Superhard pcBN tool materials with Ti₃SiC₂ MAX-phase binder: structure, properties, application

Abstract

Superhard cutting tool materials were sintered in cBN–(Ti₃SiC₂–TiC) system via high pressure–high temperature method. Sintering was performed under the pressure 8 GPa in the 1400–2400 °C temperature range. The initial mixtures of three compositions were chosen with 90, 80 and 60 vol % cBN. The mixtures were prepared by mixing cBN (1–3 μm) and Ti₃SiC₂–TiC (< 2 μm). It was found, that upon sintering, the compositions of the obtained samples differed from the initial mixtures in all cases as a result of chemical reactions. Microstructure observations, phase composition estimation, and mechanical properties of the obtained tool materials were carried out. The results indicate that both the varying cBN content and the applied sintering conditions have a direct effect on the structure, properties, and kinetics of reactions.

Надтверді матеріали системи cBN–(Ti₃SiC₂–TiC) при високому тиску і високій температурі. Спікання проводили при тиску 8 ГПа в температурному діапазоні 1400–2400 °С. Вихідні суміші трьох композицій були обрані з вмістом cBN 90, 80 і 60 % (за об’ємом). Суміші були приготовані шляхом змішування cBN (1–3 мм) и Ti₃SiC₂–TiC (< 2 мм). Було встановлено, що після спікання в результаті хімічних реакцій склад отриманих зразків відрізняється від складу вихідних сумішей. Проводили спостереження мікроструктури, оцінку фазового складу і механічних властивостей отриманих інструментальних матеріалів. Результати вказують на те, що різний зміст cBN і застосовані умови спікання чинять прямий вплив на структуру, властивості і кінетику реакцій.

Сверхтвердые инструментальные материалы системы cBN–(Ti₃SiC₂–TiC) были спечены при высоком давлении и высокой температуре. Спекание проводили при давлении 8 ГПа в температурном диапазоне от 1400 до 2400 °С. Исходные смеси трех композиций были выбраны с содержанием cBN 90, 80 и 60 % (по объему). Смеси были приготовлены смешиванием порошков cBN (1–3 мм) и Ti₃SiC₂–TiC (< 2 мм). Было установлено, что после спекания в результате химических реакций состав полученных образцов во всех случаях отличается от состава исходных смесей. Проводили наблюдения микроструктуры, оценка фазового состава и механических свойств полученных инструментальных материалов. Результаты указывают на то, что разное содержание cBN и применяемые условия спекания оказывают прямое влияние на структуру, свойства и кинетику реакций.