Твердые материалы и их соединения

ТВЕРДЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИХ СОЕДИНЕНИЯ

Введение

 

Исключительная твердость твердых материалов - отражение сильных сил связи между узлами атомной решетки. Это - причина, почему эта группа материалов обычно имеет высокую температуру плавления, малые коэффициенты теплового расширения и высокий модуль упругости [1 к 3]. Благодаря этой комбинации свойств, твердые материалы главным образом используются как износостойкие материалы и высоко жаростойкие материалы. Зона применения располагается от связанных и несвязанных порошков (шлифовальный состав) через спекаемые твердые материалы к спекаемым соединениям со связкой. Функция связующей фазы, использованной в этой последней группе, должна главным образом улучшить спекание и механические свойства, и понижать хрупкость. Хрупкость - характеристика всех твердых материалов; она имеет значительное влияние ограничающее их зону применения. Рисунок 17-1 дает краткий обзор прочности и твердостных свойств коммерчески важных твердых материалов.

 

Краткий обзор и характеристики твердых материалов

 

Твердые материалы могут быть разделены в две группы:

- Соединения переходных металлов периодической таблицы групп с IV до VIII с элементами B, N, C, Si или возможно P и С, и их моноокиси названы " металлическими твердыми материалами ".

- Соединения элементов B, C, N, Si друг с другом и некоторые оксиды типа Al2O3, ZrO2 или ThO2 классифицируется под термином " неметаллические твердые материалы ". "Сверхтвердые" материалы алмаз и нитрид бора - также часть этой группы.

Твердые сплавы

 

Твердые сплавы - соединения металлических твердых материалов связанных металлом [4 до 6]. Эта группа, часто рассматривается как отнесенная к спекаемым соединениям карбидов (и нитридов) и черные металлы. Иногда, используются другие классификации. Дело обстоит так особенно при различении их от кермета и соединений с сверхтвердыми материалами.

Основные типы твердых сплавов, которые являются до сих пор преобладающими – твердые сплавы WC-Cо, предпочтительно использованные для работы с материалами, которые формируют короткую станочная стружка (серый чугун), и твердые сплавы основанные на WC-TiC-Co и WC-TiC-TaC-Co для работы с материалами, которые дают длинную станочную стружку (стали). В нескольких случаях, характеристика твердых сплавов может быть улучшена значительно, покрытием (секция 2.5) [6] к [8]. Твердые сплавы с TiC, TiN или Ti (C, N) используются в случаях, где требуются высокие скорости резания [9] до [12]. Они обычно упоминаются как "керметы". Чтобы выполнять специальные требования, например высокая коррозиеустойчивость, также используются другие твердые материалы и связки (секция 2.6).

Коммерчески располагаемые твердые сплавы для режущих инструментов обычно классифицируется применениям соответствии со стандартом 513 DIN-ISO. Это категоризирует применение в три главных группы, которые потом подразделяются условиями механической обработки. Эта область от чистой механической обработки с высокой скоростью резания к механической обработке в низкой скорости резания и в неблагоприятных условиях, типа большой глубины пропила и ступенчатого резания.

Покрытие твердых сплавов

Покрытие означает приложение тонкого слоя твердого материала на спеченный твердый сплав (рис. 17-15) с целью дальнейшим улучшением износостойкости [13]. Привилегированный процесс – осаждение термическим разложением реактивной газовой смеси, обычно называется процесс ХОПФ (химическое осаждение паровой фазы). Слой ТiC формируется в температурах между 900 и 12000 C, в соответствии с уравнением реакции

 

TiCl4 4+ CxHy = ТiC + 4 HCl + CmHn (7)

 

Где CxHy - углеводород (Бензол, гептан и т.д.) и CmHn - его продукты реакции; другие промежуточные продукты, должны быть приняты во внимание при вычислении изменяющегося при колебаниях температуры равновесия. Осаждение происходит под условиями, в которых декорбюдированные области твердого сплава около поверхности избегают любой ценой. Это потому, что они иначе формировались бы  фазу (W3Co3C), интерметалический слой, который значительно уменьшает сопротивление разрыву на изгиб..

Покрытие происходит в реакторе, в котором вкладыши лежат на пластинах или отсутствуют.

Реакционная камера нагрета нагревающимся "колоколом", который помещен по всему реактору (горячий стенной реактор) (рис. 17-16), или внутренним (графитовым) нагревательным элементом (холодно-стенной реактор). Соответствующее введение газа или нагрузка позволяет однородное покрытие компонентов твердых сплавов.

Прочность твердых сплавов значительно зависимо от покрытия (рис. 17-17). Под растягивающим напряжением, трещины от напряжения формируются в тонком ломком слое, который является только несколько мкм толщиной; эти трещины - в прямом угле к поверхности и имеют тот же самый эффект как и пазы. Они причиняют разрушение, взаимодействуя с дефектами в основании твердых сплавов. Толщины слоя общего коммерческого резца составляют обычно от 5 до 15 мкм; более тонкие слои (3 мкм) рекомендуются для фрез. Слои вышеупомянутой толщины увеличивают срок службы твердых сплавов в два - или в три раза; альтернативно, скорости резания могут быть значительно увеличены при поддержании того же самого ресурса забойщика. Очень поразительно, что протяженность износа поперек режущей поверхности замедляется даже, когда стружка долго прорвалась через твердый материальный слой. Плакированные вкладыши используются исключительно для приложений обработки на станке.

ТВЕРДЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИХ СОЕДИНЕНИЯ

Введение

 

Исключительная твердость твердых материалов - отражение сильных сил связи между узлами атомной решетки. Это - причина, почему эта группа материалов обычно имеет высокую температуру плавления, малые коэффициенты теплового расширения и высокий модуль упругости [1 к 3]. Благодаря этой комбинации свойств, твердые материалы главным образом используются как износостойкие материалы и высоко жаростойкие материалы. Зона применения располагается от связанных и несвязанных порошков (шлифовальный состав) через спекаемые твердые материалы к спекаемым соединениям со связкой. Функция связующей фазы, использованной в этой последней группе, должна главным образом улучшить спекание и механические свойства, и понижать хрупкость. Хрупкость - характеристика всех твердых материалов; она имеет значительное влияние ограничающее их зону применения. Рисунок 17-1 дает краткий обзор прочности и твердостных свойств коммерчески важных твердых материалов.