7.6 Вплив властивостей на експлуатаційні характеристики композитів кнб

Відомий матеріалознавчий ланцюг має такий вигляд: технологіяструктуравластивостізастосування, тобто кожна наступна ланка визначається попередньою. Це твердження є справедливим тільки при врахуванні всіх факторів впливу для кожної з ланок і може привести до хибних висновків при відданні пріоритету одному з факторів і нехтуванні іншими.

Попробуємо проілюструвати це на прикладі вивчення впливу властивостей композитів КНБ на їх експлуатаційні характеристики. Дослідження проводилось шляхом випробовування композитів КНБ в лезовому інструменті. Визначалась стійкість при різанні ріжучих вставок з КНБ в залежності від їх властивостей (твердості, густини, теплопровідності), а також від умов одержання полікристалів.

В табл. 7.4 приведені дані порівняльних випробовувань композитів КНБ , одержаних за різними технологіями. Варіанти технологій - це спікання з попереднім просоченням і без просочення, з 2 і 10 % алюмінію в шихті, спікання в різних апаратах високого тиску: тороїд-20, тороїд-30, ковадло з заглибленням-55 (див. розд. 2.1). Випробовування проводили при гладкому точінні сталі ХВГ, HRCэ 58-62, швидкість точіння V = 75 м/хв, подача s = 0,1 мм/об, глибина різання t = 0,25 мм. Точіння тривало до зносу h_з = 0,4 мм.

Аналізуючи результати, приведені в табл. 7.4, можна дійти висновку, що крім твердості на стійкість різців з КНБ впливають і інші фактори, інші властивості, які в даній таблиці приховані в слові технологія. Тому для подальших досліджень будемо брати композити КНБ, одержані за однією технологією, інші випадки будуть відзначені. Якщо ж аналізувати вплив технології на стійкість різців з композитів КНБ, то варто відмітити, що збільшення алюмінію в шихті, застосування попереднього просочення шихти алюмінієм, збільшення об’єму АВТ – всі ці фактори ведуть до підвищення стійкості різців.

а	Б

Рис. 7.23 Руйнування полікристалів з неперервним каркасом КНБ транскристалітним (а) і змішаним (б) зломами. Параметри спікання: температура – 2300 K, тиск – 7,7 ГПа, шихта для спікання – КМ 7/5 (а), КМ 7/5 +2% Al

а	б

Рис. 7.24 Руйнування мікродвійників з утворенням груп дислокацій (а), нагромадження дислокацій в деформованих зернах BN_сф, які спричиняють розорієнтацію областей в зернах і руйнування мікродвійників (б). Т_сп=2100-2300 К

Рис. 7.25 Виділення бориду алюмінію (AlB2) по границях зерен BNсф (відмічено стрілками, розмір виділень – 0,1 – 0,2 мкм)

На рис. 7.26 приведені залежності зносу інструментального матеріалу від тривалості обробки. Зносостійкість композитів КНБ, одержаних за різними технологічними режимами, суттєво відрізняється. Дані рис. 7.26 корелюють з результатами, приведеними в табл. 7.4.

Розглянемо вплив твердості полікристалів КНБ, одержаних за одним технологічним режимом, на стійкість різців при точінні загартованої сталі ХВГ.

На рис. 7.27, 7.28 приведені різні варіанти таких залежностей. В усіх випадках підвищення твердості приводить до росту зносостійкості інструментального матеріалу.

Порівнюючи рис. 7.27 і 7.28 можна сказати, що ця залежність сильніше проявляється при менших швидкостях різання, тобто при менших температурах в зоні контакту інструмент - оброблювана деталь. Це може бути зв’язано з тим, що при низьких температурах в зоні контакту механізм зносу інструментального матеріалу на основі КНБ - переважно – абразивний знос, для якого важливим є співвідношення твердостей інструменту і оброблюваного матеріалу, при підвищенні температури в зоні різання зростає роль інших механізмів зносу (адгезійного, хімічного) для яких співвідношення твердостей інструменту і оброблюваного матеріалу менш важливе.

На рис. 7.29 приведені дані випробувань ріжучих пластин з композитів КНБ діаметром 12,7 мм, одержаних по технології з попереднім просоченням при спіканні шихти КМ 10/7 + 10% Al в АВД тороїд-30 при тиску 7 ГПа і температурі 2200 К. Партію пластин, випробовували при точінні твердого сплаву ВК-20. Умови різання - V=15 м/хв; s=0,1 мм/об, t=0,2 мм. Попередньо була визначена твердість кожної з пластин КНБ. При однаковій тривалості точіння для пластин з різною твердістю був різний знос (див. рис. 7.29).

Розглянемо зв’язок між фізико-механічними і експлуатаційними характеристиками композитів КНБ на прикладі точіння жароміцних сплавів.

З полікристалів КНБ були виготовлені ріжучі пластини круглої форми діаметром 7 і 12,7 мм для лезового інструменту з механічним кріпленням. Стійкість різців вивчали при точінні двох жароміцних сплавів - деформаційного ХН77ТЮР (ЭИ437БУ) і ливарного ХН57МКЮВТБРЛ (ЭП539ЛМ).

Жароміцні сплави на основі нікелю відносяться до важкооброблюваних матеріалів і характеризуються самими низькими коефіцієнтами оброблюваності (визначені по відношенню швидкості різання жароміцного сплаву до швидкості різання сталі 45 ці коефіцієнти змінюються від 0,214 до 0,073). З числа обраних нами сплавів ХН77ТЮР обробляється порівняно легко, ХН57МКЮВТБРЛ - важче (зазначені коефіцієнти для них відповідно рівні 0,181 і 0,098). Різний ступінь складності обробки пов'язаний з технологією виготовлення і рівнем легування сплаву. Хімічний склад сплавів на нікелевій основі, взятих для експериментів, приведений в табл. 7.5.

Тугоплавкі елементи підвищують жароміцність -твердого розчину, а Ti, Al, Nb утворюють інтерметалідні фази з Ni. Крім того, виникають карбідні і боридні фази тугоплавких металів, які також підвищують жаростійкість і ускладнюють обробку.

Точіння інструментом з полікристалічного КНБ проводили при швидкості різання 4,40 - 4,55 м/с, подачі 0,21 мм/об, глибині різання 0,5 мм. Стійкість різців приводили до однакових значень площадки зносу.

При цьому брали до уваги тільки ті випадки, коли різці працювали до нормального зносу без відколів і руйнацій. Приведене значення Тc було прийнято за критерій зносостійкості полікристалу КНБ.

Залежності зносостійкості полікристалів КНБ від їх густини (рис. 7.30) лінійні й описуються відповідно для сплавів ХН77ТЮР (крива 1) і ХН57МКЮВТБРЛ (крива 2) рівняннями (7,8; 7.9).

Таблиця 7.4