2. Твердые и сверхтвердые инструментальные материалы

2.1. Металлокерамические твердые сплавы

Данные сплавы получили широкое распространение во второй половине прошлого столетия как инструментальный материал для режущих инструментов. Они не являются сталями. Их получают методами порошковой металлургии, и по составу они делятся на три группы.

Вольфрамокобальтовыегруппы ВК, состоят из карбидов вольфрамаWCи кобальта. Кобальт является пластичной цементирующей связкой для порошка карбида вольфрама. Их марки – ВК3, ВК6, ВК8, где цифра показывает содержание кобальта, остальное – карбиды вольфрама. Эти сплавы используют для обработки чугунов, цветных сплавов, неметаллических материалов и т. п.

Вольфрамотитанокобальтовыегруппы ТК (Т5К10, Т15К6, Т30К4). Цифры указывают содержание карбидов титанаTiCи кобальта, остальное – карбиды вольфрамаWC.

Третью группу составляют вольфрамотитанотанталокобальтовыеТТК (ТТ7К12, ТТ10К12). Первое число указывает суммарное содержание карбидов титанаTiCи карбидов танталаTaC, второе – содержание кобальта, остальное – карбиды вольфрамаWC. Сплавы групп ТК и ТТК используются для обработки сталей.

Сплавы выпускаются в основном в виде неперетачиваемых трех-, четырех-, пятигранных пластин, которые механически крепятся к корпусу инструмента и являются его рабочей (режущей) частью. Высокие твердость (HRC68 – 76,HRA85 – 92) и теплостойкость (до 800 – 1000С) этих сплавов позволяют значительно увеличить обрабатываемость многих инструментальных материалов и в три – пять раз повысить скорость резания по сравнению с инструментами из быстрорежущих сталей.

2.2. Сверхтвердые материалы

Названные материалы широко применяют для оснащения лезвийных инструментов: резцов, сверл, фрез и т. п. Такие инструменты используют для чистовой размерной обработки при высоких скоростях резания (более 1000 м/мин).

Среди сверхтвердых материалов первое место принадлежит алмазу, твердость которого в восемь раз превосходит твердость закаленной быстрорежущей стали. Преимущественное применение имеют синтетические алмазы (борт, баллас, карбонадо) поликристаллического строения марок АС2, АС6, АС15 и другие.

Область применения алмазных инструментов ограничивается высокой адгезией к железу, что является причиной его низкой износостойкости при точении сталей и чугунов. Алмазным инструментом обрабатывают цветные металлы и их сплавы, пластмассы, керамику, обеспечивая при этом низкую шероховатость поверхности.

Более универсальными являются инструменты из кубического нитрида бора (КНБ).

В зависимости от технологии получения КНБ выпускают под названием эльбор, эльбор-Р, боризон.

КНБ имеет такую же, как алмаз, кристаллическую решетку и близкие с ним свойства. По твердости он не уступает алмазу, но превосходит его по теплостойкости и химической инертности. Это позволяет использовать его для обработки труднообрабатываемых сталей, в том числе закаленных.

3. ЭтектротехническИе материаЛы и их классификация

Материалы, используемые для изготовления любого электрооборудования можно разделить на две большие группы: конструкционные и электротехнические.

Конструкционные материалы (КМ) используют для изготовления несущих конструкций, вспомогательных деталей и узлов, которые несут не только механические нагрузки, но и электрические: корпуса для электрооборудования, шасси, для монтажа электросхем, шкалы, органы управления и т. п.

Электротехнические материалы (ЭТМ) применяют для производства элементов и деталей электросхем, осуществляющих прохождение электрического тока, его электрическую изоляцию, генерацию, усиление, выпрямление, модуляцию и т. п. Для этого необходимы: провода, кабели, волноводы, изоляторы, резисторы, магниты, трансформаторы, генераторы, диоды, транзисторы и т. п.

Любая по сложности электрическая схема состоит из элементов, изготовленных из четырех основных классов ЭТМ: диэлектрических, полупроводниковых, проводниковых и магнитных.

Диэлетрические материалы обладают способностью поляризоваться под действием приложенного электрического поля и подразделяются на:

пассивные диэлектрики (диэлектрики) используют для создания электрической изоляции токопроводящих частей – являются материалами электроизоляционными. В электрических конденсаторах они служат для создания определенной электрической емкости; в данном случае важную роль играет их диэлектрическая проницаемость, чем она выше, тем меньше габарит и вес конденсаторов;

активные диэлектрикиприменяют для изготовления активных элементов и деталей электрических схем. Эти детали служат для генерации, усиления, модуляции, преобразования электрического сигнала (пьезоэлектрики, люминофоры, электрооптические материалы, жидкие кристаллы и др.).

Полупроводниковые материалы по величине удельной электропроводности занимают промежуточное положение между диэлектриками и проводниками. Их характерная особенность – зависимость электропроводности от интенсивности внешнего энергетического воздействия: напряженности энергетического поля, температуры, давления, освещенности и т. п. Эта их особенность заложена в основу работы полупроводниковых приборов: диодов, транзисторов, термисторов, тензадатчиков и др.

Проводниковые материалы подразделяются на четыре подкласса: материалы высокой проводимости, сверхпроводники и криопроводники, материалы высокого (заданного) сопротивления и контактные материалы.

Материалы высокой проводимости необходимы, чтобы электрический ток проходил с минимальными потерями. К ним относятся металлы: серебро, медь, алюминий и их сплавы. Из них изготавливают провода, кабели и другие токопроводящие части электроустановок.

Сверхпроводниками являются материалы, у которых при температурах ниже критической сопротивление электрическому току становится равным нулю. Криопроводники – материалы высокой проводимости, работающие при криогенных температурах (– 195С).

Проводниковыми материалами высокого сопротивления являются металлические сплавы, образующие твердые растворы. Из них изготавливают резисторы, термопары, электронагревательные элементы.

Контактные материалы идут на изготовление скользящих и разрывных контактов, они разнообразны по своему составу и строению. Это и металлы высокой проводимости и тугоплавкие металлы (вольфрам, тантал, молибден и др.) повышенной стойкостью к воздействию электрической дуги, образующейся при разрыве контактов.

К магнитным материалам относят ферромагнетики и ферриты. Их магнитная проницаемость имеет высокие значения и зависит от напряженности внешнего магнитного поля и температуры. Магнитные материалы применяют для концентрации магнитного поля в сердечниках катушек индуктивности, дросселях, в качестве магнитопроводов.

Они способны сильно намагничиваться даже в слабых полях, некоторые из них сохраняют намагниченность после снятия внешнего магнитного поля. К наиболее широко используемым магнитным материалам относятся железо, кобальт, никель и их сплавы.