Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Wpływ ciśnienia prasowania na właściwości kompozytów WCCo–cBN wytwarzanych metodą PPS

Wachowicz J., Zieliński R., Popławski K., Kucharska B.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 6

515--518

PL

Regularny azotek boru (cBN) jest drugim po diamencie materiałem charakteryzującym się największą twardością i przewodnictwem cieplnym. Jednak w przeciwieństwie do diamentu charakteryzuje się małą reaktywnością z metalami z grupy żelazowców. Właściwości te sprawiają, że regularny azotek boru jest bardzo dobrym materiałem na narzędzia do obróbki m.in. stali ulepszonych cieplnie, stopów na osnowie niklu, kobaltu i innych. Regularny azotek boru pod normalnym ciśnieniem w podwyższonej temperaturze ulega przemianie w stabilną fazę hBN. Spieki z cBN (PCBN — Polycrystalline Cubic Boron Nitride) o osnowie metalicznej lub ceramicznej spieka się za pomocą drogiej techniki HPHT (Hight Presure Hight Temperature) pod ciśnieniem 4÷5 Gpa w celu uniknięcia przemiany twardego cBN w heksagonalną, miękką odmianę hBN. W pracy przedstawiono wpływ ciśnienia prasowania na właściwości i mikrostrukturę kompozytów WCCo zawierających 20% obj. cBN o wielkości cząstek 6÷12 μm. Proces spiekania był realizowany za pomocą urządzenia do spiekania silnoprądowymi impulsami PPS (Pulse Plasma Sintering). Istota procesu polega na wykorzystaniu impulsów elektrycznych do nagrzewania sprasowanego proszku. Nagrzewanie impulsami prądu następuje w wyniku wydzielania się ciepła Joule’a w miejscach kontaktu cząstek spiekanego proszku. Chwilowa temperatura w czasie przepływu impulsu prądu osiąga wartość do kilku tysięcy stopni Celsjusza na powierzchni cząstek, a następnie po zaniku przepływu prądu szybko zmniejsza się do ustalonej temperatury spiekania.Przeprowadzone badania wykazały, że zastosowanie ciśnienia prasowania 30 MPa w pierwszym etapie spiekania, a następnie zwiększenie go do 100 MPa w drugim etapie, prowadzi do uzyskania spieków o dużej twardości 2230 HV10 oraz gęstości zbliżonej do wartości teoretycznej.

EN

Cubic boron nitride (cBN) is the material next to diamond in respect of hardness and heat conductivity, but, contrary to diamond, it shows weak reactivity with ferrous materials. In view of these properties, cubic boron nitride is an excellent material for the fabrication of cutting tools such as e.g. those made of heat-treated steels, nickel-based alloys, or cobalt. Under elevated temperature and under normal pressure, cubic boron nitride undergoes transformation into its stable phase hBN. Traditional cBN sinters (polycrystalline cubic boron nitride — PCBN) with a metallic matrix are usually sintered using the expensive High Pressure High Temperature (HPHT) method which requires high pressure of 4÷5 GPa to avoid the transformation of hard cBN into its soft hexagonal hBN phase. The present study is concerned with how the load affect on the properties of the WCCo composites which contain 20 vol. % of cBN with the particle size ranging from 5 to 12 μm. The powders were sintered in an apparatus for high-current pulse sintering (Pulse Plasma Sintering). The idea underlying the process is to heat the pre-consolidated powder using electric pulses, the heating being realized via the Joule heat dissipated at the contacts between the individual powder particles. During the electric current impulses the instantaneous temperature on the powder particle surfaces reaches several thousand Celsius degrees, and after the current decays, it quickly falls to the prescribed sintering temperature. The study showed that the sintering at the temperature 1100°C, under the load 30 MPa (in the first stage) and 100 MPa (in the second stage), for 10 min yielded sinters with the density above 99% GT with hardness of about 223 HV10.

2

Identification of friction and heat partition model at the tool-chip-workpiece interfaces in dry cutting of an Inconel 718 alloy with cBN and coated carbide tools

Zemzemi F., Rech J., Salem W. B., Dogui A., Kapsa P.

