Урок-21-22 гр. ЭГС-20-1 28.10.2020
Задание: Рассмотреть материал лекции. Выполнить домашнее задание.
Обратная связь: домашнее задание отправлять на страницу в контакте при отсутствии интернета связь в телефонном режиме.
Тема урока: Минералокерамические материалы, их состав, свойства, применение. Маркировки.
Цель: Изучить минералокерамические материалы, их состав, свойства, применение. Знать их маркировки.
Литература:
1. Горбунов Б.И. Обработка металлов резанием. – М.: Машиностроение, 1981.
2. Технология конструкционных материалов / А. М. Дальский, И. А. Арутюнова, Т. М. Барсукова и др. Под общ. ред. А. М. Дальского. М.: Машиностроение, 1985.—448 с., ил. с.446…470.
Домашнее задание: законспектировать материал, ответить на вопросы.
Ход урока.
Минералокерамическим называют материал, полученный путем обработки порошкообразных минералов или их смесей с другими веществами и последующего обжига отформованного полуфабриката. Минералокерамические режущие пластины изготавливаются методами порошковой металлургии из исходного сырья дисперсностью 1...2 мкм.
Инструментальная промышленность выпускает минералокерамический инструмент, оснащенный многогранными (трех -, четырех -, пяти -, и шести-гранными) неперетачиваемыми пластинами.
Совраменная минералокерамика подразделяется на четыре группы:
- оксидная;
- оксидно-карбидная;
- оксидно-нитридная;
- нитридно-кремниевая.
1.1. Оксидная минерапокерамика
1.1. Оксидная минералокерамика изготавливается из технического глинозема (А12О3) - полупродукта алюминиевой промышленности, получаемого химическим путем из естественных глиноземных пород (бокситов). Имеет твердость HRA 92...95, микротвердость до 32000 МПа, теплостойкость 12OO°C, предел прочности на сжатие 5000 МПа.
Недостатком оксидной минералокерамики является ее низкая изгибная прочность, предел прочности на изгиб 450 МПа.
Основными марками оксидной минералокерамики является традиционная марка ЦМ-332 (цементный материал, литер 332), новые марки ВО-13, ВО-14,ВШ-75идр.
Особенно эффективно применение минералокерамики при точении термически необработанных сталей при скорости резании V=100 м/мин и выше. При этом обеспечивается шероховатость обработанной поверхности до Ra=0,63… 0.40 мкм.
1.2. Минералокерамика оксидно-карбидная
Научный поиск, направленный на совершенствование дешевого мине-ралокерамического режущего материала, привел к созданию оксидно- карбидной минерапокерамики (марки ВЗ, ВОК-60. ВОК-63 и др.), имеющий предел прочности на изгиб до 700 МПа. При этом оксидно-карбидная минералокерамика сохраняет высокую твердость, теплостойкость, износостойкость и прочность на сжатие, присущие оксидной минералокерамике
В состав оксидно-карбидной минералокерамики входят окись алюминия и карбиды тугоплавких металлов (минералокерамика ВОК-60 содержит 60% окиси алюминия AI2O3 и 40% карбида титана TiC).
Отличительной чертой оксидно-карбидной минералокерамики является её способность работать в условиях прерывистого резания с ударными нагрузками например, при обработке плоских поверхностей торцевыми фреза
ми. Стойкость торцовых фрез, оснащенных оксидно-карбидной минералоке-рамикой значительно выше стойкости фрез, оснащенных твердым сплавом.
1.3 Нитридно-кремниевая минералокерамика (НКК)
Ппредставлена маркой силинит-Р. НКК (как инстpyментальный материал) обладает следующими отличительными свойствами по сравнению с другими видами режущей керамики:
- высокая плотность;
- высокое значение вязкости;
- высокая термопрочность;
- малый коэффициент линейного расширения.
Эти характеристики дают хорошие предпосылки данного инструмен-
тального материала для использования его как альтернативного твердому сплаву. Плотность НКК (силинит-Р) находится в пределах 3,2...3,4 г/см3, прочность на изгиб 500...700 МПа, прочность на сжатие 2500 МПа, микротвердость-32000 МПа.
Основу силинита Р составляет нитрид кремния Si3N4 с небольшим коли-чеством добавок карбидов и окислов.
Опыт применения НКК Кіоn-2000 показывает, что инструмент, оснащенный данной керамикой, способен работать при точении чугуна (НВ147) на скоростях резания до V=500 м/мин при t =2,5 мм и подачах, превышающих значения S>1,3 мм/об.
