1. Spieki metaliczno - diamentowe Spieki metaliczno – diamentowe

1. Spieki metaliczno - diamentowe
Spieki metaliczno – diamentowe stanowią grupę spiekanych tworzyw narzędziowych
przeznaczonych na elementy narzędzi tnących, wiertniczych i szlifierskich. Ze względu na
dużą twardość i odporność na zużycie oraz stosunkową dobrą ciągliwość, zapewnioną przez
metaliczną osnowę, stosowane są do obróbki materiałów twardych i trudno obrabialnych.
Stosowane są jako nakładki lub segmenty narzędzi do obróbki wykańczającej innych
cermetali, w tym węglików spiekanych, tworzyw ceramicznych, skał i szkła optycznego. W
porównaniu z narzędziami z monolitycznych diamentów cechują się większą udarnością,
przewodnością cieplną, większym dekrementem tłumienia drgań, szerszymi możliwościami
formowania kształtu i wymiarów oraz zdecydowanie mniejszą ceną. Osnową spieków
metaliczno – diamentowych w zależności od wymagań dotyczących twardości, odporności na
zużycie ścierne i ciągliwości są: stopy miedzi, stopy żelaza w tym stale nierdzewne, stopy
metali wysokotopliwych i cermetale WC – Co, WC – Ni i WC – TiC – Co. Wielkość cząstek
diamentu stosowanych do wytwarzania spieków metaliczno – diamentowych wynosi: 0,15 –
0,50 mm w narzędziach do obróbki zgrubnej i 0,05 – 0,15 w narzędziach do obróbki
dokładnej. W niektórych przypadkach, np. wieloziarnistych obciągaczy tarcz szlifierskich
oraz narzędzi do polerowania soczewek optycznych stosowane są cząstki diamentu o
wielkości 0,001 – 0,002 a nawet drobniejsze (Rys. 1,21, 1.22).
Spieki metaliczno – diamentowe wytwarzane są najczęściej w wyniku prasowania i
spiekania mieszaniny proszku osnowy metalicznej i diamentu, nasycania porowatych spieków
metaliczno – diamentowych metalem osnowy, prasowania na gorąco mieszaniny proszku
osnowy metalicznej i diamentu.
Rysunek 1.1. Przełom spiekanego kompozytu brąz - diament stosowanego na narzędzia do
polerowania soczewek optycznych, x1000
Rysunek 1.2. Przełom spiekanego kompozytu o diament-kobalt stosowanego na pyłowe
obciągacze ściernic szlifierskich, x 1000
2. Spiekane materiały cierne
Spiekane materiały cierne są kompozytami ceramiczno – metalicznymi stosowanymi na
wykładziny sprzęgieł i hamulców w układach obciążonych dużymi naprężeniami i wysoką
temperaturą, najczęściej przekraczająca 600oC. W warunkach tych są one jedynymi
materiałami ciernymi spełniającymi wymagania wysokiej wytrzymałości, przewodności
cieplnej i odporności na działanie wysokich temperatur oraz stabilności procesu tarcia.
Wymagań tych nie spełniają stopy metali, np. żeliwo lub kompozyty niemetaliczne. W skład
materiałów ciernych wchodzą stopy metali o dużym przewodnictwie cieplnym oraz niemetali
zwiększających współczynnik tarcia. Ze względu na obecność materiałów ceramicznych
wytrzymałość mechaniczna spieków w zakresie niższych temperatur może być
niewystarczająca. Powoduje to konieczność wzmacniania spieków stalowymi podkładkami.
Stąd spieki cierne wykonuje się w postaci segmentów lub nakładek zgrzewanych, spiekanych
lub nalutowywanych na podkładki. W skład spiekanych materiałów ciernych najczęściej
wchodzą: Cu (60 – 75%), Sn (5 – 10%), Pb (5 – 15%), Fe (5 – 10%), grafit (5 – 8%), SiO2 (5
–35%), Al2O3 (1 – 5%), TiO2 (3 – 8%). Każdy z tych składników ma istotny wpływ na
właściwości kompozytu. Obecność grafitu zapobiega zacieraniu i zużyciu, podobnie obecność
ołowiu, który topiąc się w podwyższonych temperaturach tworzy swoisty film ciekłego
metalu, pozwala na ograniczenie intensywności procesów tarcia. Obecność miedzi zapewnia
dobrą przewodność cieplna, a cynku i cyny powiększa wytrzymałość mechaniczną spieku.
Spiekane materiały cierne (Rys. 2.1, 2.2) produkowane jako płytki o twardości 20 – 60 HB
składzie podanym w Tab. 2.1, różnym kształcie i różnych rozmiarach stosowanych jako
nakładki w sprzęgłach i hamulcach, pracujących na sucho lub w oleju, w wysokosprawnych
pojazdach lub maszynach.
Rysunek 2.1. Mikrostruktura spiekanego
przeznaczonego do pracy na sucho, x 400
materiału
ciernego
na
osnowie
brązu
Rysunek 2.2. Mikrotruktura spiekanego
przeznaczonego do pracy w oleju, x 400
materiału
ciernego
na
osnowie
brązu
Tabela 2.1. Przykładowy skład chemiczny płytek hamulcowych na osnowie brązu:
Składnik
Gu
C
Fe
Pb
SiO2
Sn
grafit
Udział wagowy
%
reszta
5-7
6-8
6-8
3-5
7-9
do 1,0
3.
4. Zagadnienia do opracowania
1. Co to są spieki metaliczno-diamentowe jak się je wytwarza ?
2. Zastosowanie spieków metaliczno-diamentowych
3. Naszkicować i opisać strukturę spiekanego kompozytu brąz - diament
4. Opisz grupę spiekanych materiałów ciernych (definicja, zastosowanie)
5. Budowa spiekanych materiałów ciernych