Advances in Manufacturing Science and Technology

|

2014

|

Vol. 38, nr 1

5--22

EN

This paper aims at characterizing the frictional behaviour at the cutting tool-workmaterial interface during the dry machining of a Inconel 718 in its aged state with various coated carbide tools and c-BN tools. A specially designed open tribometer has been used to characterize friction coefficient, heat partition coefficient under extreme conditions corresponding to the ones occurring in cutting. The tribometer provides the evolution of the apparent friction coefficient and of the heat partition coefficient for a large range of sliding velocity and contact pressure. It has been shown that friction coefficient as well as heat partition coefficient decrease with sliding velocity or contact pressure. A threshold effect of the contact pressure has been highlighted. On the contrary, any sensitivity to coatings deposited on carbide has been observed, whereas c-BN leads to very low friction coefficients.

PL

W pracy określono charakterystykę tarciowego zachowania się strefy kontaktu wiór-ostrze obrabianego w toczeniu na sucho nadstopu Inconel 718 po starzeniu narzędziami wykonanymi z różnych gatunków węglików spiekanych z naniesionymi powłokami i polikrystalicznego CBN. Zaprojektowano i wykonano tribometr do wyznaczania wartości współczynnika tarcia i współczynnika podziału ciepła. Badania prowadzono w warunkach ekstremalnych zbliżonych do występujących w procesie skrawania na sucho. Tribometr umożliwia pomiary w czasie wartości pozornego współczynnika tarcia i przepływ ciepła dla dużego zakresu wartości prędkości skrawania i nacisku normalnego. Wykazano, że zarówno współczynnik tarcia, jak i podziału ciepła zmniejszają się przy wzroście prędkości i siły normalnej skrawania. Określono graniczny efekt nacisku kontaktowego. Nie stwierdzono wpływu rodzaju powłoki na ostrzu z węglika spiekanego na wartość współczynnika tarcia. Natomiast skrawanie narzędziami z ostrzem p-CBN prowadzi do uzyskania bardzo małej wartości współczynnika tarcia.

3

Kompozyty ze spieków węglika wolframu umacniane cząstkami regularnego azotku boru (cBN/WC-Co)

Rosiński M., Ściegienko A., Kozioł K., Michalski A.

Materiały Ceramiczne

|

2012

|

T. 64, nr 3

324-328

PL

Regularny azotek boru (cBN) i węglik wolframu są powszechnie wykorzystywane jako materiał do produkcji narzędzi skrawających ze względu na wysoką twardość i odporność na zużycie przez tarcie. W pracy otrzymywano kompozyt z osnową WC-Co umacnianą cząstkami cBN. Konwencjonalne metody konsolidacji WC-Co nie pozwalają, ze względu na wysoką temperaturę spiekania (1350-1500 °C), otrzymać kompozytu WC-Co bez przemiany fazy cBN w fazę hBN o niskiej twardości. Stosując metodę PPS (Pulse Plasma Sintering) otrzymano gęste spieki złożone z 30% obj. cząstek cBN o wielkości 4-8 žm i 6-12 žm w osnowie WC-6% wag. Co. Spieki konsolidowano w temperaturze 1100, 1150 i 1200°C pod ciśnieniem 100 MPa w czasie 5 min. Obserwacje mikrostruktury prowadzone na skaningowym mikroskopie elektronowym i badania składu fazowego wykazały, że podczas spiekania kompozytu nie następuje przemiana fazowa metastabilnej fazy cBN w stabilną fazę hBN. Zaobserwowano porowatość mikrostruktury w postaci niespieczonych ziaren WC w przypadku spieków kompozytowych otrzymanych w temperaturze 1100°C. Gęstość tych spieków wynosi ok. 98% gęstości teoretycznej. Gęstość kompozytów spiekanych w temperaturach 1150 i 1200°C jest zbliżona do gęstości teoretycznej.

