Інструментальні матеріали

Реферат

Інструментальні матеріали

ВСТУП

Ефективність роботи різальних інструментів, а в кінцевому результаті і продуктивність праці при обробці матеріалів різанням в значній мірі залежить від властивостей інструментального матеріал. Основна вимога до матеріалу і геометрії різального інструменту - забезпечення гостроти леза (різальних властивостей) по-можливості довший час. Втрата працездатності може прийти через аварійне (випадкове) зношування і в результаті поступового монотонного зношування. Тому до інструментальних матеріалів ставляться такі вимоги:

1.Мати високі механічні властивості (твердість, міцність, ударну в’язкість…) мати високу зносостійкість.

2.Бути хімічно інертним до оброблюваних матеріалів.

3.Мати високу теплостійкість (зберігати твердість і, відповідно, різальні властивості при високих температурах),теплопровідність, бути малочутливим до циклічних коливань температури. Під теплостійкістю інструментального матеріалу розуміють максимальну температуру нагріву, при якій зберігається необхідна твердість (для інструментальних сталей Н_>кс>58).

4.Бути достатньо технологічним і відносно дешевим.

Відповідно до прийнятої концепції інструментальної програми України всі інструментальні матеріали класифікуються таким чином: інструментальні сталі; тверді сплави; абразиви; полікристалічні надтверді матеріали; інструментальна кераміка; абразивні надтверді матеріали.

Запроваджена наступна класифікація основних видів промислових інструментів за областями їх застосування: металообробні, деревообробні, для обробляння полімерних матеріалів, для обробляння каміння, для обробляння матеріалів в будівельній промисловості, для руйнування гірських порід і добування корисних копалин.

В даний час в металообробці і деревообробці найбільш широко використовуються інструментальні сталі, тверді сплави і абразивні інструменти.

1.1 ІНСТРУМЕНТАЛЬНІ СТАЛІ

Інструментальні сталі, які використовуються для виготовлення різального інструменту, в залежності від хімічного складу поділяються на вуглецеві, леговані і швидкорізальні (високолеговані).

1.Вуглецеві інструментальні сталі (ГОСТ1435-74) випускаються середньої якості і високоякісні, що мають менший вміст сірки і фосфору. Найбільш широке розповсюдження одержали сталі марок У8;У8А;У10А;У12А, які містять 0,8;1,0-1,2% вуглецю. А-високоякісна сталь. Ці сталі мають низьку теплостійкість (200-250^оС), досить технологічні і недорогі. Вони використовуються для виготовлення ручного інструменту, який працює при невисоких швидкостях різання. Основними складовими тут є залізо, вуглець і марганець. Із збільшенням кількості вуглецю ростуть твердість і протизношувальна тривкість сталі, але знижується її пластичність. Сталі з збільшеним вмістом вуглецю краще гартуються. Маганець придає сталі такі ж властивості, як і вуглець, а також очищає її від сірки і робить метал більш щільним, але він сприяє росту зерна при гартуванні, що є причиною утворення тріщин, тому марганцю в сталі не більше 0,4%. У складі цих сталей є ще S_>i>,C_>r>,N_>i>, S iP. Сірка і фосфор шкідливі ,тому їх не більше 0.03%. Хром і нікель в комбінації з вуглецем і марганцем дещо покращують сталь, але не мають великого значення. Кремній підвищує пружність сталі, її твердість, стійкість проти корозії, але знижує пластичність, його у сталі не більше 0,35%.

Згідно з міжнародними нормами ISO4957 ці сталі позначаються WS.

2.Леговані інструментальні сталі (ГОСТ5950-73) мають до1% вуглецю і додатково леговані вольфрамом, хромом, ванадієм і іншими елементами (до 6%) які повищають теплостійкість сталі до 300⁰С. Найбільшого розповсюдження набули сталі 9ХС, ХВГ, Х6ВФ, 9ХФМ, 7ХНМФБ, 8Н1А, 6ХС, 9Х5ВФ, Х12, Х12Ф і інші. Використовуються вони для виготовлення інструменту, що працює при невисоких швидкостях різання (до 20 м/хв) – це мітчики, плашки, прошивки, протяжки, штампи, деревообробний інструмент. Ці сталі непогано обробляються відносно недорогі і після термообробки мають твердість Н_>RC>62-64//

Низьколеговані сталі мають міжнародне позначення згідно ISO4957 SP (Special alloy tool steel). Високолеговані сталі позначаються НР (High alloy tool steel) і містять більше 5% легуючих елементів, до 2% вуглецю і до 12% хрому і відповідають нашим Х12 і Х12Ф.