По предельным значениям используемых подач при резании пластинами Kion-2000 вполне сопоставим с твердосплавным инструментом при возможности повышения скорости резания в 2...3 раза.
Инструмент, оснащенный мииералокерамикой, позволяет заменить операции шлифования токарной обработкой, причем качество обработанной поверхности не снижается и в большинстве случаев повышает эксплуатационные свойства деталей. Применение минералокерамики позволяет, наряду со значительным снижением трудоемкости, технологическим методом повысить долговечность работы деталей.
Минералокерамическим режущий инструмент получил значительное применение в машиностроительных отраслях промышленности. Данный инструмент также можно широко использовать в практике лезвийной обработки восстановленных напеканием автоматической наплавкой поверхностей деталей машин при выполнении чистовых операций взамен операции шлифования.
Увеличение номенклатуры деталей, обработанных инструментом, оснащенным минералокерамикой, является одной из важных задач при решении вопроса повышения качества и снижения трудоемкости обработки
2. Сверхтвердые материалы (СТМ) на основе нитрида бора
Одним из наиболее эффективных направлений совершенствования технологии в современной металлообработке является внедрение и широкое применение инструмента из СТМ на основе нитрида бора. Эффективное применение СТМ достигается в том случае, когда четко соблюдаются рекомендуемые режимы резания и правила по использованию СОЖ, что связано с физико-механическими характеристиками данного режущего материала. Одной их важных характеристик композитов является возможность работы с ударом и без удара, на что необходимо обращать особое внимание.
СТМ выпускаемые в странах СНГ и в дальнем зарубежье, в зависимости от основного процесса, протекающего при получении и определяющего свойства СТМ на основе нитрида бора, можно разделить на три вида:
1. СТМ, синтез, которого основан на фазовом превращении графитоподобного нитрида бора в кубический нитрид бора BN. Из материалов этой группы в странах СНГ производят: - композит 01 - эльбор РМ, - композит 02- белбор.
2. СТМ, получение которых основано на частичном или полном превращении вюрцитного нитриида бора в кубический. В СНГ из материалов этой группы производят: - однослойный композит 10 и двухслойный композит 10Д (гексанит P), - модификация композита 09 (НТНБ, ПТНБ-ИК).
3. СТМ поручение которых основано на методах порошковой металлургии, спеканием частиц кубического нитрида бора BN. По этой технологии получают следующие модификации: композит 05, киборит, ниборит.
2.1 Эпьбор-Р
Микро тверд ость эльбора, определяющая его режущую способность, близка кмикротвердости алмаза и составляет 70000...90000 МПа, что обеспечивает высокую размерную стойкость инструмента. Теплостойкость эльбора1400…1500 0С - наивысшая среди всех известных режущих материалов для лезвийных инструментов. Важнейшим свойством эльбора является его способность противостоять циклическому воздействию высоких температур. При нагревании до температуры 1000°С на поверхности его кристаллов образуется тонкая защитная пленка, предохраняющая его от дальнейшего окисления.
Химическая стойкость эльбора-Р, определяющая в известной степени его износ при резании, также весьма высока. Эльбор нерастворим в концентрированных и разбавленных кислотах и щелочах, не разлагается в растворах щелочных металлов.
Эльбор-Р в отличие от алмаза инертен к железу, что способствует снижению его диффузивного и адгезионного износа. Этим он выгодно отличается от алмаза.
Предел прочности на изгиб эльбора - 700 МПа, что выше предела прочности на изгиб алмаза. Масса эльбора измеряется, как и масса алмаза, в каратах. Плотность эльбора 3,44…3,49 г/см3.
Точение закаленных сталей резцами из эльбора обеспечивает шероховатость обработанной поверхности Ra=0,63…0,1 мкм и точность до 6…4 квалитетов.
При обработке чугуна можно получить при такой же высокой точности шероховатость обработанной поверхности Ra=1,25…0,4 мкм
По режущим свойствам и износостойкости резцы из эльбора-Р в 5 6 раз превосходят резцы из твердого сплава при обработке закаленных сталей (HRC3 58…65) и чугунов (НВ 200). В связи с этим лезвийный инструмент из эльбора, несомненно, перспективен и находит все большее применение при окончательной обработке деталей из закаленных сталей и высокопрочных чугунов вместо шлифования.
Основной торговой маркой эльбора, используемого для оснащения резцов, фрез и другого лезвийного инструмента, является композит 01 (эльбор -Р) и композит 05.