EN

Cubic boron nitride (cBN) and cemented carbide (WC-Co) are commonly used as a cutting tools material for the sake of their high hardness and wear-resistance. In this work, a WC-Co composite consolidated with cBN particles was obtained. The cBN/WC-Co composite cannot be produced by using conventional sintering, which is conducted at temperatures between 1350 °C and 1500 °C, since cBN undergoes the transformation into hBN within this temperature range. With the PPS (Pulse Plasma Sintering) method, dense sinters consisted of the WC-6 vol. % Co matrix and 30 vol. % cBN particles with the sizes of 4-8 žm and 6-12 žm were obtained. The composites were sintered for 5 min at temperatures of 1100, 1150 and 1200 ° C under a pressure of 100 MPa. The scanning electron microscope observations of the composite microstructure and the X-ray analysis revealed no phase transformation from metastable cBN into stable hBN. Microstructural porosity was observed as non-sintered WC grains at the sintering temperature of 1100 °C. Densities of the 1150 °C and 1200 °C sinters approached the theoretical density (TD) whereas the 1100 °C sinters density reached about 98% of TD.

4

Kompozyty z regularnym azotkiem boru i ich zastosowanie w obróbce skrawaniem

Klimczyk P.

Prace Instytutu Zaawansowanych Technologii Wytwarzania. Zeszyty Naukowe

|

2011

|

nr 88

114-114

PL

W ramach pracy przeprowadzono badania nad oddziaływaniem azotku boru z wybranymi związkami tytanu (TiN, TiC, TiB2, Ti3SiC2) w kompozytach spiekanych techniką wysokociśnieniową (HPHT), a także ustalono zależności pomiędzy ich składem fazowym, parametrami otrzymywania oraz właściwościami mechanicznymi i technologicznymi. Wstępny skład fazowy kompozytów ustalono w wyniku obliczeń równowag chemicznych w układach BN-wybrane związki tytanu. Otrzymane kompozyty poddano badaniom strukturalnym i fazowym z wykorzystaniem metod dyfrakcji rentgenowskiej (XRD), spektroskopii rentgenowskiej (XANES), spektroskopii fotoelektronów (XPS), mikroskopii elektronowej skaningowej (SEM) i transmisyjnej (TEM), jak również systematycznym badaniom właściwości fizycznych i mechanicznych, w tym z zastosowaniem metod nieniszczących. Wybrane kompozyty poddano testom skrawania. Kompozyty charakteryzują się bezporowatą strukturą z równomiernie rozprowadzonymi składnikami w całej ich objętości. W procesie spiekania tworzą się nowe fazy, których liczba i rodzaj są ściśle uzależnione od parametrów ciśnieniowo-temperaturowych oraz od udziału ilościowego dodatków modyfikujących. Wykrywalność tych faz jest różna w zależności od charakterystyki danej metody. Zastosowanie wielu, wzajemnie uzupełniających się metod analizy fazowej pozwoliło na właściwą interpretację wyników. Badania właściwości fizycznych i mechanicznych kompozytów, ze względu na niewielki rozmiar próbek, polegały na pomiarach gęstości metodą hydrostatyczną, modułu Young 'a i liczby Poisson 'a metodą ultradźwiękową oraz twardości metodą Vickers'a. Dla zanalizowania zależności między strukturą kompozytów a ich stałymi sprężystości przeprowadzono zarówno badania porównawcze, jak też modelowe. Wartości modułów sprężystości wzdłużnej kompozytów są ściśle powiązane z ilością i rodzajem dodatku modyfikującego, a także z parametrami ich spiekania: temperaturą i czasem. Ze wzrostem udziału objętościowego cBN w badanych kompozytach ich moduły Young'a wzrastają. Dla każdej grupy kompozytów określono charakterystyczny zakres temperatur i czasów spiekania, zapewniających ich dobre właściwości fizyczne i mechaniczne. Najwyższą trwałością charakteryzują się ostrza skrawające wykonane z kompozytów modyfikowanych azotkiem tytanu. Ostrza te swoją skrawnością dorównują produktom światowych liderów w dziedzinie narzędzi skrawających.

