Формування надтвердих композитів групи BL у системі cBN-TiC WC-(Al) в умовах високих р,T-параметрів

Abstract

Шляхом спікання мікропорошків кубічного нітриду бору та TiC з добавками WC і алюмінію в умовах високого тиску (7,7 ГПа) в температурному інтервалі 1400—2450 °C досліджено процеси формування надтвердих композитів групи BL інструментального призначення. У вихідній шихті об'ємне співвідношення компонентів становило: cBN : TiC : WC : Al = 60 : 30 : 5 : 5. За умов НРНТ-спікання в усьому температурному інтервалі отримано високоміцні надтверді композити, які за даними XRD-аналізу на 90—95 % складаються із зерен cBN та TiC. Починаючи з температури спікання вище за 1850 °C зафіксовано утворення нової фази — TiB₂ (~4 % об.), а також дуже незначних кількостей (~1 % об.) AlN та AlB₂. Спечені керамоматричні композити мають високі значення твердості (35—40 ГПа) і характерну залежність густини та модуля Юнга від температури спікання. Найбільш високі фізико-механічні показники характерні для кераміки, отриманої в температурному інтервалі 1800—2200 °C, що узгоджується із результатами випробувань у режимі високошвидкісного точіння загартованих (до 60 HRC) та високолегованих (у тому числі інконелеєвих) сталей в умовах високих температур в області різання. Так, у результаті лабораторних випробувань отриманих композитів, а саме високошвидкісної чистової обробки нержавіючої сталі AISI 316L (швидкість 300 м/с, подача 0,15 мм/об, протягом 5 хв) виявлено, що всі зразки даної системи мають знос різальної кромки в діапазоні VB = 60 … 82 мкм.By sintering micropowders of cubic boron nitride with TiC and WC&Al additives at high pressure (7.7 GPa) in the temperature range 1400—2450 °C, the formation processes of superhard instrumental purpose composites of the BL group are studied. In the original charge, the respective components were taken in the following volume ratio: cBN : TiC : WC : Al = 60 : 30 : 5 : 5. Carrying out the HPHT sintering over the entire temperature range, high strength superhard composites were obtained which, according to the XRD- analysis, are composed of 90—95 % cBN and TiC grains. Starting with a temperature above 1850 °C, the formation of a new phase — TiB₂ (~4 % vol.), as well as very small amounts (~1 % vol.) of AlN and AlB₂, was recorded. The obtained ceramicmatrix composites show high hardness values (35—40 GPa) and a characteristic dependence of the density and Young’s modulus on the temperature. The highest physical and mechanical values are characteristic of ceramics obtained in the temperature range 1800—2200 °C, which is consistent with the test results at the highspeed turning of hardened (up to 60 HRC) and high-alloy (including inconel) steels at high temperatures in the cutting area. Conducting laboratory tests of the obtained composites, namely, the high-speed finishing of AISI 316L stainless steel (speed 300 m/s, feed 0.15 mm/rev, for 5 minutes), showed that all samples of this system exhibit cutting edge wear in the interval VB = 60 ... 82 microns.Путём спекания микропорошков кубического нитрида бора и TiC с добавками WC и алюминия в условиях высокого давления (7,7 ГПа) в температурном интервале 1400—2450 °C изучены процессы формирования сверхтвёрдых композитов группы BL инструментального назначения. В исходной шихте объёмное соотношение компонентов составляло: cBN : TiC : WC : Al = 60 : 30 : 5 : 5. При НРНТ-спекании во всём температурном интервале получены высокопрочные сверхтвёрдые композиты, которые по данным XRD- анализа на 90—95 % состоят из зёрен cBN и TiC. Начиная с температуры спекания выше 1850 °C зафиксировано образование новой фазы – TiB₂ (~4 % об.), а также очень незначительных количеств (~1 % об.) AlN и AlB₂. Полученные керамоматричные композиты имеют высокие значения твёрдости (35—40 ГПа) и характерную зависимость плотности и модуля Юнга от температуры спекания. Наиболее высокие физико-механические значения характерны для керамик, полученных в температурном интервале 1800—2200 °C, что согласуется с результатами испытаний при высокоскоростном точении закалённых (до 60 HRC) и высоколегированных (в том числе инконелеевых) сталей в условиях высоких температур в области резания. Так, в результате лабораторных испытаний полученных композитов, а именно высокоскоростной чистовой обработки нержавеющей стали AISI 316L (скорость 300 м/с, подача 0,15 мм/об, в течение 5 мин) установлено, что все образцы данной системы имеют износ режущей кромки в диапазоне VB = 60 … 82 мкм.