки в десять раз выше производительности шлифования при стабильном обеспечении заданного качества.

Высокую износостойкость выявляют инструменты из АСПК и АСБ при точении абразивосодержащих материалов, широко распространенных высококремнистых и медных сплавов, стеклопластиков, пластической керамики, пресс-материалов и др. Она в десять и более раз выше, чем у твердосплавных.

Накоплен значительный опыт точения и растачивания резцами из АСПК заготовок из алюминиевых сплавов АЛ-2, АЛ-9, АЛ-25, АК-6, АК-9, АК-12М2, ВКЖЛС-2, титановых сплавов ВТ6, ВТ22, ВТ8, ВТЗ-1, стеклопластиков, цветных металлов, дерева.

Поликристаллы АСБ характеризуются высокой работоспособностью при точении высококремнистого алюминиевого сплава АК-21, АЛ-25, сплава на основе меди Л62, при обработке ЛС59-1, бронзы, стеклопластиков СТ, СВАМ, АГ и др.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение среднего профессионального образования Ленинградской области

Тихвинский промышленно-технологический техникум

имени Лебедева

Специальность: «Технология машиностроения»

Реферат

Твердые и сверхтвердые сплавы

Петров Сергей Игоревич

Тихвин 2010 г.

1. Типы твёрдых и сверхтвердых сплавов

2. Свойства твёрдых сплавов

3. Спечённые твёрдые сплавы

4. Литые твёрдые сплавы

5. Применение и разработки

Список литературы

Типы твёрдых и сверхтвердых сплавов

Твёрдые сплавы - твёрдые и износостойкие металлические материалы, способные сохранять эти свойства при 900-1150°С. Твердые сплавы известны человеку уже около 100 лет. В основном изготовляются на основе карбидов вольфрама, титана, тантала, хрома при различном содержании кобальта или никеля. Различают спечённые и литые твёрдые сплавы. Основой всех твёрдых сплавов являются прочные карбиды металлов, не разлагающиеся и не растворяющиеся при высоких температурах. Особенно важны для твёрдых сплавов карбиды вольфрама, титана, хрома, частично марганца. Карбиды металлов слишком хрупки и часто тугоплавки, поэтому для образования твёрдого сплава зёрна карбидов связываются подходящим металлом; в качестве связки используются железо, никель, кобальт.

Спечённые твёрдые сплавы

Композиционные материалы, состоящие из металлоподобного соединения, цементированного металлом или сплавом. Их основой чаще всего являются карбиды вольфрама или титана, сложные карбиды вольфрама и титана (часто также и тантала), карбонитрид титана, реже - другие карбиды, бориды и т. п. В качестве матрицы для удержания зерен твердого материала в изделии применяют так называемую «связку» - металл или сплав. Обычно в качестве «связки» используют кобальт (кобальт является нейтральным элементом по отношению к углероду, он не образует карбиды и не разрушает карбиды других элементов), реже - никель, его сплав с молибденом (никель-молибденовая связка).

Главной особенностью спеченных твердых сплавов является то, что изделия из них получают методами порошковой металлургии и они поддаются только обработке шлифованием или физико-химическим методам обработки (лазер, ультразвук, травление в кислотах и др), а литые твердые сплавы предназначены для наплавки на оснащаемый инструмент и проходят не только механическую, но часто и термическую обработку (закалка, отжиг, старение и др). Порошковые твердые сплавы закрепляются на оснащаемом инструменте методами пайки или механическим закреплением.

Литые твёрдые сплавы

Литые твёрдые сплавы получают методом плавки и литья.

Инструменты, оснащенные твердым сплавом, хорошо сопротивляются истиранию сходящей стружкой и материалом заготовки и не теряют своих режущих свойств при температуре нагрева до 750-1100 °С.

Установлено что твердосплавным инструментом, имеющим в своем составе килограмм вольфрама, можно обработать в 5 раз больше материала, чем инструментом из быстрорежущей стали с тем же содержанием вольфрама.

Недостатком твердых сплавов, по сравнению с быстрорежущей сталью, является их повышенная хрупкость, которая возрастает с уменьшением содержания кобальта в сплаве. Скорости резания инструментами, оснащенными твердыми сплавами, в 3-4 раза превосходят скорости резания инструментами из быстрорежущей стали. Твердосплавные инструменты пригодны для обработки закаленных сталей и таких неметаллических материалов, как стекло, фарфор и т. п.

Сверхтвёрдые материалы - группа веществ, обладающих высочайшей твердостью, к которой относят материалы, твёрдость и износоустойчивость которых превышает твёрдость и износоустойчивость твёрдых сплавов на основе карбидов вольфрама и титана с кобальтовой связкой карбидотитановых сплавов на никель-молибденовой связке. Широко применяемые сверхтвердые материалы: электрокорунд, оксид циркония, карбид кремния, карбид бора, боразон, диборид рения, алмаз. Сверхтвёрдые материалы часто применяются в качестве материалов для абразивной обработки.

В последние годы пристальное внимание современной промышленности направлено к изысканию новых типов сверхтвёрдых материалов и ассимиляции таких материалов, как нитрид углерода, сплав бор-углерод-кремний, нитрид кремния, сплав карбид титана-карбид скандия, сплавы боридов и карбидов подгруппы титана с карбидами и боридами лантаноидов.