EN

In the research the interactions between cubic boron nitride and selected titanium compounds (TiN, TiC, TiB2, Ti3SiC2) in composites obtained by HPHT (High Pressure — High Temperature) method as well as a dependence between their phase composition, sintering parameters, mechanical and technological properties, were studied. The preliminary estimation of a phase composition of the composites was carried out by calculations of chemical equillibria in BN-selected titanium compounds systems. The sintered composites were subjected to phase and structure analysis using the following methods: X-ray diffraction (XRD), X-ray absorption near edge spectroscopy (XANES), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), electron microscopy (SEM and TEM). Mechanical and technological properties of the composites were also investigated. The composites showed a compact structure without pores with components uniformly distributed within their volume. New phases were formed during synthesis process. Their number and type strongly depended on the parameters of synthesis (pressure, temperature) and on the type and quantity of modifying agents. Detectability of these phases varies depending on the characteristics of the method used for analysis. Application of many different, complementary phase analysis methods allows to interpret the results properly. Due to the small size of samples testing of the mechanical properties of composites consisted of measuring the hardness by the Vickers method and elasticity constants by the ultrasonic method. To analyze the relationship between the structure of composites and their moduli of elasticity both, comparative studies as well as a model studies, were carried out. The values of elastic constants of composites are closely related to the quantity and the type of modifying additives and to the parameters of sintering (T, t). Generally, with increasing volume ratio of cBN grains in the tested composites their Young's modulus also increases. Characteristic, optimal conditions which gave good mechanical properties for each group of composites were determined. The best cutting ability showed cutting edges made of composites with TiN compound as binding phase. It is comparable with that of tools produced by the world leaders.

5

Wybrane aspekty zużycia ostrzy skrawających wykonanych z PcBN

Dobrzyński M., Marszałek P.

Postępy Nauki i Techniki

|

2011

|

nr 6

50-57

PL

Obróbka materiałów twardych związana jest z obróbką materiałów o twardości powyżej 50 HRC. Obróbka ta może być obróbką wykończeniową ze względu na możliwość osiągnięcia wysokiej jakości i dokładności przedmiotów obrabianych po tej operacji. Obróbka materiałów w stanie twardym lub utwardzonym związana jest z zastosowaniem specjalnych narzędzi, które są wykonane z nowych materiałów, takich jak PcBN. W artykule zaprezentowano wybrane wyniki z badań nad zużyciem narzędzi podczas obróbki toczeniem.

EN

Hard part machining is related to a process of cutting of hard materials (over 50 HRC). This process can be used as a finishing process, because of achieving high quality and accuracy of workpieces after the operation. Cutting of hard materials requires special tools, which are made of a new materials such as PcBN. This paper presents selected results of investigation under tool wear during turning of hard materials.

6

Właściwości i zastosowanie supertwardych ziaren ściernych z regularnego azotku boru

Krzos J.

Obróbka Metalu

|

2011

|

nr 3

32-40

PL

Współczesny przemysł maszynowy wymaga wielu nowoczesnych narzędzi zdolnych do bardzo wydajnej obróbki w skrajnie trudnych warunkach pracy. Dotyczy to także obróbki ściernej, która jest szczególnie predysponowana do obróbki materiałów trudno obrabialnych. Z tego względu, materiałami robiącymi największą karierę na przestrzeni ostatnich kilkunastu lat są materiały supertwarde, do których zalicza się m.in. regularny azotek boru.

7

The influence of cutting parameters on the surface texture of 18CrMo4 hardened steel

Pytlak B.

