1. Минералокерамика – синтетический материал, основой которого служит глинозем ( А12О3), подвергнутый спеканию при температуре 1720…1750 °С. Минералокерамика заменяет металлокерамические твердые сплавы в тех случаях, когда обработка осуществляется без ударов при относительно малых подачах ( 0,15 – 0,6 мм/об) и больших скоростях резания.
Минералокерамика допускает высокие скорости резания до 300 – 400 м/мин, весьма дешевая, но недостаточно прочна и совершенно не выдерживает ударных нагрузок. Используется только для получистовых и чистовых операций при безударных нагрузках. Минералокерамика для режущих инструментов изготовляется в виде пластинок, подобных пластинкам твердого сплава. Минералокерамические пластинки обладают высокой твердостью, способностью сохранять режущие свойства при температуре около 1200 С, что позволяет вести обработку на больших скоростях резания. Недостатком этих пластинок является большая хрупкость, ограничивающая их применение в случае обработки по обдирке с неравномерным припуском и при прерывистом резании.
Минералокерамика ЦМ-332, известная в промышленности как корундовый микролит, характеризуется сочетанием следующих высоких физико-механических свойств. Однако минералокерамика обладает низкой ударной вязкостью, малой пластичностью и большой хрупкостью, поэтому применение минералокерамики в настоящее время ограничивается только операциями чистовой и получистовой обработки с равномерным припуском и на станках достаточно высокой жесткости. Недостатком минералокерамики марки ЦМ-332 является повышенная хрупкость.
Преимуществом минералокерамики является высокая износоустойчивость до температуры 1000 °С и недефицитность исходного материала для изготовления, недостатком - высокая природная хрупкость.
Применение минералокерамики для токарной обработки металлов с каждым годом расширяется. Замена твердосплавных резцов резцами, оснащенных минералокерамикой, повышает производительность труда на многих операциях при одновременном увеличении периода стойкости резцов.
Недостатками минералокерамики являются низкая прочность и большая хрупкость.
2. Одним из направлений совершенствования режущих свойств инструментов, позволяющим повысить производительность труда при механической обработке, является повышение твердости и теплостойкости инструментальных материалов. Наиболее перспективными в этом отношении являются алмаз и синтетические сверхтвердые материалы на основе нитрида бора.
Алмазы и алмазные инструменты широко используются при обработке деталей из различных материалов. Для алмазов характерны исключительно высокая твердость и износостойкость. По абсолютной твердости алмаз в 4 - 5 раз тверже твердых сплавов и в десятки и сотни раз превышает износостойкость других инструментальных материалов при обработке цветных сплавов и пластмасс. Кроме того, вследствие высокой теплопроводности алмазы лучше отводят теплоту из зоны резания, что способствует гарантированному получению деталей с бесприжоговой поверхностью. Однако алмазы весьма хрупки, что сильно сужает область их применения.
Для изготовления режущих инструментов основное применение получили искусственные алмазы, которые по своим свойствам близки к естественным. При больших давлениях и температурах в искусственных алмазах удается получить такое же расположение атомов углерода, как и в естественных. Масса одного искусственного алмаза обычно составляет 1/8—1/10 карата (1 карат - 0,2 г). Вследствие малости размеров искусственных кристаллов они непригодны для изготовления таких инструментов, как сверла, резцы и другие, а поэтому применяются при изготовлении порошков для алмазных шлифовальных кругов и притирочных паст.
Лезвийные алмазные инструменты выпускаются на основе поликристаллических материалов типа «карбонадо» или «баллас». Эти инструменты имеют длительные размерные периоды стойкости и обеспечивают высокое качество обработанной поверхности. Применяются они при обработке титановых, высококремнистых алюминиевых сплавов, стеклопластиков и пластмасс, твердых сплавов и других материалов.
Алмаз как инструментальный материал имеет существенный недостаток — при повышенной температуре он вступает в химическую реакцию с железом и теряет работоспособность.
Для того чтобы обрабатывать стали, чугуны и другие материалы на основе железа, были созданы сверхтвердые материалы, химически инертные к нему. Такие материалы получены по технологии, близкой к технологии получения алмазов, но в качестве исходного вещества используется не графит, а нитрид бора.
Поликристаллы плотных модификаций нитрида бора превосходят по теплостойкости все материалы, применяемые для лезвийного инструмента: алмаз в 1,9 раза, быстрорежущую сталь в 2,3 раза, твердый сплав в 1,7 раза, минералокерамику в 1,2 раза.
Эти материалы изотропны (одинаковая прочность в различных направлениях), обладают микротвердостью меньшей, но близкой к твердости алмаза, повышенной теплостойкостью, высокой теплопроводностью и химической инертностью по отношению к углероду и железу.
Эффективность применения лезвийных инструментов из различных марок композитов связана с совершенствованием конструкции инструментов и технологии их изготовления и с определением рациональной области их использования:
композиты 01 (эльбор-Р) и 02 (белбор) используют для тонкого и чистового точения и фрезерования без ударов деталей из закаленных сталей твердостью 55...70 НRС, чугунов и твердых сплавов ВК15, ВК20 и ВК25 с подачами до 0,20 мм/об и глубиной резания до 0,8
композит 05 применяют для чистового и получистового точения без ударов деталей из закаленных сталей твердостью 40...58 HRC, чугунов твердостью до 300 НВ с подачами до 0,25 мм/об и глубиной до 2,5 мм
композит 10 (гексанит-Р) используют для тонкого, чистового и получистового точения и фрезерования с ударами деталей из закаленных сталей твердостью не выше 58 HRC, чугунов любой твердости, сплавов ВК15, ВК20, ВК25 с подачей до 0,15 мм/об и глубиной резания до 0,6 мм
При этом период стойкости инструментов возрастает в десятки раз по сравнению с другими инструментальными материалами.
Область применения СТМ до недавнего времени ограничивалась из-за сравнительно небольших размеров поликристаллов. В настоящее время освоен выпуск двухслойных неперетачиваемых пластин, состоящих из твердого сплава (основа) и слоя из поликристаллов алмаза или нитрида бора толщиной до 0,5 мм, что повышает общую эффективность использования инструментов из сверхтвердых материалов.