Способ получения керамической пластины для режущего инструмента
METHOD OF OBTAINING A CERAMIC PLATE FOR CUTTING TOOL

Изобретение относится к способу получения керамических пластин режущего инструмента для обработки резанием труднообрабатываемых материалов, в частности и для обработки труднообрабатываемых, жаропрочных и легированных сталей, например марки 12Х18Н10Т, 40X13, 14Х17Н2 и др.
2
3
2
3
Известен способ получения керамической пластины режущего инструмента для обработки резанием марки ВО-13, включающий прокаливание до температуры 1500-1550°С глинозема (включающего α-AlO и γ-AlO), его виброизмельчение в течение 1-2 часов до размера частиц 1-2 мкм, обогащение, сушку с получением оксида алюминия, и дальнейшее его смешивание с оксидом магния и диоксидом циркония при следующем соотношении масс. %:
оксид алюминия
99
оксид магния
0,5
диоксид циркония
0,5
пластификацию и холодное прессование при комнатной температуре 20°С с получением отпрессованных пластин, спеканию при температуре 1750°С и кратковременный отжиг с выдержкой в течении 5-10 минут в области температурного максимума полученных пластин, и механическую обработку полученной платины [Зарахов О.В., Балаев А.Ф. Токарные резцы. - Саратов: Саратовский государственный университет, 2008. С 12 и Жедь В.П., Боровский Г.В., Музыкант Я.А., Ипполитов Г.М. Режущие инструменты, оснащенные сверхтвердыми и керамическими материалами, и их применение: Справочник - М.: Машиностроение, 1987. - стр. 15-26].
Недостатком данного способа являются низкая стойкость керамических пластин, обусловленная ее низкими физико-механическими характеристиками, а именно прочностью при изгибе, твердостью, износостойкостью, и как следствие низкая продолжительность работы пластин.
2
3
2
3
Прототипом изобретения является способ получения керамической пластины режущего инструмента для обработки резанием марки ВОК-60, включающий прокаливание до температуры 1500-1550°С глинозема (включающего α-AlO и γ-AlO), его виброизмельчение в течение 1-2 часов до размера частиц 1-2 мкм, обогащение, сушку с получением оксида алюминия, и дальнейшее его смешивание с карбидом титана при следующем соотношении мас.%:
оксид алюминия
60
карбид титана
40,
пластификацию и горячее прессование при температуре 1200-1250°С с получением отпрессованных пластин, спекание при температуре 1750°С и кратковременный отжиг с выдержкой в течении 5-10 минут в области температурного максимума полученных пластин, и их механическую обработку [Зарахов О.В., Балаев А.Ф. Токарные резцы. - Саратов: Саратовский государственный университет, 2008. С 12 и Жедь В.П., Боровский Г.В., Музыкант Я.А., Ипполитов Г.М. Режущие инструменты, оснащенные сверхтвердыми и керамическими материалами, и их применение: Справочник - М.: Машиностроение, 1987. - стр. 15-26].
Недостатком данного способа являются низкая стойкость керамических пластин, обусловленная ее низкими физико-механическими характеристиками, а именно прочностью при изгибе, твердостью, износостойкостью, и как следствие низкая продолжительность работы пластин.
Задачей изобретения является усовершенствование способа получения керамических пластин для режущего инструмента с высокими физико-механическими характеристиками.
Техническим результатом является повышение стойкости керамических пластин для режущего инструмента при обработке труднообрабатываемых материалов.
2
3
2
3
2
3
Технический результат достигается тем, что способ получения керамической пластины режущего инструмента для обработки резанием включает прокаливание глинозема (включающего α-AlO и γ-AlO), его виброизмельчение, обогащение, сушку с получением оксида алюминия модификации α-AlO, его смешивание с легирующими компонентами, пластификацию и горячее прессование с получением отпрессованной пластины, спекание и кратковременный отжиг с выдержкой в течении 5-10 минут в области температурного максимума полученной пластины, и ее механическую обработку, при этом в качестве легирующих компонентов используют карбид титана, оксид хрома, никель, молибден, взятые при следующем соотношении компонентов, мас.%:
оксид алюминия
58-60
карбид титана
30-32
оксид хрома
5-7
никель
2-3
молибден
1-2.
Добавление легирующих элементов, взятых в указанном количестве, способствует повышению физико-механических характеристик получаемых керамических пластин. Так добавление карбида титана (TiC) позволяет повысить прочностные свойства оксидной керамики: прочность на изгиб, износостойкость.
В ходе обработки резанием происходит постоянный нагрев режущей кромки инструмента, что приводит к снижению стойкости материалов ко всем видам износа, и преждевременному выходу из строя режущего инструмента. Применение смазочно-охлаждающей жидкости не решает полностью данную проблему, а в ряде случаев существует необходимость в обработке резанием без применения смазочно-охлаждающей жидкости. В связи с этим добавление оксида хрома (CrO) позволяет повысить температурную износостойкость и работоспособность пластины, что является важным критерием для металлорежущего инструмента.
