Спікання надтвердих композитів інструментального призначення групи BL у системі cBN-NbC-Al в умовах високих p,Т-параметрів

Abstract

В умовах високого тиску (7,7 ГПа) у температурному інтервалі 1800—2350 °C досліджено процеси спікання надтвердих композиційних матеріалів групи BL у системі cBN—NbC—Al, в якій об'ємне співвідношення вихідних компонентів вибрано як cBN : NbC : Al = 60 : 35 : 5. За даними XRD аналізу встановлено, що вже починаючи з температури 1800 °C між компонентами відбувається хімічна взаємодія із утворенням дибориду ніобію (NbB₂) у кількості 3—5 мас. %, а також незначної кількості оксиду алюмінію, AlN і AlB₂ як результат рідкофазних реакцій за участю алюмінію. Всі ці новоутворення розташовані в міжзеренному просторі та на потрійних стиках зерен і є зв'язуючими фазами базового керамоматричного композита cBN—NbC. За результатами ультразвукової діагностики встановлено, що модуль Юнга та модуль зсуву мають максимум для кераміки, отриманої при температурі спікання 1950 °C, а подальше підвищення температури призводить до погіршення ії фізико-механічних характеристик. Надтверді керамічні пластини із високими фізико-механічними характеристиками можуть використовуватися для високошвидкісного точіння загартованих (до 60 HRC) та високолегованих (у тому числі інконелеєвих) сталей в умовах високих температур в області різання.

The processes of sintering of superhard composite materials of the BL group in the cBN—NbC—Al system under high pressure conditions (7.7 GPa) in the temperature range of 1800—2350 °C with the selected volume ratio of the initial components cBN : NbC : Al = 60 : 35 : 5 are studied. According to the XRD analysis, it is established that, starting from 1800 °C, a chemical interaction occurs between the components resulting in the formation of niobium diboride (NbB₂) in the amount of 7 wt %, as well as an insignificant amount of aluminium oxide, AlN and AlB₂ as a result of liquidphase reactions using aluminium. All those newly formed compounds are arranged in the intergranular space and at triple grain junctions representing the binding phases of the basic ceramicmatrix composite cBN—NbC. Based on the results of ultrasound diagnostics, it is shown that Young’s modulus and the shear modulus are at a maximum for ceramics obtained at ÒSINT. = 1950 °C, and a further increase in the sintering temperature leads to reduced stressstrain properties. Superhard ceramic plates with high stressstrain properties can be used for the highspeed turning of tempered (up to 60 HRC) and highalloyed (including Inconel) steel at high temperatures in the cutting area.

В условиях высокого давления (7,7 ГПа) в температурном интервале 1800—2350 °C исследованы процессы спекания сверхтвёрдых композиционных материалов группы BL в системе cBN—NbC—Al, в которой объёмное соотношение исходных компонентов выбрано как cBN : NbC : Al = 60 : 35 : 5. По данным XRD-анализа установлено, что начиная с температуры 1800 °C между исходными компонентами происходит химическое взаимодействие с образованием диборида ниобия (NbB₂) в количестве 3—5 мас. %, а также незначительного количества оксида алюминия, AlN и AlB₂ как результат жидкофазных реакций с участием алюминия. Все эти новообразования размещены в межзёренном пространстве и на тройных стыках зёрен, являясь связующими фазами базового керамо-матричного композита cBN—NbC. В результате ультразвуковой диагностики установлено, что модуль Юнга и модуль сдвига имеют максимум для керамики, полученной при температуре спекания 1950 °C, а дальнейшее повышение температуры приводит к ухудшению их физико-механических характеристик. Сверхтвёрдые керамические пластины с высокими физико-механическими характеристиками могут использоваться при высокоскоростном точении закалённых (до 60 HRC) и высоколегированных (в том числе инконелеевых) сталей в условиях высоких температур в области резания.