Главная » Информация для инженеров » » Износостойкие материалы высокой твердости: сверхтвёрдые материалы, металлоподобные соединения, неметаллические бескислородные соединения

Износостойкие материалы высокой твердости: сверхтвёрдые материалы, металлоподобные соединения, неметаллические бескислородные соединения

Износостойкие материалы высокой твёрдости используются главным образом в трибосистемах, подверженных абразивному изнашиванию. Основным показателем, определяющим износостойкость при изнашивании закреплённым абразивом, имеющим твёрдость, намного превышающую твёрдость изнашиваемого материала, является твёрдость (микротвёрдость) поверхностного слоя.

Сверхтвёрдые материалы

К сверхтвёрдым материалам (микротвёрдость которых превышает 50 000 МПа) относятся кубические модификации углерода (алмаз) и нитрида бора.

Синтетические алмазы в виде порошков и плотных поликристаллических образований типа баллас и карбонадо используют для приготовления абразивного инструмента и абразивных паст. Спеканием смеси микропорошков синтетических и природных алмазов получают плотные поликристаллические образования алмаза с мелкозернистой структурой - СВ и дисмит. Алмазы марки СВ предназначены для буровых коронок и долот, а также пил, применяемых для резки неметаллических материалов. Дисмит применяют для изготовления горнобурового инструмента, а также режущего инструмента (резцов, свёрл и др.), используемого при методах обработки цветных металлов и сплавов, пластмасс, стеклопластиков.

Кубический нитрид бора получают только синтетическим путём из гексагональной модификации. Применяется главным образом для изготовления абразивного инструмента. По твёрдости кубический нитрид бора уступает алмазу, но существенно превосходит его по теплостойкости.

Характеристика Алмаз Кубический нитрид бора
Кристаллическая решётка Кубическая Кубическая
Плотность, т/м3:    
теоретическая 3,51 3,48
пикнометрическая 3,49-3,54 3,44-3,49
Теплостойкость, oС 850 1200
Микротвёрдость по Кнуппу, МПа 150 000 60 000
Модуль Юнга (E), МПа 9x105 (8,9...9,73)x105

 

Металлоподобные соединения

Высокой твердостью и износостойкостью обладают металлоподобные карбиды переходных металлов с незаполненными d-электронными оболочками. Некоторые детали из карбидов изготовляют методами порошковой металлургии (прессование с последующим спеканием или горячее прессование). Карбиды широко используют в качестве основного компонента твёрдых сплавов, наплавочных материалов, поверхностных покрытий. Карбиды служат в качестве упрочняющей фазы легированных сталей и поверхностных слоёв, образующихся при цементации, нитроцементации, карбонитрации и др.

Карбид Кристаллическая решётка Плотность, т/м3 Tпл, oC E x 10-5, МПа
TiC (карбид титана) Кубическая 4,94 3067 4,94
ZrC0,97 (карбид циркония) Кубическая 6,56 3420 4,01
Mo2C (карбид молибдена) Гексагональная 9,18 2400 5,37
WC (карбид вольфрама) Гексагональная 15,67 2776 7,37

 

Неметаллические бескислородные соединения

Карбид кремния SiC

Карбид кремния SiC (или карбокорунд) представляет собой соедиения кремния с углеродом. Кроме модификации с гексагональной кристаллической решёткой (альфа - SiC) имеется модификация с кубической структурой типа алмаза (бета - SiC). Карбид кремния отличается высокой твердостью, теплопроводностью, огнеупорностью, специфическими электрическими и полупроводниковыми свойствами. Карбид кремния химически стоек (на него действует только смесь азотной и плавиковой кислот, а также фосфорная кислота при температуре +230 оС).

Из карбида кремния изготовляют изделия методами керамической или порошковой технологии. Беспористые поликристаллические материалы, получаемые горячим прессованием или реакционным спеканием, отличаются от пористых более высокими механическими свойствами, тепло- и электропроводностью, химической стойкостью. Беспористые материалы на основе карбида кремния применяют в качестве специальных огнеупоров, высокотемпературных нагревателей, торцевых уплотнений, для изготовления деталей, подвергающихся интенсивному коррозионному и абразивному воздействию. Карбид кремния является составной частью силицированного графита, выпускаемого в соответствии с ТУ 48-01-77-71.

Модификация карбида кремния Плотность, т/м3 Tдиссоциации, oC E x 10-5, МПа
Гексагональная 3,214 2780 4,08
Кубическая 3,166 2830 4,013-4,324


Информация подготовлена авторами сайта по материалам справочника "Конструкционные материалы".