Advances in Manufacturing Science and Technology

|

2011

|

Vol. 35, nr 1

55-69

EN

The experimental research of the influence of the cutting parameters on the chosen parameters of surface roughness for finishing hard turning of hardened 18CrMo4 steel with cubical boron nitride (CBN) inserts of Wiper geometry is presented in the work. For obtained results the assumed mathematical models illustrate the influence of the cutting parameters: vc, f and ap and cutting distance L on the chosen parameters of surface roughness: Ra, Rz and Rmax.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych i ocenę wpływu parametrów skrawania na chropowatość powierzchni podczas toczenia wykończeniowego stali 18CrMo4 w stanie zahartowanym. Stosowano płytki z regularnego azotku boru (CBN) o geometrii typu Wiper. Opracowano modele matematyczne wpływu poszczególnych parametrów skrawania: vc, f i ap oraz długości drogi toczenia L na parametry chropowatoúci powierzchni: Ra, Rz i Rmax.

8

Modelling of fracture wear in vitrified cBN grinding wheels

Jackson M. J.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2007

|

Vol. 24, nr 1

230-236

EN

Purpose: The paper describes modelling of fracture wear in vitrified cBN grinding wheels. Design/methodology/approach: The approach used in the paper is based on using finite elements to model fracture wear processes in vitrified cBN grinding wheels. The approach used models fracture wear processes and ignores abrasive wear of the abrasive grains. Findings: The findings show that during grinding the grain is subjected to forces that create fracture initiation zones in the sharp abrasive grains where tensile and compressive stresses dominate in certain parts of the abrasive grains. Research limitations/implications: The findings show that further research is required that prevents the formation of crack initiation zones and considers the effects of wear flats on the magnitude of stresses in the abrasive grains. Practical implications: The results imply that abrasive fracture wear is the dominant wear mechanism when grinding with sharp vitrified cBN grinding wheels. Originality /value: The originality of this paper is reflected in the fact that this is the first time that fracture wear has been modelled in sharp vitrified cBN grinding wheels. The results presented in this paper will illuminate the need for accurate modelling of the wear of vitrified superabrasive grinding wheels.

9

The influence of cutting parameters on the tool wear and cutting forces during turning of hardened 18HGT steel

Pytlak B.

Advances in Manufacturing Science and Technology

|

2007

|

Vol. 31, nr 4

37-53

EN

The experimental researches of the wear and cutting forces during finish turning of hardened 18HGT steel of with cubical boron nitride (CBN) tools of Wiper geometry are presented in the paper. For obtained results the mathematical models illustrating the influence of the particular cutting parameters and cutting distance on tool flank wear VBC and components of cutting force: Fc, Ft and Ff are worked out.

PL

W pracy omówiono wyniki badań eksperymentalnych zużycia ostrzy z regularnego azotku boru (CBN) o geometrii typu Wiper oraz składowych siły skrawania podczas toczenia wykańczającego stali 18HGT w stanie zahartowanym. Opracowano modele matematyczne obrazujące wpływ poszczególnych parametrów skrawania i długości drogi toczenia na zużycie ostrza, określone wielkością zużycia na powierzchni przyłożenia VBC i składowe siły skrawania: Fc, Ft i Ff.

10

Proposal of integration between grinding and electro-discharge machining.

Dąbrowski L., Marciniak M.

Advances in Manufacturing Science and Technology

|

2006

|

Vol. 30, nr 1

29-36

EN

Results of hybrid machining AEDG, Abrasive Electro Discharge Grinding, where grinding is assisted by electric discharges, have been described in this paper. The experiments have been conducted on the electro-discharge machine tool FORM-2LC ZNC which was additionally equipped with the grinder of pneumatic drive and the grinding wheel made of metal bonded cubic boron nitride (CBN) as an electrode. Quantitative assessment of the AEDG machining has been presented as productivity analysis while surface roughness tests were used for quality assessment.