3.Швидкорізальні сталі (ГОСТ19265-73) мають вищу теплостійкість у порівнянні з вуглецевими і легованими сталями, тому можуть працювати при вищих швидкостях різання (45-60 м/хв). З них виготовляють біля 60% всіх лезових інструментів, що використовуються в машинобудуванні. Найважливішим легуючим елементом, який входить в склад цих сталей, є вольфрам (6-18%), крім того хром, молібден, кобальт, ванадій.

Для того, щоб ці сталі мали високі різальні властивості, вони повинні пройти спеціальну термообробку: гартування при температурі 1240-1280 ^оС з послідуючим потрійним високим (550-650 ^оС) відпуском, що забезпечує твердість 62-69 Н_>RC>, теплостійкість 620-720 ^оС і міцність на згин 2,5-4,0 гПа.

Швидкорізальні сталі в залежності від теплостійкості ділять на сталі нормальної, підвищеної і високої теплостійкості. Найбільш розповсюджені сталі нормальної теплостійкості (620-630 ^оС), їх кількість –75-80%. Це марки Р9, Р18, Р12, Р6М5,Р6АМ5, Р8М3, Р6М3. Вони використовуються для обробки конструкційних матеріалів з σ_>в><1000мПа.

Сталі підвищеної теплостійкості (630-650 ^оС) додатково леговані кобальтом і ванадієм. Кобальт значно підвищує теплостійкість і твердість сталі. Це сталі Р9К10, Р9К5, Р9М4К8, Р6М5К5, Р10К5Ф5, Р18Ф2К8М, Р12Ф4К5, Р12М3Ф2К8 . Вони застосовуються для обробки жароміцних сталей, титанових сплавів, нержавіючих сталей, а також конструкційних сталей зσ_>в>>1000 мПа. Найкраща з них Р18Ф2К8М (18%W;2%V;8%C_>o>;1%M_>о>), вона має твердість Н_>КС> 67-68 і застосовується для обробки сталей з σ_>в>≥1600 мПа. Період стійкості її в 3-; рази вищий, ніж у сталей нормальної теплостійкості.

Сталі високої теплостійкості – це сталі з пониженим вмістом вуглецю (0,05-0,15%). Вони мають високу твердість (68-69 Н_>КС>), теплостікість(700-730 ^оС), зносостійкість, теплопровідність, при задовільній міцності.Основні легуючі елементи: С_>о>(16-25%), W(11-20%), M_>o>(4-7%). Зміцнення тут проходить за рахунок виділення інтерметалідів, а не карбідів, тому вони називаються сталями з інтерметалідним зміцненням. Це сталі В11М7К23; В18М7К25; В14М7К26 вони викоростовуються для обробки титанових сплавів і нержавіючих сталей. Зносостійкість їх в 30-50 раз вища стійкості інструментальної сталі Р18.

У зв’язку з дефіцитом вольфраму розроблено безвольфрамову сталь 11М5Ф (С=1,1%, М_>о>=5,5%, С_>r>=4%, V=1,5%). Вона має твердість 62-64 Н_>КС>, теплостійкість 620 ^оС, міцність на згин 3Б4-4,0 гПа і використовується для обробки відпалених вуглецевих сталей, легованих конструкційних сталей, кольорових металів.

Значний вплив на зносостійкість сталі має карбідна неоднорідність. Для інструментів годяться сталі 1; 2 і 3 балів карбідної неоднорідності (всього 14 балів). Досягнути цього трудно, особливо при великих розмірах інструменту, тому практикують одержання інструментальних сталей методами порошкової металургії. Порошок одержують розпиленням розтопленої інструментальної сталі в струмені нейтрального газу. Пресування ведеться при температурі 1150 ^оС. і тиску 9,8 мПа протягом 5-6 годин. Після цього проводиться кування або протягування заготовок. В результаті підвищуються однорідність матеріалу, його в’язкість, зменшуються термічні деформації, карбідна неоднорідність зводиться до мінімуму. Допускається легування кобальтом до 8% і ванадієм до 3%. Випробування показали, що сталі Р6М5К5 і Р9М4К8 мають в 1,2-2 рази вищу зносостійкість. В позначення таких сталей вводяться букви “МП”, наприклад Р6М5К5-МП.

