Коэффициент темического линеного расширения (КТЛР)

Режущие керамические материалы на основе оксидной керамики. К оксидной керамике в настоящее время относят прежде всего корундовые материалы, содержащие как чистый оксид алюминия, так и легированный диоксидом циркония.

Введение

диоксида циркония в состав оксидной керамики обусловлено его трансформационным упрочнением, в результате которого увеличиваются износостойкость, прочность и ударная вязкость материала. Получению мелкозернистой сгруктуры алюмооксидного материала способствует также введение в его состав оксидов магния, иттрия, которые замедляют процесс рекристаллизации, образуя шпинельные фазы по границам зерен. При этом наличие примесей легкоплавких оксидов щелочных металлов (К₂0, Na₂0, Li₂0) снижает физико-механические свойства режущего клина из алюмооксидной керамики.

Особенностью a-модификации оксида алюминия (корунда) является то, что он практически нс растворяется в расплавленных железосодержащих материалах, вследствие чего при резании корундовой минералокерамикой (в условиях высоких температур) в зоне контакта не наблюдается диффузии, которая является основной причиной износа по передней поверхности резца. Кроме того, в силу высокой химической стабильности этого оксида, его дальнейшее окисление не происходит, что также снижает износ инструмента. Модификация аА1₂0з (как и большинство керамических материалов) обладает высокой твердостью и прочностью на сжатие, но низкой прочностью на изгиб, т. е. хрупкостью, что в известной мере компенсируется конструктивным исполнением режущего инструмента. Более низкая (по сравнению с твердым сплавом) теплопроводность корундовой керамики уменьшается с увеличением температуры, что приводит к снижению ее термостойкости и режущих свойств.

Основные физико-механические свойства наиболее известных марок режущей оксидной керамики различных фирм приведены в табл. 7.4. Анализируя данные этой таблицы, можно отметить, что введение Zr0₂ в состав алюмооксидной керамики способствует заметному увеличению прочностных свойств режущей керамики.

Оксидную керамику получают, как правило, методом холодного прессования и последующего спекания, что позволяет создавать широкий ассортимент типоразмеров пластин (с отверстием, стружколомающимися канавками, с разными углами и другие) для соответствующих операций металлообработки. Однако современное состояние отечественной технологии не обеспечивает стабильности важнейших физико-механических и эксплуатационных свойств оксидных режущих материалов. В этом отношении показателен факт повышения физико-механических свойств алюмооксидного материала, получаемого из массы ЦМ-332 в результате применения горячего прессования: прочность материала повысилась с 350 до 500 МПа при существенно более высокой стабильности режущих свойств пластин. Полученный горячим прессованием материал марки ВШ-75 имел хорошие показатели при чистовом точении сталей и чугунов различной твердости по сравнению даже с материалом ВО-13.

Исследование и опыт внедрения инструментов с пластинами из керамики марок ВО-13, ВШ-75, ЦМ-332 позволили определить следующие области их применения: тонкая, чистовая и получистовая обработка нетермообработанных сталей (качественных конструкционных, улучшенных, конструкционных легированных) с твердостью 160 — 380 НВ, а также серых чугунов твердостью 143 -289 НВ. При этом возможно использование высоких скоростей резания (до 800 — 1000 м/мин). Рекомендованные ВНИИ инструмента режимы резания резцами с пластинами из оксидной керамики даны в табл. 7.5.

Основные марки оксидной минсралокерамики и сс свойства.

Рекомендуемые режимы резании резцами с пластинами из оксидной керамики.

Резцы из оксидной керамики зарубежных фирм, отличающиеся высокой прочностью, используются также и на операции фрезерования сталей и чугунов, когда от материала резца требуется повышенная термостойкость.

Смешанная минералокерамика. Выше было отмечено, что способами повышения термостойкости минералокерамики являются либо легирование корунда оксидами циркония и иттрия, что характерно для различных марок оксидной керамики производства зарубежных фирм, либо введение в него металлоподобных соединений типа МеХ (боридов, карбидов, нитридов).

Смешанные керамические материалы систем МеХ + А1₂0з (где X = С, N, B) обладают по сравнению с чисто оксидной керамикой существенно более высокой термостойкостью (от 300 до 600° С), износостойкостью и твердостью.

С середины 60-х годов прошлого столетия за рубежом, а затем и в отечественной практике стали широко использоваться режущие пластины из оксидно-карбидной (так называемой «черной керамики») (табл. 7.6) на основе системы АЬОз-TiC (в России марки ВЗ, ВОК-60, ВОК-71). Эти материалы, полученные горячим прессованием тонких порошков, отличаются высокой плотностью и прочностью режущей кромки. Их применяют преимущественно при чистовой обработке закаленных сталей и отбеленного чугуна.

Опыт использования покрытий из нитрида титана свидетельствует о существенном повышении износостойкости инструмента за счет снижения адгезионных факторов износа. С другой стороны, входящие в состав «черной керамики» карбиды уступают нитридам металлов IV группы в устойчивости к контактным взаимодействиям с металлами. Эти предпосылки привели к созданию на основе корунда и нитрида титана режущей керамики марок: СХ2 (фирма НТК (NTK, Япония)), СС 650 (фирма «Сандвик Коромант» (Швеция)) и ОНТ-20 (Россия). Использование этого класса режущих минералокерамических материалов позволило расширить области эффективного использования керамического инструмента при обработке ряда теплостойких, среднеи сложнолегированных сталей в состоянии поставки.

Имеются сведения об использовании в составе смешанной керамики диборида титана фирмы «Теледин» («Teledyne», США) марка ТД-35. Начиная с 1985 г., компания Гриилиф («Green leaf.», США) выпускает режущие пластины марки WG 300 из оксида алюминия с упрочнением нитевидными кристаллами («усами») из карбида кремния. Аналогичные пластины выпускают фирма «Карболой» («Carboloy», США) — марка Сегшах 490 и фирма «Кеннаметал» (США) — марка Куон 2500. Основной областью применения этих материалов явилась обработка деталей из труднообрабатываемых никельсодержащих сплавов, где обеспечивается 10-кратное увеличение скорости резания по сравнению с твердым сплавом.

С повышением термостойкости смешанной минералокерамики появилась возможность расширения областей металлообработки за счет ее использования при фрезеровании сталей и чугуиов различной твердости. При этом качество обработанной поверхности позволяет отказаться от дальнейшей операции шлифования.

В России накоплен значительный опыт применения смешанной минералокерамики в точении и фрезеровании ковких.

высокопрочных, отбеленных, модифицированных чугунов, сталей, закаленных до 35 — 55 НЯСэ ^и 56 — 65 НЯС_Э (табл. 7.7 — 7.8.). Освоено производство оксидно-нитридной минералокерамики ОНТ-20 (кортинит), которая расширила области применения керамических инструментов, в частности, при обработке теплостойких автоматных, среднеи сложно легированных сталей, сплавов на основе меди (табл. 7.9).