PL

Celem badań procesu szlifowania ściemo-elektroerozyjnego jest opracowanie rozwiązania technicznego zmniejszającego negatywne oddziaływanie zalepiania czynnej powierzchni ściernicy (CPS). Względy ekonomiczne określone wysoką ceną ścierniw supertwardych, a także duża trwałość eksploatacyjna ziaren CBN powodują, że stosowana jest zmniejszona koncentracja ziaren ściernych w spoiwie w stosunku do wymaganej przez standardy dla ściernic konwencjonalnych. W pracy opisano charakterystykę i skutki obróbki hybrydowej, w której szlifowanie wspomagane jest wyładowaniami elektrycznymi (AEDG - Abrasive Electro-Discharge Grinding). Badania przeprowadzono na drążarce elektroerozyjnej firmy Charmilles Technologies (typ FORM - 2LC ZNC) wyposażonej dodatkowo w szlifierkę z napędem pneumatycznym ze ściernicą trzpieniową z regularnego azotku boru (CBN) ze spoiwem metalowym jako elektrodą. Ocenę ilościową efektywności obróbki AEDG przedstawiono w postaci wyników badań wydajności, a jakościową na podstawie pomiarów chropowatości powierzchni.

11

Supertwarde warstwy węglowe i azotku boru na płytkach narzędziowych Al2O3-Mo

Biesiada K., Kostecki M., Olszyna A.

Kompozyty

|

2004

|

R. 4, nr 11

248-253

PL

W pracy zbadano wpływ supertwardych warstw ceramicznych (węglowych i azotku boru), nanoszonych metodą plazmy impulsowej na płytki skrawające wykonane z kompozytów warstwowych NCD (c-BN)/Al2O3/Al2O3+x%obj.Mo), na właściwości skrawnościowe tak syntetyzowanych płytek narzędziowych. Podłoża kompozytu warstwowego otrzymywano metodą odlewania folii. Maksymalne zagęszczenie spieków (96%), a także maksymalną wytrzymałość na zginanie (819 MPa) oraz współczynnik intensywności naprężeń (7,75 MPam(1/2)) uzyskano dla kompozytu warstwowego Al2O3/Al2O3+14% obj.Mo. Proces nanoszenia supertwardych warstw prowadzony był jedynie na nakładkach skrawających, wykonanych z tego kompozytu. Skład fazowy nanoszonych powłok badano metodą Ramana. Nanoszone warstwy węglowe identyfikowano jako nanokrystaliczny diament (NCD) zanieczyszczony superdrobnoziarnistym grafitem, zaś warstwy azotku boru jako mieszaniną "grubokrystalicznej" fazy c-BN oraz nanokrystalicznych faz h-BN i E-BN. Przeprowadzono badania grubości powłok, a także ich chropowatości, adhezji do podłoża, współczynnika tarcia oraz twardości. Wyniki badań właściwości skrawnościowych płytek narzędziowych NCD (c-BN)/Al2O3/Al2O3+14%obj.Mo przedstawiono w postaci zużycia V(Bmax) w funkcji drogi skrawania L stopu aluminium PA16. Badania wskazały, że otrzymane w wyniku nanoszenia metodą plazmy impulsowej PACVD warstwy węglowe oraz azotku boru na płytkach narzędziowych Al2O3/Al2O3+14% obj.Mo mają dobre właściwości skrawnościowe przy obróbce stopu aluminium PA16. Dla próbki NCD/Al2O3/Al2O3+14%obj.Mo wzrost trwałości ostrza w porównaniu do płytki niepokrytej wynosi 65%, zaś dla próbki c-BN/Al2O3/AhO3+14%obj.Mo wynosi on 40%.

EN

The aim of the study was to examine how the cutting properties of tool blades are affected by super-hard ceramic (carbon and boron nitride) coatings produced by the impulse plasma method (PACVD). The cutting plates were made of layered NCD (c-BN)/Al2O3/Al2O3+x%Mo composites produced by foil casting. The highest density (96%), the greatest bending strength (819 MPa) and the highest stress intensity factor (7.75 MPam(1/2)) were obtained with the layered Al2O3/Al2O3+ +14 vol.%Mo composite, and, thus, it was only this composite which was used for further experiments with depositing the super-hard coatings. The phase composition of the coatings was examined by Raman spectroscopy. The deposited carbon layers were identified to be nanocrystalline diamond (NCD) contaminated with super-finegrained graphite, whereas the boron nitride layers appeared to be a mixture of the 'coarsegrained' c-BN phase with the nano-crystalline h-BN and E-BN phases. The thickness, roughness, adhesion to the substrate, friction coefficient and hardness of the coatings were examined. The results of examination of the cutting properties of the NCD (c-BN)/Al2O3/Al2O3+14vol.% Mo tool plates in cutting the PA16 aluminium alloy are presented as the wear V(Bmax), versus cutting path L. The results evidently show that, when tested in cutting hard aluminium alloys, the carbon and boron nitride coatings deposited on the Al2O3/Al2O3+14%Mo cutting plates by PACVD have good cutting properties. The service life of the coated plates compared to that of uncoated plates increased by 65% with the NCD coatings and by 40% with c-BN coatings.