Через дефіцит вольфраму для виготовлення дереворізального інструменту використовують безвольфрамову швидкорізальну сталь 8М3Ф3С.

Згідно з міжнародними нормами швидкорізальна сталь, яка має у своєму складі до 12% легуючих компонентів позначається SS, а коли більше 12%, то –НSS.

Швидкорізальні сталі були розроблені на початку ХХ століття. Але тоді використанню переваг цих сталей заважав низький технічний рівень верстатного парку, на якому використовувався інструмент з даних сталей. Необхідно було повністю замінити парк тихохідних малопотужних верстатів новими більш потужними і швидкохідними (п= 1000-1500 об/хв і N=6-8 квт). Це був перший скачок у розвитку сучасної технології механічної обробки деталей машин, викликаний появою більш досконалого інструменту.

Великі успіхи, досягнуті переходом від вуглецевих до швидкорізальних сталей, дали можливість приступити до пошуку нових композицій різних хімічних елементів з допомогою яких можна створити інструментальні матеріали з високими фізико-механічними властивостями. В ході пошуків були створені попередники нових матеріалів, які відомі зараз як тверді сплави.

1.2 ТВЕРДІ СПЛАВИ

Тверді сплави виготовляють методами порошкової металургії. Основні компоненти: карбід вольфраму (WC), карбід титану (Т_>і>С) і карбід танталу (Т_>а>С), зв’язкою служить металічний кобальт, нікель, або молібден. Теплостійкість твердих сплавів різних марок становить 800-1100 ^оС, що позволяє значно підняти швидкість різання (до 150-200 м/хв). Недолік їх – відносно низька міцність на згин σ_>зг>=0,9-1,6 гПа, а у швидкорізальної сталі σ_>зг>=3-3,5 гПа. Міцність на стиск σ_>ст>=4-6гПа, а твердість 90-96 Н_>RA>.

В залежності від хімічного складу тверді сплави поділяються на 4 групи: одно карбідні, двох карбідні трьох карбідні і безвольфрамові.

Однокарбідні тверді сплави (ВК) містять карбід вольфраму і кобальт. Широко відомі марки ВК3; ВК4; ВК6; ВК8; ВК10; ВК15. Цифрою вказано процентний вміст кобальту, а решта –карбід вольфраму. Із збільшенням кількості кобальту зменшується твердість сплаву і росте пластичність, тому для чорнової обробки застосовують марки ВК8. ВК10, а для чистової – ВК3, ВК4. Фізико-механічні властивості твердих сплавів залежать від розміру зерен. Вони можуть бути грубозернисті, нормальні, дрібнозернисті і дуже дрібнозернисті (розмір зерен до 0,5 мкм), позначаються вони відповідно, наприклад, ВК6В, ВК6 ВК6-М, ВК6-ОМ. Сплав ВК6-ОМ додатково легований до 2% Т_>а>С.

Однокарбідні тверді сплави добре зарекомендували себе при обробці чавунів. Для виготовлення інструменту, який працює з ударним навантаженням (обдирочні операції, переривисте точіння) застосовують грубозернисті тверді сплави (ВК6В). Згідно з нормами ІSO одно карбідні тверді сплави у своєму позначенні мають букву К (К01, К05, К10, К20, К30, К40) і фарбуються у червоний колір. Тут маркування ведеться не по хімічному складу, а по механічних (експлуатаційних) властивостях, тому деякі однокарбідні тверді сплави не обовязеоко будуть у марці мати букву К. В деякій технічній літературі зустрічається позначення НW.