3
Существует прямая зависимость между твердостью материала и износостойкостью, так чем выше твердость, тем выше стойкость материала ко всем видам износа. Таким образом повысив твердость пластин удается повысить стойкость к износу и как следствие срок эксплуатации. В результате резания пластина работает на сложный вид нагрузки, включающий и изгиб. Многие материалы, имеющие высокую твердость, как правило, хрупкие и не имеют предела текучести и плохо работают на изгиб. Зачастую пластины выходят из строя в результате резкого временного повышение нагрузки, так как все обрабатываемые материалы неоднородны и могут включать участки (зернистая структура) с отличающимися физико-механическими свойствами от всего материала, из которого изготовлена обрабатываемая заготовка. В результате чего платины скалываются и преждевременно выходят из строя. Поэтому предел прочности на изгиб и предел текучести являются важными характеристиками, отражающимися на работоспособности пластин режущего инструмента, которые также могут ограничивать технологов в подборе режимов резания для обработки заготовки. Добавление никеля и молибдена позволило повысить предел текучести, прочность на изгиб и твердость пластин, так как данные компоненты, образовывая соединение NiMo, являются связующими элементами между карбидными и оксидными фазами повышающие физико-механические характеристики получаемой керамической пластины.
2
3
2
3
2
3
2
3
2
3
Керамические пластины для режущего инструмента изготавливают следующим способом. Глинозем прокаливают до 1500-1550°С и подвергают тонкому виброизмельчению в течении 1-2 ч., до получения частиц размером 1 мкм (до 90% основной массы) при максимальном размере частиц 1,5 мкм. и до полного перехода γ-AlO в α-AlO. Полученный оксид алюминия модификации α-AlO обогащают и сушат. Затем сухой порошок оксида алюминия модификации α-AlO смешивают с легирующими компонентами, в качестве которых используют карбид титана TiC, оксид хрома CrO, никель Ni и молибден Мо. После чего полученную смесь подвергают пластификации и горячему прессованию при температуре 1200-1250°С с получением отпрессованной пластины. Затем отпрессованную пластину подвергают спеканию при температуре 1750°С и кратковременному отжигу с выдержкой в течении 5-10 минут в области температурного максимума, после чего выполняют механическую обработку заготовок пластин состава 2CrAlO+TiC+NiMo.
Пример 1.
2
3
2
3
2
3
2
3
Керамические пластины для режущего инструмента изготавливают следующим способом. Глинозем прокаливают до 1500°С и подвергают тонкому виброизмельчению в течение 2 ч., до получения частиц размером 1 мкм (до 90% основной массы) при максимальном размере частиц 1,5 мкм. и до полного перехода γ-AlO в α-AlO. Полученный оксид алюминия модификации α-AlO обогащают и сушат, Затем сухой порошок оксида алюминия модификации α-AlO смешивают с легирующими компонентами, в качестве легирующих компонентов используют карбид титана, оксид хрома, никель, молибден, взятые при следующем соотношении компонентов, масс. %:
оксид алюминия
60
карбид титана
32
оксид хрома
5
никель
2
молибден
1.
2
3
После чего полученную смесь подвергают пластификации и горячему прессованию при температуре 1250°С с получением отпрессованной пластины. Затем отпрессованную пластину подвергают спеканию при температуре 1750°С и кратковременному отжигу с выдержкой в течении 10 минут в области температурного максимума, после чего выполняют механическую обработку заготовок пластин состава 2CrAlO+TiC+NiMo.
Пример 2.
2
3
2
3
2
3
2
3
Керамические пластины для режущего инструмента изготавливают следующим способом. Глинозем прокаливают до 1550°С и подвергают тонкому виброизмельчению в течение 1 ч., до получения частиц размером 1,5 мкм (до 90% основной массы) при максимальном размере частиц 1,5 мкм. и до полного перехода γ-AlO в α-AlO. Полученный оксид алюминия модификации α-AlO обогащают и сушат, Затем сухой порошок оксида алюминия модификации α-AlO смешивают с легирующими компонентами, в качестве легирующих компонентов используют карбид титана, оксид хрома, никель, молибден, взятые при следующем соотношении компонентов, масс. %:
оксид алюминия
58
карбид титана
30
оксид хрома
7
никель
3
молибден
2.
2
3
После чего полученную смесь подвергают пластификации и горячему прессованию при температуре 1200°С с получением отпрессованной пластины. Затем отпрессованную пластину подвергают спеканию при температуре 1750°С и кратковременному отжигу с выдержкой в течении 5 минут в области температурного максимума, после чего выполняют механическую обработку заготовок пластин состава 2CrAlO+TiC+NiMo.
Пример 3.
2
3
2
3
2
3
2
3
Керамические пластины для режущего инструмента изготавливают следующим способом. Глинозем прокаливают до 1525°С и подвергают тонкому виброизмельчению в течение 1,5 ч., до получения частиц размером 1,2 мкм (до 90% основной массы) при максимальном размере частиц 1,5 мкм. и до полного перехода γ-AlO в α-AlO. Полученный оксид алюминия модификации α-AlO обогащают и сушат, Затем сухой порошок оксида алюминия модификации α-AlO смешивают с легирующими компонентами, в качестве легирующих компонентов используют карбид титана, оксид хрома, никель, молибден, взятые при следующем соотношении компонентов, масс. %:
оксид алюминия
59
карбид титана
31
оксид хрома
6
никель
2,5
молибден
1,5.
2
3
После чего полученную смесь подвергают пластификации и горячему прессованию при температуре 1225°С с получением отпрессованной пластины. Затем отпрессованную пластину подвергают спеканию при температуре 1750°С и кратковременному отжигу с выдержкой в течении 7 минут в области температурного максимума, после чего выполняют механическую обработку заготовок пластин состава 2CrAlO+TiC+NiMo.
Анализ данных представленных в таблице, позволяет сделать вывод о том, что керамические пластины, изготовленные по заявляемому способу, характеризуются более высокими физико-механическими характеристиками, по сравнению с пластинами, изготовленными по известным способам.
Таким образом, совокупность заявляемых признаков позволяет достичь поставленный технический результат.