12

Specjalne ściernice diamentowe i z regularnego azotku boru do obróbki materiałów trudno obrabialnych.

Tota J., Pollak M.

Mechanik

|

2001

|

R. 74, nr 5-6

365-366

PL

Badania i prace rozwojowe prowadzone w Instytucie Obróbki Skrawaniem uwieńczone zostały opracowaniami technologicznymi umożliwiającymi projektowanie i wytwarzanie specjalnych narzędzi ściernych z materiałów supertwardych o zróżnicowanych właściwościach i przeznaczonych do różnych zastosowań. Z myślą o potencjalnych odbiorcach narzędzi ściernych wytwarzanych w IOS, w artykule scharakteryzowano stosowane materiały, a także ogólne zasady doboru narzędzi i ich użytkowania w procesach szlifowania.

13

Kompozyty z regularnego azotku boru.

Benko E., Stolarz S.

Rudy i Metale Nieżelazne

|

2000

|

R. 45, nr 3

193-197

PL

Przedstawiono krytyczną analizę zjawisk chemicznych towarzyszących spiekaniu regularnego azotku boru z udziałem domieszek modyfikujących, takich jak metale lub ich wodorki. Przedstawiono dodatkowo badania wpływu tych zjawisk na skład fazowy, morfologie i właściwości wytrzymałościowe otrzymanych kompozytów materiałów supertwardych.

EN

In the work critical analysis of the chemical phenomena taking place during sintering of cubic BN with modifying admixtures, such as metals, metal alloys and hybrides has been undertaken. Additionally studies of the influence of these phenomena on the phase composition, morphology as well as mechanical properties of the superhard materials obtained have been carried out. Studies of the cBN-metal contact layer, presented in the work, have been performed using modern techniques (TEM, SEM), in cooperation with the scientists of University of Mining and Metallurgy in Cracow. Of all materials studied composites containing titanium binding phase show the best mechanical properties. Therefore it can be concluded that in the preparation of cBN composites titanium is the best modifying admixture.

14

Reakcje regularnego azotku boru z wybranymi metalami : aspekty termodynamiczne strukturalne, morfologiczne i praktyczne.

Benko E.