Двохкарбідні тверді сплави (ТК) у своєму складі містять карбід вольфраму (основна складова), карбід титану і кобальт. Широко застосовуються марки Т30К4, Т5К10, Т15К6 (15% Т_>і>С; 5%С_>о>, 80%WC). При однаковому вмісті кобальту двох карбідні тверді сплави мають вищу твердість і хрупкість ніж одно карбідні, тому їх використовують для напівчистової і чистової обробки сталі. Згідно з нормами ІSО їх маркування починається з букви Р (Р01, Р10, Р15, Р20, Р30, Р40) і фарбуються в синій колір, в деякій літературі вони позначаються НТ.

Трьохкарбідні тверді сплави (ТТК) складаються з карбіду вольфраму, карбіду титану, карбіду танталу і металічного кобальту (зв’язки). Використо-вуються марки ТТ7К12 і ТТ20К4, вони характеризуються високою зносостійкістю і експлуатаційною міцністю (σ_>в>=1,3-1,6 мПа), добре витримують ударні навантаження, вібрації і використовуються при струганні і фрезеруванні. Згідно з нормами ІSO їх маркування починається з букви М (М10, М20, М30, М40), або НМ, колір жовтий.

Безвольфрамові тверді сплави створені на основі карбіду і карбонітриду титану, карбіду хрому і тугоплавких зв’язок, зокрема кобальт нікелевої. Ці сплави характеризуються окалиностійкістю, низьким коефіцієнтом тертя, пониженою схильністю до адгезії з оброблюваним матеріалом, але вони мають нижчу міцність, яку втрачають при підвищенні температури, мають низьку теплопровідність. Це сплави: КНТ16;ТН20;ТН30;ТМ1;ТМ3;КХН30. Вони застосовуються для напівчистової і чистової обробки конструкційних низьколегованих сталей і чавунів.

Інститутом надтвердих матеріалів ім. В.М.Бакуля НАН України розроблені нові тверді сплави (ВН і ВКН), які за своїми властивостями близькі до сплавів ВК з однаковою кількістю зв’язки. Дослідження експлуатаційних властивостей цих сплавів при обробці різанням чавунів, сталей, в буровому і штамповому інструменті підтвердило їх добру якість. Це сплави ВН6;ВН8;ВН10;ВН15.

Розробка цих інструментальних матеріалів викликана відсутністю в Україні необхідної сировинної бази (кобальту). Нікель в 2_3 рази дешевший кобальту. Собівартість твердих сплавів на нікелевій основі на 10-20% нижча ніж сплавів ВК.

1.3 ІНСТРУМЕНТАЛЬНА КЕРАМІКА

Інтенсивний розвиток виробництва, дефіцитність вольфраму, інтенсивний розвиток кераміки привело до створення керамічних інструментальних матеріалів. В залежності від хімічного складу, способу виробництва вони поділяються на три групи.

Оксидна (біла) кераміка складається з оксиду алюмінію (Al_>2>O_>3>)≈99% з незначними домішками оксиду магнію (MgO) і інших елементів. Сюди відносяться марки ВО13;ЦМ332;ВШ75. Пластинки з білої кераміки виготовляють методом холодного пресування з послідуючим спіканням. Основна область застосування – чистова обробка сірих чавунів і негартованих сталей. Розмір зерен – біля 1-2 мкм. Низька міцність на згин (σ_>зг>=0,3-0,4 гПа) і термоциклічна втома дозволяють використовувати ці матеріали тільки для чистових і напівчистових операцій при наявності вібростійкого обладнання, але зате швидкість різання може досягати 300-600 м/хв.

Оксидно-карбідна (чорна) кераміка складається з оксиду алюмінію (60-80%) і карбідів тугоплавких металів (TiC;WC;MoC) – до 40%. Сюди відносяться матеріали марок В3;ВОК60;ВОК63. Пластинки з оксидно-карбідної кераміки одержують методом гарячого пресування в графітових прес-формах, тому вони дорожчі. Оксидно_карбідна кераміка служить, в основному, для обробки від білених чавунів, цементованих, гартованих і термічно покращених сталей і видержують температура в процесі різання до 1300 ^оС.

Пластинки з оксидно-карбідної кераміки мають дрібнішу структуру ніж з білої кераміки, вищу твердість і зносостійкість, краще сприймають термічні навантаження. Але в порівнянні з твердими сплавами їх міцність і опір термоциклічним навантаженням значно менші, тому вони використовуються тільки для чистової і напівчистової обробки.

