Приклади застосування кибориту

Підприємство, країна	Операція	Економічна доцільність
Криворізький металургійний комбінат “Криворіжсталь”	Обробка броні з сталі 110Г13Л	Підвищення продуктивності праці в 12-15 раз, стійкості інструменту в 3-4 рази.
Могилів-Подільський механічний завод	Чорнова та напівчистова обробка чавунних барабанів, інших виробів з загартованої сталі та чавуну.	Підвищення стійкості інструменту в 5-10 раз, в порівнянні з аналогічним інструментом з КНБ виробництва Росії.
Лебединський гірничо-збагачувальний комбінат, Росія	Обробка броні верхньої з сталі 110Г13Л.	Підвищення стійкості інструменту в 10-15 раз, продуктивності праці в 4-6 раз.
КП “Київтрактороде­таль”, м. Київ	Обробка спеціального чавуна	Збільшення стійкості інструменту в 3-4 рази
Чехія, Великобританія, Ізраїль, приватні фірми	Обробка чорних металів і сплавів	Економічно доцільне використання кибориту замість матеріалів західних фірм
Геологодослідницький центр, м. Потсдам, Німеччина	Сегменти ковадел ку­бічного апарату високого тиску об’ємом 50 мм3 та 80 мм3	Збільшення строку служби АВТ в 25 раз при заміні твердосплавних сегментів ковадел на киборитові.
Університет штату Нью-Йорк, м. Стоні Брук, США	Сегменти ковадел тетраедричного апарату високого тиску об’ємом 1,2 мм3 та 9 мм3	В робочому об’ємі 1,2 мм3 досягнуто тиск 39 ГПа

Але частина наукових результатів не була в повній мірі реалізована при розробці технологій виготовлення кибориту-2 і кибориту-3, це стосується в першу чергу використання порошків КНБ розміром менше 3 мкм і розширення застосування прийомів деформаційного зміцнення структури полікристалів, тому викладемо основні практичні досягнення в цій області в вигляді технологічних рекомендацій для подальнших розробок.

8.4 Рекомендації для розробки технології спікання пкнб з деформаційно зміцненою структурою.

Першим полікристалічним надтвердим матеріалом інструментального призначення, який серійно випускався на дослідному заводі інституту надтвердих матеріалів був “ісміт” [281, 282]. Для одержання ісміту-2 (варіант, одержаний спіканням порошків КНБ) використовували порошки КНБ марки КМ 60/40. Спікання проводилось в АВТ тороїд з діаметром лунки 13,5 мм при тиску більшому ніж 7,7 ГПа і температурі 2400 К. Порошки КНБ спікались без добавок в шихті. Розміри полікристалів 3,5 мм по діаметру і 4 мм по висоті. Застосування полікристалів – гладке точіння загартованих сталей, високоміцних чавунів.

Полікристалічний надтвердий матеріал киборит-1 [26, 132, 238, 241] випускався дослідним заводом ІНМ починаючи з 1984 року, для спікання використовувались порошки КНБ зернистістю від 5/3 до 14/10, спікання проводилось в АВТ тороїд при тиску 7,7 ГПа і температурі 2300 К, шихта для спікання складалась з 98% КНБ і 2% Al. Розміри полікристалів 7 мм по діаметру і 3,2 мм по висоті. До традиційної області застосування - точіння загартованих сталей і чавунів добавилась нова область – обробка точінням високотвердих наплавлених і напилених покриттів та спеціальних хромо-нікелевих жароміцних сплавів. Особливості кибориту-1 висока в’язкість руйнування і звідси – можливість застосування при точінні з ударом.

В цей же період в ІНМ був створений двошаровий матеріал БПК, підкладка з твердого сплаву групи ВК і ріжучий шар полікристалічний КНБ [26]. Умови його одержання і області застосування близькі до таких для кибориту-1 [26, 237]. Матеріали киборит-2 і киборит-3 з’явилися в другій половині 90-х років, їх розміри до 35мм в діаметрі і до 25 мм по висоті, особливості одержання –реакційне спікання КНБ з Al при понижених р,Т-параметрах (4,2 ГПа, 1750 К) в стальних АВТ [132, 257], застосування – гладке точіння загартованих сталей і чавунів при великих зйомах оброблюваного матеріалу, застосування в конструкціях (наприклад, високонагружені деталі АВТ) [132].