Композит 01 (эльбор-Р) предназначен дпя чистовой обработки (без удара) закаленных сталей с наибольшей твердостью HRC3 67 и высокопрочных чугунов
Резцы из эльбора-Р рекомендуются применять на следующих операциях:
1) обтачивание валиков из закаленной стали и высокотвердых чугунов взамен шлифования;
2) растачивание отверстий в деталях из закаленной стали и высокотвердых чугунов взамен шлифования,
3)прецизионная обработка деталей из незакаленных сталей взамен точения твердосплавными резцами и шлифования;
4)обработка деталей из труднообрабатываемых материалов
Композит 05 применяется для получистовой и чистовой обработки (без удара) чугунов (заготовки композита 05 выпускаются в виде цилиндров диаметром 8 мм, что позволяет снимать большие припуски) и не рекомендуется для обработки сталей.
2.2 Гексанит
Институтом проблем материаловедения АН УССР были созданы поликристаллические сверхтвердые материалы на основе вюрцитного нитрида бора, получившие наименование гексанут-Р и гексанит-А и используемые соответственно для лезвийного и шлифовального инструмента.
Использование ударных волн для осуществления фазового превращении в графитолодобном нитриде бора приводит к сильному измельчению получаемого материала (размер частиц основной фракции менее 1 мкм) и вносит большие искажения в структуру кристаллической решетки. Эти особенности вюрцитного нитрида бора обеспечивают возможность спекания его в поликристалический СТМ при более низких давлениях, чем применяемые для получения эпьбора-Р, имеющего структуру кубического нитрида бора.Последнее обстоятельство позволило получать в серийном производстве поликристаллы гексанита—Р диаметром до 6…8 мм на стандартном прессовом оборудовании.Поликристаллы гексанита-Р и гексанита-А отличаются высокой микротвердостью 40000...70000 МПа, и сравнительно высокой теплостойкостью - до 9000С, а также сильно выраженными пластическими свойствами. Они имеют предел прочности на изгиб 1300 МПа. Основной отличительный признак поликристаллов гексанита-Р - способность работать при сильных ударных нагрузках за счет двухслойности.Гексанит-Р (торговая марка композит 10Д) применяется для получистовой и чистовой обработки прерывистых поверхностей деталей из закаленных сталей твердостью до HRC3 60 и чугунов.
Гексанит-Р можно применять и при чистовой обработке деталей высокой тердости и разнотвердости, восстанавливаемых напеканием или наплавкой при ремонте сельскохозяйственной техники.
Минералокерамические материалы для изготовления режущих инструментов стали применять с 50-х годов. В СССР был создан минералокерамический материал марки ЦМ-332, состоящий в основном из оксида алюминия А12О3 с небольшой добавкой (0,5–1,0%) оксида магния МgО. Оксид магния препятствует росту кристаллов во время спекания и является хорошим связующим средством.
Минералокерамические материалы изготовляются в форме пластинок и присоединяются к корпусам инструментов механическим путем, приклеиванием или припаиванием.
Минералокерамика ЦМ-332 обладает высокой твердостью, ее красностойкость достигает 1200°С. Однако она отличается низкой прочностью при изгибе (350-400 МН/м2) и большой хрупкостью, что приводит к частым выкрашиваниям и поломкам пластинок при работе.
Существенным недостатком минералокерамики является ее крайне низкое сопротивление циклическому изменению температуры. Вследствие этого даже при небольшом числе перерывов в работе на контактных поверхностях инструмента появляются микротрещины, которые приводят к его разрушению даже при небольших усилиях резания. Это обстоятельство ограничивает практическое применение минералокерамического инструмента.
Минералокерамика успешно может применяться для чистового обтачивания чугуна, сталей, неметаллических материалов и цветных металлов с большими скоростями и ограниченным числом перерывов в работе.
Минералокерамику марки ВШ наиболее эффективно применять для чистового точения углеродистых и малолегированных сталей, а также чугунов с твердостью НВ≤260. При прерывистом точении керамика марки ВШ дает неудовлетворительные результаты. В этом случае целесообразно использовать керамику марки ВЗ.
Минералокерамику марок ВОК-60, ВОК-63 используются при фрезеровании закаленной стали и высокопрочных чугунов.
Новым инструментальным материалом, созданным на основе нитрида кремния, является силинит-Р. Он используется при чистовом точении сталей, чугуна, алюминиевых сплавов.
Контрольные вопросы:
1. Какими характеристиками обладают режущие инструменты из оксидной минералокерамики?
2. Какими характеристиками обладают режущие инструменты из оксидно-карбидной минералокерамики?
3. Какими характеристиками обладают режущие инструменты из оксидно-нитридной минералокерамики?
4. Какими характеристиками обладают режущие инструменты из СТМ на основе кубического нитрида бора?
6. Область применения минералокерамики?