Оксидно-нітридна кераміка складається з нітриду кремнію і тугоплавких металів з домішками оксиду алюмінію і деяких інших компонентів – це матеріали картиніт ОНТ20 і силініт-Р (твердість 94-96 Н_>RA>, швидкість різання 1500 м/хв). Картиніт використовують для обробки загартованих сталей (Н_>RC>30-55) ковких, модифікованих і відбілених чавунів з твердістю Н_>В> 300-600, термо-покращених сталей.

Силініт Р займає проміжне місце між твердими сплавами на карбідній основі і надтвердими матеріалами на основі алмазу і нітриду бору. Дослідження показали, що його можна застосовувати при чистовій обробці чавуну, сталей сплавів алюмінію і титану. Основна його перевага в не дефіцитності вихідних матеріалів.

1.4.ПОЛІКРИСТАЛІЧНІ НАДТВЕРДІ МАТЕРІАЛИ

До цієї групи відносяться алмази і кубічний нітрид бору. Алмаз найтвердіший з всіх відомих матеріалів, його твердість 100 гПа., він має високу зносостійкість. Добру теплопровідність, малий коефіцієнт тертя і малу адгезію з металами ( за виключенням заліза і його сплавів з вуглецем). Недоліки алмазу як інструментального матеріалу це низька теплостійкість (800^оС) і значна хрупкість, що вимагає жорсткого і вібростійкого обладнання.

Різальні інструменти виготовляють як з природних так і з штучних алмазів. Штучні (синтетичні) алмази виготовляють з графіту при тисках біля 1000 гПа і температурі біля 2500^оС з витримкою від мікросекунд до десятків секунд. При цих умовах гексагональна гратка графіту перетворюється в кубічну гратку природного алмазу. Природні і штучні алмази мають одинакові параметри кристалічної гратки, близькі фізичні і хімічні властивості, але синтетичні алмази значно дешевші і їх властивості можна регулювати в процесі виготовлення. В техніці біля 90% алмазних інструментів виготовлені на основі синтетичних алмазів.

Промисловість випускає синтетичні алмази у вигляді порошків (монокри-стали), полікристалів і композиційних матеріалів. Алмазні порошки використовуються для виготовлення абразивного інструменту, Для виготовлення лезового інструменту використовуються полікристали марок: баллас, карбонадо, карболіт. Карбонадо кращі балласів, їх міцність позволяє видержувати значні без ударні навантаження, робоча температура не вище 650^оС.

В останні 10-15 років активно розвивається новий напрям створення алмазних матеріалів –CVD (chemikal vapour deposition – метод хімічного осадження з газової фази). Він відомий з 1889 року. Його суть у вирощуванні твердого матеріалу з газової фази з використанням суміші реакційних газів, з яких поступають необхідні реагенти на поверхню підложки.

При вирощуванні алмазів CVD методом таким реагентом є вуглець. Цей метод при використанні реагентів дуже високої чистоти дає можливість одержувати кристали алмазу оптичної якості.

На відміну від синтезу в умовах високої температури і тиску (НР/НТ метод) вирощування алмазу СVD методом проходить при високій температурі і тиску нижче атмосферного. Алмаз, одержаний CVD методом, являє собою полікристалічний матеріал з зернистою структурою. Вирощувані за тонко-плівковою технологією зерна СVD алмазу ростуть з дрібних зерен, які зростаються і , по мірі збільшення і потовщення шару, надають СVD алмазу стовбчасту структуру. Твердість CVD кристала алмазу становить 81± 18 гПа, а монокристал має 57 гПа в площині 100 і 104 гПа в площині 111.

Полікристали мають ряд переваг: розмір Ø=8мм, що спрощую кріплення, мають однорідну зернисту будову (відсутня анізотропія через наявність не алмазних (графітних і карбідних) фаз, електропровідні, міцність на згин в 2-3 рази вище алмазу. Вони використовуються для обробки титанових сплавів, високо кремнієвих сплавів, композиційних матеріалів, мінералокераміки, забезпечують високу точність, але мало ефективні при обробці сплавів на основі заліза, дорогі.

На основі синтетичних алмазів випускаються композиційні матеріали у яких підложка 2-4 мм твердосплавна пластинка і алмазне покриття товщиною ≈1 мм, що позволяє об’єднати високу твердість і зносостійкість алмазів і міцність твердого сплаву.

