Режущая керамика

Промышленность страны выпускает несколько групп режущей керамики: оксидную (белая керамика) на основе А!₂О₃ (Евростандарт - A1-pure ceramic), оксиднокарбидную (черная керамика) на основе композиции AI₂O₃-TiC (Ев­ростандарт - A₂-mixed ceramic), оксиднонитридную (кортинит) на основе А!₂О₃ -TIN и нитридную керамику на основе Si₃N₄ (Евростандарт - B-reinforced ceramic).

Основной особенностью режущей керамики является отсутствие связующей фазы, что значительно снижает степень ее разупрочнения при нагреве в про­цессе изнашивания, повышает пластическую прочность, что и предопределяет возможность применения высоких скоростей резания, намного превосходящих скорости резания инструментом из твердого сплава. Если предельный уровень скоростей резания для твердосплавного инструмента при точении сталей с тонкими срезами и малыми критериями затупления составляет 500-600 м/мин, то для инструмента, оснащенного режущей керамикой, этот уровень увеличи­вается до 900-1000 м/мин.

Составы основных типов режущей керамики и некоторые физико-механические свойства представлены в табл. 1.15.

Отсутствие связующей фазы оказывает и отрицательное влияние на экс­плуатационные свойства керамического инструмента. В частности, снижаются хрупкая прочность, ударная вязкость, трещиностойкость. Это оказывает силь­ное влияние на характер изнашивания керамического инструмента.

Например, низкая трещиностойкость сплава является причиной форми­рования фронта трещин, которые из-за отсутствия пластической связую­щей фазы не встречают барьеров, способных затормозить или остановить их развитие.

Таблица 1.15 Состав, свойства и области применения керамики

Указанное является главной причиной микро- или макровыкрашиваний кон­тактных площадок инструмента уже на стадиях приработочного или начального этапа установившегося изнашивания, приводящего к отказам из-за хрупкого разрушения инструмента. Отмеченный механизм изнашивания керамического режущего инструмента является превалирующим, причем фактически не зави­сит от скорости резания, так как температурный фактор не оказывает заметно­го влияния на трансформацию механизма изнашивания, и в значительной сте­пени определяет область применения керамического инструмента (см. табл. 1.15.).

В настоящее время керамический инструмент рекомендуют для чистовой обработки серых, ковких, высокопрочных и отбеленных чугунов, низко- и вы­соколегированных сталей, в том числе улучшенных, термообработанных (HRC₃ до 55…60), цветных сплавов, конструкционных полимерных материалов (К01…К05, Р01…Р05). В указанных условиях инструмент, оснащенный пласти­нами из режущей керамики, заметно превосходит по работоспособности твер­досплавный инструмент.

Применение керамического инструмента при обработке с повышенными значениями сечений среза (t x S), при прерывистом резании резко снижает его эффективность вследствие высокой вероятности внезапного отказа из-за хрупкого разрушения режущей части инструмента. Во многом это объясняет сравнительно низкий объем используемого в промышленности страны керамического инструмента (до 0,5% от общего объема режущего инструмента), для развитых стран Запада этот объем составляет от 2 до 5 %.

В этой связи в РФ и ряде зарубежных стран уделяется большое внима­ние повышению прочностных показателей керамического инструмента.

Данные, приведенные на рис. 1.6, свидетельствуют об убедительном прог­рессе в решении проблемы совершенствования свойств режущей керамики.

Рис. 1.6. Связь основных физико-механических и эксплуатационных свойств режущей керамики в зависимости от года выпуска: 1 - коэффициент К_1c, характеризующий вязкость разрушения керамики; 2 -предел прочности при изгибе; 3 - допустимая (предельно) скорость резания при точении чугуна НВ (1500-2000 МПа)

В частности, тот факт, что за последнее время появился новый класс инст­рументальных материалов, которые отнесены к группе режущей керамики, с повышенными показателями по прочности, вязкости, трещиностойкости (нит-ридокремниевая, армированная керамики), позволяют уверенно говорить о заметном расширении области применения керамики. По оценке специалистов в области разработки и эксплуатации керамического инструмента, использование новых типов режущей керамики повышенной прочности позво­лит получить технико-экономический эффект, сопоставимый с эффектом полу­ченным от применения твердосплавного инструмента. В связи с этим далее проанализированы основные тенденции совершенствования керамических инструментальных материалов.

В настоящее время для производства режущей керамики в основном используют оксиды алюминия и нитрид кремния, которые являются основой одно- или многокомпонентных систем. Представителем однокомпонентного материала является оксидная белая керамика. Белая керамика имеет высокую твердость, теплостойкость и износостойкость, однако ее отличают низкие прочность, теплопроводность, трещиностойкость, сравнительно большое значение коэффициента термического расширения (см. табл. 1.15). Добавле­ние в оксидную керамику оксидов циркония, карбидов титана и армирование ее «нитевидными» кристаллами SiC существенно улучшает ее свойства (табл. 1.16).

Таблица 1.16

Дата добавления: 2014-01-20