Prace Instytutu Obróbki Skrawaniem. Zeszyty Naukowe

|

1998

|

nr 79

139-139

PL

W pracy dokonano obliczeń składów równowagowych układów BN-metal, wykorzystując algorytm VCS. Obliczenia te wykonano dla układów: BN-Ti, BN-Zr, BN-Hf, Bn-V, BN-Nb, BN-Ta, BN-Cr, BN-Mo, Bn-Al, BN-TiH2 dla stosunków molowych BN-metal równych 1 : 1, 2 : 1 i w niektórych przypadkach 9 : 1, w bardzo szerokim przedziale ciśnień, i temperatur (1.3źE-3 ÷ 1źE+07 Pa, 27 ÷ 2427°C). Z przeprowadzonych obliczeń równowag wynika, że wyżej wymienione metale reagują z azotkiem boru, tworząc borki lub mieszaninę borków i azotków metali. Ilość i skład tworzących się faz uzależnione są od ciśnienia, temperatury i stosunków molowych BN i metalu. W celu sprawdzenia zgodności obliczeń teoretycznych składów równowagowych badanych układów z danymi doświadczalnymi wykonano spieki azotku boru z wymienionymi metalami w zmiennnych parametrach spiekania (temperatura, ciśnienie). Eksperymenty potwierdziły zgodność obliczeń teoretycznych z danymi doświadczalnymi w zakresie ilości i składu tworzących się faz. W pracy przeprowadzono pomiary kąta zwilżania BN metalami, jak Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Al i AlTi10. Ze względu na wysoką temperaturę topnienia metali od IV do VI grupy układu okresowego pierwiastków zwilżalność badaną metodami pośrednimi, stosując tzw. rozpuszczalniki (Ag, Au), które z tymi metalami tworzą niskotemperaturowe eutektyki. Metale IV grupy układu okresowego można uszergować wg wzrastającej zwilżalności do BN następująco: Hf > Zr > Ti, natomiast metale V grupy tworzą szereg następujący: Ta > Nb > V. W tym samym kierunku w badanych układach zmienia się praca adhezy. Przeprowadzone badania próbek po pomiarach zwilżalności wskazały na zachodzące reakcje chemiczne na granicy BN-metal. Układy BN-Ti i BN-TiH2 przebadano, stosując różne metody. Badania te wykazały, że niezależnie od formy wprowadzenia Ti do spieku w efekcie końcowym tworzą się te same fazy (borki i azotki Ti). Pomiar twardości oraz określenie modułu Younga wykazały, że kompozyty azotku boru z metalami o największej reaktywności w stosunku do BN osiągają wysokie wartości twardości i modułu Younga. Spośród badanych materiałów najwyższymi wartościami twardości i modułu Younga charakteryzują się kompozyty z tytanową fazą wiążącą. Najlepsze parametry materiałowe uzyskane w przypadku zastosowania tytanu jako fazy wiążącej wskazują, że tytan jest najlepszym dodatkiem modyfikującym cBN.

EN

In above study equlilibrium composition in the systems BN-metal have been calculated using the VCS algorithm. Calculations have been carried out for the following systems: BN-Ti, BN-Zr, BN-Hf, BN-V, BN-Nb, BN-Ta, BN-Cr, BN-Mo, BN-Al, and BN-TiH2 for the BN : metal molar ratios equal to 1 : 1, 2 : 1 and in several cases 9 : 1 in the wide ranges of pressure and temperature (1.3źE-3 ÷ 1źE+07 Pa, 27 ÷ 2427°C). From the calculations it can be concluded that the metals studied react with boron nitride forming borides or mixtures of borides and nitrides. The number and compositions of formed phaces strongly depends on pressure, temperature and BN-metal molar ratios. In order to verify the theoretical calculations the equilibrium compositions in the investigated systems with experimental data, BN has been sintered with the above mentioned metals under various experimental conditions (temperature, pressure). Experimental investigations showed good agreement with theoretical studies as far as the amount and compositions of the resulting phases are concerned. Additionally the measurements of contact angles between BN and metals, such as Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, A1 and AlTi10 alloy have been carried out. Because of high melting points of metals of IV-VI groups of the Periodic Table, wettability studies have been conducted using an indirect method by applying the socalled solvents method (Ag, Au), which from low temperature eutectics with the above mentioned metals. Among metals of the group IV of the Periodic Table, wettability towards BN decreases in the following order: Hf > Zr > Ti whereas among the metals of the group V this order is as follows: Ta > Nb > V. In the same order the adhesion work changes in the systems studied. Investigations of samples after wettability studies have shown that chemical reactions at the interfaces BN-metal take place. BN-Ti and Bn-TiH2 systems have been studied by various methods too. These studies have shown that independent of the form of Ti introduct into the sinter (Ti or TiH2) finally the same phases are formed (Ti borides and nitrides). Hardness measurements and Young`s modulus determinations have shown that the composites of boron nitred with metals exhibiting the highest reactivity towards BN reach high hardness and Young`s modulus values. Among these materials the composites with the titanium bonding phase show the highest hardness and Young modulus values. The best material prameters obtained when Ti have been used as the binding phase indicated that titanium is the best cBN modyfying additive.