Влияние анизотропии свойств кристаллитов СТМ

Общепринятое представление о том, что СТМ в силу равновероятного расположения в нем кристаллитов можно считать изотропным материалом [163, 243], не совсем точно. Если рассматривать СТМ в макрообъеме, то та­кое представление верно. Но при алмазном шлифовании, когда величина пятна контакта «СТМ-зерно» составляет по данным [173] от 0.01 до 10 мкм, а размеры кристаллитов в различных СТМ изменяются от 5 до 300 мкм, ус­ловно можно считать, что идет обработка каждого отдельного кристаллита. Такой подход может иметь место при обработке и других материалов с ани­зотропными составляющими [242, 243, 250].

Технология огранки природных алмазов в бриллианты основана на ис­пользовании анизотропии их физико-механических свойств [62]. А посколь­ку кристаллиты в СТМ также обладают анизотропией свойств и могут быть ориентированы к зоне контакта как «мягкой» так и «твердой» гранью, а ал­мазное зерно (монокристаллы) аналогично, то процесс шлифования СТМ следует рассматривать как процесс высокоскоростного контактного взаимо­действия различных пар «мягких» и «твердых» кристаллитов СТМ и алмаз­ных зерен.

Обрабатываемую поверхность СТМ условно рассматриваем как ком­позиционную, состоящую из «мягких» и «твёрдых» граней, интенсивность шлифования которых различается в 10-100 раз [62, 173]. В процессе алмаз — ного шлифования СТМ интенсивность съема припуска с кристаллитов, ори­ентированных к зоне контакта «твердой» или «мягкой» гранью, будет суще­ственно различной. Представляет интерес возможность «попадания» зерна

во «впадину» («мягкую» грань) в зависимости от скорости шлифования Укр, размеров кристаллитов L, модуля упругости связки, зернистости и концен­трации алмазных зерен, нормального давления и толщины алмазоносного слоя. Эти условия будут определяться также частотой собственных колеба­ний зёрен в круге. В зависимости от того, «успевает» или нет алмазное зерно отреагировать на анизотропию износа кристаллитов СТМ, характер и интен­сивность их взаимного микроразрушения будут существенно различными (рис. 4.10).

В процессе алмазного шлифования основополагающее влияние на ин­тенсивность процесса взаимного микроразрушения элементов системы «СТМ-зерно» оказывает не столько твердость различных граней кристалли­тов СТМ и зерен, как их прочность (например, трещиностойкость). Анизо­тропия основных физико-механических свойств кристалла СТМ приведена на рис. 4.10 ж.

Если учесть, что алмазные зерна марок АС15, АС32, АС80 и выше представляют собой монокристаллы, а, следовательно, им присуща анизо­тропия физико-механических свойств, характерная для природных алмазов, в процессе шлифования следует учитывать интенсивность их износа в зави­симости от ориентации их к поверхности контакта.

На электронно-микроскопических снимках обработанной поверхности АСБ и при ее лазерном сканировании можно отчетливо наблюдать результа­ты различной интенсивности износа «мягких» и «твердых» граней кристал­литов [202]. Следовательно, при изучении процессов взаимного разрушения (износа) элементов системы «СТМ-зерно» при алмазном шлифовании необ­ходимо учитывать анизотропию свойств кристаллитов СТМ и зерен, кото­рая, как показано в п. 1.3, существенно влияет на интенсивность этого про­цесса.

Таким образом, при расчете числа фактически работающих зерен надо учитывать «твердые» зерна и интенсивно изнашиваемые — «мягкие». Веро­ятность нахождения в контакте «мягких» и «твердых» граней согласно рас­положению кристаллографических осей можно принять равной Р = 1/8. Из

всех кристаллитов на поверхности СТМ только 1/8 контактирует с РПК «твердой» гранью, остальные либо «мягкой» либо занимают промежуточные положения.

е

ЛІ/’

Рис. 4.10. Влияние анизотропии свойств кристаллитов на выбор условий
обработки СТМ (окончание): е — тенденции изменения показателей шлифования
от условий шлифования; ж — анизотропия свойств кристаллитов и зерен

Исходя из различной интенсивности износа контактирующих «мяг­ких» и «твердых» граней кристаллитов обрабатываемого СТМ и алмазных зерен следует рассматривать различные схемы расчета взаимного разруше­ния элементов системы «СТМ-зерно» (см. рис. 4.10 а, б, в, г, д).

Согласно этим схемам взаимодействия «твердых» или «мягких» гра­ней кристаллитов СТМ и алмазных зерен исследовали процесс назначения режимов шлифования (скорость шлифования, нормальное давление, зерни­стость круга, модуль упругости связки, концентрация зерен) с учетом воз­можности отслеживания каждым алмазным зерном круга анизотропии свойств как алмазного зерна, так и кристаллитов СТМ. С учетом собствен­ных (или вынужденных) колебаний алмазных зерен в связке круга можно расчетным путем определить оптимальную область режимов шлифования и характеристик кругов, обеспечивающих либо процесс производительного (см. рис. 4.10 б), либо прецизионного (см. рис. 4.10 в, г, д) шлифования СТМ. Для этого производим расчеты, позволяющие оценить, «успеет» ли алмазное зерно при реальных скоростях круга за счет собственных (или вынужденных ультразвуковых) колебаний обработать «мягкую» грань кристаллита СТМ и разрушить «твердую» грань кристаллита. Различные механизмы микрораз­рушения кристаллитов СТМ и алмазных зерен обуславливают преимущест­венное проявление тех или иных аспектов приспосабливаемости.

В силу упругих внедрений зерен в металлическую связку поверхность СТМ через некоторое время шлифования должна представлять собой ячеи­стую структуру (см. рис. 4.10 а, б, в), наличие которой убедительно под­тверждается при лазерном сканировании поверхности СТМ. С учетом коле­баний алмазных зерен в связке представляет интерес возможность «попада­ния» зерна во «впадину» (мягкую грань), в зависимости от скорости шлифо­вания Укр, размеров кристаллитов L, модуля упругости связки. Возможность управления этим процессом путем введения в зону шлифования и/или управления энергии ультразвуковых колебаний рассмотрена в п. 7.7.

Таким образом, при необходимости осуществлять производительный или прецизионный процесс алмазного шлифования различных СТМ необхо­димо с учетом величины их кристаллитов, собственных или вынужденных колебаний алмазных зерен в связке назначать соответствующую скорость шлифования, нормальное давление и характеристики алмазного круга. Обоснована необходимость учета анизотропии (микроанизотропии) свойств СТМ при определении условий их обработки.