К режущим сверхтвердым материалам относятся природные (алмаз) и синтетические материалы. Самым твердым из известных инструментальных материалов является алмаз. Он обладает вы­сокой износостойкостью, хорошей теплопроводностью, малыми коэффициентами линейного и объемного расширения, небольшим коэффициентом трения и малой адгезионной способностью к ме­таллам, за исключением железа и его сплавов с углеродом. Наряду с высокой твердостью алмаз обладает и большой хрупкостью (малой прочностью). Предел прочности алмаза при изгибе аи = = 3000 МПа, а при сжатии ав = 2000 МПа. Твердость и прочность его в различных направлениях могут изменяться в 100—500 раз. Это следует учитывать при изготовлении лезвийного инструмента. Необходимо, чтобы алмаз обрабатывался в «мягком» направлении, а направление износа соответствовало бы его «твердому» направле­нию. Алмаз обладает высокой теплопроводностью, что благоприят­ствует отводу теплоты из зоны резания и обусловливает его малые тепловые деформации. Низкий коэффициент линейного расшире­ния и размерная стойкость (малый размерный износ) алмаза обес­печивают высокую точность размеров и формы обрабатываемых деталей. Большая острота режущей кромки и малые сечения среза не вызывают появления заметных сил резания, способных созда­вать деформацию обрабатываемой детали и отжатия в системе СПИД. К недостаткам алмаза относится и его способность интен­сивно растворяться в железе и его сплавах с углеродом при темпе­ратуре резания, достигающей 750° С (800° С), что в наибольшей мере проявляется в алмазном лезвийном инструменте при непре­рывном контакте стружки с поверхностью его режущей части, При температуре свыше 800° С алмаз на воздухе горит, превра­щаясь із аморфный углерод. К недостаткам алмазных инструмен­тов также относится их высокая стоимость (в 50 и более раз сравни­тельно с другими инструментами) и дефицитность. В то же время алмазный инструмент отличается высокой производительностью и длительным сроком службы (до 200 ч и более) при обработке цвет­ных металлов и их сплавов, титана и его сплавов, а также пласт­масс на высоких скоростях резания. При этом обеспечиваются высокая точность размеров и качество поверхности, что, как пра­вило, исключает необходимость операции шлифования обра­батываемых деталей.

Различают природные (А) и синтетические (АС) алмазы. При­родные алмазы применяются для изготовления лезвийного инстру­мента (резцы, сверла, фрезы). Синтетические алмазы получают путем перевода углерода в другую модификацию за счет значи­тельного объема исходного графита в условиях высоких темпе­ратур (~2500° С) и давлений (~1 ООО ООО МПа).

Природные и синтетические алмазы имеют одинаковые пара­метры кристаллической решетки, но отличаются формой и разме­рами, характером их поверхности, количеством режущих элемен­тов, прочностью и хрупкостью, а также абразивной способностью. Синтетические алмазы можно получить с различной твердостью, прочностью и другими свойствами, изменяя параметры техноло­гического процесса их изготовления, чем они выгодно отличаются от природных алмазов. Синтетические алмазы тверже природных. Вершины режущих элементов синтетических алмазов более остры— радиус их округления р = 1,1—1,2 мкм, в то время как у природ­ных алмазов радиус округления р = 2,3—3,3 мкм. Размеры кри­сталлов синтетических алмазов пока не превышают 1,2 мм. Син­тетические алмазы марки АСБ выпускаются по ТУ2-037-19—76; алмазы марки АСПК — по ТУ 2-037-96—73.

В последние годы благодаря своей высокой твердости, прибли­жающейся к твердости алмаза, теплостойкости, превосходящей теплостойкость алмаза, химической инертности к железу и угле­родистым сплавам широкое распространение получили синтети­ческие режущие сверхтвердые материалы на основе кубического нитрида бора. На основе плотных модификаций кубического ни­трида бора создан и применяется в качестве инструментальных ряд материалов, носящих торговое название композиты. Не вда­ваясь в рассуждения о правильности такого названия для всех сверхтвердых режущих материалов на основе кубического ни­трида бора, отметим, что все композиты разделяются на две группы: материалы с массовой долей кубического нитрида бора от 95% и выше и материалы с массовой долей кубического нитрида бора 75% с различными добавками (например, А1203). К первой группе относятся эльбор Р (композит 01), гексанит (композит 10), белбор (композит 02), исмит, птнб. Они синтезируются в виде ци­линдрических столбиков диаметром 4—6 мм, высотой 3—6 мм, которые затем применяются в виде механически закрепляемых вставок, либо впаиваются (запрессовываются, зачеканиваются или закрепляются каким-либо другим способом) в державки, ко­торыми и оснащаются режущие инструменты. Материалы этой группы отличаются технологией изготовления и исходным сырьем. Разница в технологии получения основана на существовании не­скольких разновидностей нитрида бора и на различных техноло­гиях синтеза кубического нитрида бора — в присутствии катали­заторов (синтез эльбора Р) или без катализаторов (белбор).