Зернистість порошків КНБ, що використовується при одержанні кибориту 2 і 3 – в межах КМ 5/3 – КМ 40/28. Відмінність кибориту-1 від ісміту в тому, що умови його одержання забезпечували значно вищий рівень деформаційного зміцнення структури, як результат – розширення областей застосування кибориту в порівнянні з ісмітом (точіння з ударом, обробка наплавок, спецсплавів).

Якщо умови одержання кибориту-1 це другий максимум на кривій залежності щільності дефектів структури від температури спікання (див. рис. 7.1) то умови спікання кибориту-2 і 3 – перший максимум.

Як у випадку кибориту-1 так і у випадку кибориту-2 при формуванні деформаційно зміцненої структури перевага надавалась реконструктивному фактору. Подальші кроки по деформаційному зміцненню структури полікристалів КНБ, виходячи з результатів даної роботи, можуть бути наступними.

Підвищення ролі генетичного фактору в формуванні деформаційно зміцненої структури. Це виражається в ширшому використанні порошків КНБ зернистістю менше 3 мкм. Перешкоди на цьому шляху були наступні:

В мікропорошках кубоніту марок КМ 3/2, КМ 2/1 і особливо КМ 1/0 підвищений вміст графітоподібного BN, тому необхідно додаткове очищення вихідного порошку від BN_г до рівня не більш 0,5% (складності - важкорозчинність деформованого графітоподібного BN і як наслідок - великі втрати порошку при очищенні).

В мікропорошках КМ 3/2, КМ 2/1 і особливо КМ 1/0 збільшений вміст адсорбованих домішок, зокрема води і кисню, завдяки високій питомій поверхні таких порошків, а також домішки на поверхні порошків, які появляються в процесі сортування порошків за розмірами (домішки органічних сполук, в першу чергу гліцерину).

Нами проведено дослідження порошків різних зернистостей на вміст в них вологи (води) і органічних домішок. Дослідження полягало в просушці порошків при температурах 393 і 773 К на протязі 4 годин. В табл. 8.12 дані по зміні маси порошків КНБ різних зернистостей в результаті просушки.

Як видно з табл. 8.12, після відпалу найбільша втрата маси для порошку КМ 1/0 (близько 1,6 %) причому невідновлена маса, яку можна віднести за рахунок домішок органічних сполук, складає 0,34%, а відновлена (напевно в першу чергу пари води і інші гази, адсорбовані поверхнею) складає 1,23%. Для порошків вищих зернистостей домішок на поверхні значно менше (див. табл. 8.12).

Порошок КМ 40/28 відпалювали три рази (див. табл. 8.12), причому, якщо після першого відпалу відмічено втрата маси без повернення на рівні 0,046%, то при наступних відпалах такої втрати маси практично не було, що ще раз підтверджує, що ця втрата маси пов’язана з органічними домішками. Порівняння втрати маси порошку без повернення після відпалу при температурах 393 і 773 К показало, що температура відпалу 393 К не забезпечує повного очищення порошку від органічних домішок, тому було вибрано для відпалу (очищення) порошків КНБ температуру 773 К. Подальше підвищення температури відпалу небажане, так як можливе окислення порошку КНБ при більш високій температурі.

Висновок з проведених досліджень по відпалу порошків КНБ – перед використанням порошки КНБ необхідно відпалювати (сушити). Температура відпалу 773 К, час відпалу до 4 годин.

Можливе і технологічне очищення порошку КНБ від графітоподібного BN і адсорбованих на поверхні домішок у процесі активованого реакційного спікання (створюються такі умови при спіканні, що добавки в шихті для спікання (наприклад, алюміній) взаємодіють в першу чергу з адсорбованими домішками і графітоподібним BN). Але при цьому наявність органічних домішок все одно небажана і необхідно очищати порошок КНБ від них.

Таблиця 8.12