Свойства твёрдых сплавов

Металлокерамические сплавы в зависимости от содержания в них карбидов вольфрама, титана, тантала и кобальта приобретают различные физико-механические свойства. По этой причине твердые сплавы представлены в трех группах: вольфрамовой, титановольфрамовой и титанотанталовольфрамовой. В обозначении марок сплавов используются буквы: В - карбид вольфрама, К - кобальт, первая буква Т - карбид титана, вторая буква Т - карбид тантала. Цифры после букв указывают примерное содержание компонентов в процентах. Остальное в сплаве (до 100%) - карбид вольфрама. Буквы в конце марки означают: В - крупнозернистую структуру, М - мелкозернистую, ОМ - особомелкозернистую. Промышленностью выпускаются три группы твердых сплавов: вольфрамовые - ВК, титановольфрамовые - ТК и титанотанталовольфрамовые - ТТК.

Твердые сплавы состава WC-Co (WC-Ni) характеризуются сочетанием высоких значений прочности, модуля упругости, остаточной деформации с высокой тепло- и электропроводностью (стойкость этих сплавов к окислению и коррозии незначительна); твердые сплавы состава TiC-WC-Co в сравнении с первой группой сплавов обладают меньшей прочностью и модулем упругости, однако превосходят их по стойкости к окислению, твердости и жаропрочности; твердые сплавы состава TiC-TaC-WC-Co характеризуются высокой прочностью, вязкостью и твердостью; безвольфрамовые твердые сплавы обладают наибольшим коэффициентом термического расширения, наименьшей плотностью и теплопроводностью.

Характерными признаками, определяющими режущие свойства твердых сплавов, являются высокая твердость, износостойкость и красностойкость до 1000°C. Вместе с тем эти сплавы обладают меньшей вязкостью и теплопроводностью по сравнению с быстрорежущей сталью, что следует учитывать при их эксплуатации.

При выборе твердых сплавов необходимо руководствоваться следующими рекомендациями.

Вольфрамовые сплавы (ВК), по сравнению с титановольфрамовыми (ТК), обладают при резании меньшей температурой свариваемости со сталью, поэтому их применяют преимущественно для обработки чугуна, цветных металлов и неметаллических материалов.

Сплавы группы ТК предназначены для обработки сталей.

Титанотанталовольфрамовые сплавы, обладая повышенной точностью и вязкостью, применяются для обработки стальных поковок, отливок при неблагоприятных условиях работы.

Для тонкого и чистового точения с малым сечением стружки следует выбирать сплавы с меньшим количеством кобальта и мелкозернистой структурой.

Черновая и чистовая обработки при непрерывном резании выполняются основном сплавами со средним содержанием кобальта.

При тяжелых условиях резания и черновой обработке с ударной нагрузкой следует применять сплавы с большим содержанием кобальта и крупнозернистой структурой.

В последнее время появилась новая безвольфрамовая группа твердых сплавов, в которой карбид вольфрама заменен карбидом титана, а в качестве связки используются никель и молибден (ТН-20, ТН-30). Эти сплавы имеют несколько сниженную прочность против вольфрамовых, но обеспечивают получение положительных результатов при получистовой обработке вязких металлов, меди, никеля и др.

Различают два вида порошкообразных продуктов для наплавки: вольфрамовые и не содержащие вольфрама. Вольфрамовый продукт представляет собой смесь порошкообразного технического вольфрама или высокопроцентного ферровольфрама с науглероживающими материалами. Советский сплав этого типа носит название вокар. Изготовляются подобные сплавы следующим образом: порошкообразный технический вольфрам или высокопроцентный ферровольфрам смешивается с такими материалами, как сажа, молотый кокс и т. п., полученная смесь замешивается в густую пасту на смоле или сахарной патоке. Из смеси прессуют брикеты и слегка их обжигают до удаления летучих веществ. После обжига брикеты размалывают и просеивают. Готовый продукт имеет вид чёрных хрупких крупинок величиной 1-3 мм. Характерным признаком вольфрамовых продуктов является их высокий насыпной вес.

В Советском Союзе изобретен порошкообразный сплав, не содержащий вольфрама и потому весьма дешёвый. Сплав носит название сталинит и имеет весьма широкое распространение в нашей промышленности. Многолетняя практика показала, что, несмотря на отсутствие вольфрама, сталинит обладает высокими механическими показателями, во многих случаях удовлетворяющими техническим требованиям. Кроме того, благодаря низкой температуре плавления 1300-1350° сталинит обладает существенным преимуществом перед вольфрамовым продуктом, который расплавляется лишь при температуре около 2700°. Низкая температура плавления сталинита облегчает наплавку, повышает производительность наплавки и является существенным техническим преимуществом сталинита.

Основой сталинита является смесь порошкообразных дешёвых ферросплавов, феррохрома и ферромарганца. Процесс изготовления сталинита такой же, как и вольфрамовых продуктов. Сталинит содержит от 16 до 20% хрома и от 13 до 17% марганца. Твёрдость наплавки по Роквеллу для вокара 80-82, для сталинита 76-78.

Наплавка сталинита производится угольной дугой по способу Бенардоса. Газовая горелка мало пригодна для наплавки, так как газовое пламя сдувает порошок с Места наплавки. Деталь, подлежащая наплавке, подогревается до начала красного каления, после чего на поверхность детали насыпается сталинит равномерным слоем толщиной 2-3 мм. Для получения правильных краёв и граней наплавки применяются специальные шаблоны и ограничители из красной меди, графита или угля. На насыпанном слое зажигается угольная дуга постоянного тока нормальной полярности при силе тока 150-200 а. Наплавку ведут непрерывно без обрывов дуги и по возможности без повторного расплавления наплавленного слоя.