Тема урока: Минералокерамические материалы, их состав, свойства, применение. Маркировки.

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 R_a=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 R_a=0,63…0,1 мкм и точность до 6…4 квалитетов.

При обработке чугуна можно получить при такой же высокой точности шероховатость обработанной поверхности R_a=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?