Композити. Основою полікристалічних надтвердих матеріалів, які мають комплект унікальних фізико-механічних і експлуатаційних властивостей, складає нітрид бору (ВN). Це ковалентне зєднання бору з азотом. В природі воно не зустрічається. Нітрид бору відкритий і синтезований в першій половині ХІХ століття, він має кристалічну гратку графіту, має високу температуру плавлення (>2200^оК), не розчиняється ні в одному з відомих розчинників, проводить електричний струм. Відомі три види нітриду бору: ВN_>г> –гексагональний графітоподібний, ВN_>к >– кубічний і ВN_>в> –вюрцитоподібний. На основі останніх двох синтезуються всі відомі полікристалічні надтверді матеріали. Синтез відбувається при температурі 1600-2300 ^оК і тиску 4,0-7,5 гПа в присутності каталізаторів, або без них. Вперше кубічний нітрид бору був синтезований у США в 1957 році, а в СРСР- у 1959 році.

Кубічний нітрид бору (КБН) синтетичний надтвердий матеріал на основі нітриду бору відноситься до числа ефективних інструментальних матеріалів і широко використовується для різних видів абразивних і лезових інструментів. Як показала практика, КНБ не може конкурувати з алмазом при обробці таких твердих і хрумких матеріалів як металокерамічні тверді сплави, скло, граніт, і ряд інших неметалічних матеріалів. В той же час, завдяки теплостійкості і дифузійній стійкості, не проявляючи при обробці металів і сплавів хімічної спорідненості до заліза, КНБ є перспективним для обробки вказаних матеріалів, в тому числі інструментальних сталей, особливо швидкорізальних нормальної і підвищеної продуктивності.

Починаючи з 90^х років спостерігається значне збільшення виробництва КНБ і до кінця ХХ століття об’єм його випуску становив 15 тон в рік. Продаж інструментів на основі КНБ перевищує декілька мільярдів доларів США. На ринку СНД найбільш відомі торгові марки КНБ – це кубаніт, що випускається Науково-технологічним алмазним концерном „Алкон” НАН України (НТАК „Алкон”) і ельбор Абразивного заводу „Ильич” Росія, а в далекому зарубіжжі – бора зон „Дженерал Електрик” США.

Кубаніт – це хімічне з’єднання двох елементів – бору(43,6%) і азоту (56,4%). Він має кристалічну гатку з майже такою ж будовою, як алмаз. По твердості він приближається до алмазу, але має більш високу теплостійкість і дифузійну стійкість. Мікротвердість КНБ знаходиться в границях 80-90 гПа (алмаз100гПа), теплостійкість 1200^оС, щільність 3,45 Г/см³ (менша ніж у алмаза). Міцність шліф порошків з КНБ відповідає міцності шліф порошків з синтетичних алмазів марок АС2, АС4, АС6, АС15. Порошки кубаніта виготовляють у вигляді мікро порошків марки КМ і шліф порошків КО,КР,КВ.

В останній час до надтвердих матеріалів відносять матеріали, що містять композицію Si-Al-O-N (торгова марка “сіалон”) в основі яких лежить нітрид кремнію Si_>3>N_>4>.Комбінація цієї основи з різними елементами позволяє створити матеріали з різними властивостями, наприклад “силініт”(створений ІПМ АН УРСР), який використовується для напівчистової обробки чавунів в тому числі і відбілених і інших матеріалів, що дають стружку надлому.

На основі кубічного нітриду бору випускаються матеріали марок “ельбор Р” (К01), який використовується для чистової обробки загартованих сталей і чавунів; гексаніт (К10) використовується для чистової обробки гартованих сталей(Н_>RC> 40-68), чавунів і твердих сплавів; композит К05 використовується для напівчистової обробки чавунів і інших матеріалів, які дають стружку надлому. Цілий ряд такого класу матеріалів випускають фірми Японії, США, Англії, Німеччини.

Випускаються ці матеріали у вигляді непереточуваних твердосплавних пластинок з нанесеним на них шаром надтвердого покриття.