Как известно, нитрид бора имеет три разновидности: гексаго­нальный, кубический и вюрцитный. Наиболее распространенной разновидностью является гексагональный нитрид бора — кри­сталлическое вещество, напоминающее графит и ие обладающее режущими свойствами; вюрцитный нитрит бора — порошкообраз­ное светлое неустойчивое вещество, также не обладающее режу­щими свойствами; кубический нитрид бора — твердое износостой­кое кристаллическое вещество, обладающее режущими свойствами. Кубический нитрид бора (его плотные модификации) получают из гексагонального непосредственно (эльбор, белбор), либо в две стадии. В последнем случае из гексагонального получают вюрцит­ный нитрид бора, а затем из вюрцитного образуют кубический нитрид бора (по такой технологии изготовляются гексанит, исмит, птнб и др.).

Различие в технологии получения накладывает отпечаток на состав и свойства композитов этой группы. Эльбор и белбор содер­жат от 98% и выше (белбор) кубического нитрида бора, из-за чего они обладают повышенной твердостью и хрупкостью, гексанит и исмит содержат от 95% кубического и 5% вюрцитного нитрида бора. Из-за наличия вюрцита эти композиты облгдают меньшей твердостью, чем эльбор и белбор, но большей прочнолъю и вяз­костью.

Ко второй группе материалов, имеющих название композиты., относится действительно композиционный материал композит 05, с массовой долей кубического нитрида бора 75% и А1203 25%. Получают его в виде таблеток диаметром до 8 мм, высотой около 6 мм, после шлифовки механически закрепляют в корпусах режу­щих инструментов или припаивают в вакууме через твердосплав­ную подкладку к стальному стержню, из которого методами вы — шлифовки изготовляют различные концевые инструменты.

Кроме сверхтвердых материалов на основе нитрида бора, ал­мазов, керамики, в последние годы разработан и испытан ряд новых сверхтвердых материалов, показавших достаточно высокие эксплуатационные свойства. В числе этих материалов силинит Р — новый инструментальный материал на основе нитрида крем­ния. Отличается отсутствием склонности к адгезии по отношению к большинству сталей, сплавов на основе меди, алюминия. Основ­ные физико-механические свойства силинита Р: асж == 2500 МПа, (Ти = 500-^700 МПа, HRA 94—96. Получают силинит Р методом горячего спекания в графитовых пресс-формах в виде пластин различной формы и габаритных размеров, заготовок фасонного режущего инструмента. Заготовки из силинита Р могут закреп­ляться на корпусе инструмента механическим способом, напайкой или наклейкой. Перед напайкой заготовки должны быть ме — таллизованы. Высокие режущие свойства нового материала и отсутствие в его составе дефицитных элементов будут, по-види­мому, способствовать его широкому распространению в ближай­шие годы.

К новым сверхтвердым материалам следует также отнести и материалы на основе диборита титана, искусственных монокри­сталлов сапфира, рубина и т. д., проходящие в настоящее время лабораторные испытания.

В зарубежной металлообработке также во все больших мас­штабах находят применение сверхтвердые синтетические и при­родные материалы. Среди них, в основном, две группы материа­лов: материалы на основе алмазов и материалы на основе нитрида бора. Последние под торговым названием боразона появились в последние годы в продаже. К режущим материалам на основе алмазов следует отнести двухслойные пластинки под названием мегадиамант фирмы «Дженерал электрик» (США), трех-, четырех­гранной или круглой форм с подложкой из твердого сплава и соеди­ненным с ней в процессе синтеза тонким (около 0,7 мм) слоем поли­кристаллов алмаза, предназначенных для напайки на режущие инструменты; пластинки фирмы «Дебир» (Англия) также круглой и квадратной форм из твердого сплава (диаметр до 9,52 мм) с тон­ким (0,5 мм) слоем нового материала под названием синдайт, со­стоящего из поликристаллов алмаза со связкой в виде кобальта или никеля.

Фирмой «Винтер» (ФРГ) освоено производство режущего ин­струмента, оснащенного пластинками системы полиблок — трех — или четырехгранной формы, Пластинки состоят из твердосплав­ного основания, в вершинах которого закреплены поликристаллы алмаза со связкой. Эти новые инструментальные материалы, как и алмазы, применяются для обработки материалов, не содержащих железа,

К инструментальным материалам на основе кубического ни­трида бора (боразона BZN) следует отнести пластинки, выпускае­мые фирмой «Дженерал электрик» (США) —трех-, четырехгран­ной и круглой форм (круглые пластинки диаметром 12,7 и 15,8 мм, полукруглые и секторообразные — на их основе) толщиной 4,8 мм, состоящие из твердосплавной подложки с тонким (0,5 мм) слоем поликристаллов кубического нитрида бора. Такие пластинки при­меняются при обработке закаленных сталей и отбеленных чугунов с обильным охлаждением.