1.5 МЕТОДИ ПІДВИЩЕННЯ ЗНОСОСТІЙКОСТІ ІНСТРУМЕНТУ

Традиційні методи підвищення зносостійкості шляхом складного легування інструментальних матеріалів практично вичерпали свої можливості. Розроблено методи підвищення зносостійкості, які ґрунтуються на створенні на робочих поверхнях інструменту тонких поверхневих шарів з заданими властивостями. Найбільш розповсюджені хіміко-термічні методи (ціанування, азотування, нітроцементація, борування…). Тут зміна хімічного складу поверхневого шару досягається за рахунок дифузії різних елементів з зовнішнього середовища в матеріал інструменту. Найбільше розповсюдження одержало ціанування, після якого на поверхні сталевого інструменту утворюється шар товщиною 20-30 мкм твердістю Н_>КС> 70.високої тепло і зносостійкості. За рахунок цього стійкість інструменту підвищується в 1,5-2 рази.

Нанесення покрить на інструментальні матеріали позволяє створити новий комплекс властивостей з збереженням необхідної властивості основи. Ці способи одержали широкий розвиток і розділяються на 2 методи:

1. Хімічне осадження покрить з газової фази (СVD метод) ґрунтується на конденсації твердих осадків з газоподібних з’єднань. При цьому температура підложки дуже висока (1000-1100 ⁰С) і цей метод можна використовувати тільки для нанесення покрить на тверді сплави. Матеріал покриття: TiC; ТiN;TiNC;ZrN; HfC; MoC; MoN; CrN; TaN.

2. Фізичні методи (РVD): КІБ – конденсація з іонним бомбардуванням інструменту, РЕП- реактивно іонно променеве осадження покрить у вакуумі. Тут температура відносно не висока (420-620 ⁰С) і ці методи можна використовувати для нанесення покрить на швидкорізальні сталі і тверді сплави. На основі КІБ методу працюють установки “Булат” і установки іонного азотування. Із збільшенням температури в зоні різання PVD покриття значно менше втрачають у твердості ніж CVD покриття.

В інституті надтвердих матеріалів ім.. В.М.Бакуля НАН України відкрито явище поглинання металічних розплавів без пористими спеченими композиційними матеріалами. На основі цього явища розроблена нова технологія одержання твердосплавних виробів з градієнтною структурою. Формування градієнтної структури досягається шляхом високотемпературної металічними розплавами спечених виробів. Цю технологію називають ОМР. Випробування показали, що бурові долота, які мають твердосплавні вставки з градієнтною структурою, мають у 2 рази вищу стійкість, ніж серійні.

Технологія ОМР позволяє створювати градієнтні структури на мікро і субмікро рівнях, керувати поліморфним перетворенням в Со –фазі і таким чином гальмувати розвиток тріщин, що виникають в процесі стомлювання, в твердосплавних виробах. Так при різанні металів в зоні різальної кромки різця виникають мікро тріщини. Під дією змінних полів напружень і температурних полів ці мікро тріщини ростуть, утворюють сітку мезотріщин, в результаті чого різець виходить з ладу. Для подавлення росту мікро тріщин пропонується проводити легування різальної кромки, використовуючи технологію ОМП, і таким чином створювати градієнтні структури в зоні різальної кромки. Легування можна проводити любими металами і неметалами.

Розроблено технології, що позволяють наносити покриття (до 10-15 шарів) без значного збільшення їх товщини. Японська фірма “Sumitomo Electric” створила надтонке гладке покриття з “надструктурою” ZX (TiN/AlN), яке при товщині 2,5 мкм складається з 2000 шарів (товщина шару 1,25 нм). Твердість покриття 4000 НV, що спів розмірно з твердістю КНБ. Використовується в різальних інструментах для обробки сталей, чавунів, жароміцних матеріалів при високій температурі і великих подачах. Швейцарська фірма “Frаisa” розробила технологію DSC (подвійного покриття), що позволяє одержувати передню і задню поверхні інструменту з різними властивостями. На задню поверхню наноситься тверде термічно ізолююче покриття, а на передню поверхню – шар покриття з коефіцієнтом тертя близьким до 0. Фірма “Winter” для обробки чавунних відливок створила різальні пластинки з двома функціональними покриттями: на передній поверхні-чорне, а на задній – золотисте, збільшивши продуктивність обробки на 75%.