10 = -Va, (1.1)

Оксидная керамика ВО-13 представляет собой материал на основе оксида алюминия с незначительными добавками оксида магния и относится к группе 1 керамических материалов (см. табл. 1.4). Ее изготовляют методами порошковой металлургии, холодным прессованием с последующим спеканием. Средний размер зерна ВО-13 до 4 мкм. Отечественная промышленность освоила выпуск керамики ВО-13 в виде шлифованных сменных многогранных пластин по ТУ 19-4203-125-81. Резцы с пластинами из керамики ВО-13 широко применяют при точении нетермообработанных сырых сталей, серых чугунов. Эффективность применения этой керамики определяется ее относительно невысокой стоимостью по сравнению со стоимостью оксидно-карбидной керамики.

Исходным материалом для получения оксидно-нитридной керамики кортинит (ОНТ 20) является глинозем ГЛМК по ТУ 48-5-200-79 и нитрид титана по ТУ 88-021-82 (см. табл. 1.4).

Силинит-Р входит в группу 111 (см. табл. 1.4) керамики на основе соединений нитрида кремния с карбидами и оксидом алюминия.

Особенности силинита-Р определяются специфическими свойствами кристаллической структуры нитрида кремния (51зК4) и ковалентным типом связи между атомами. Именно наличие жестких направленных связей между атомами азота и кремния в решетке обусловливает высокую твердость, малый коэффициент линейного расширения, стабильность физико-механических свойств в широком диапазоне изменения температуры. По этой же причине в силините-Р заторможена диффузия, что обусловливает его высокую стойкость в условиях адгезионного и диффузионного изнашивания. Силинит-Р имеет повышенную по сравнению с другими разновидностями оксидной керамики энергию разрушения или связанную с этой энергией трещиностойкость (коэффициент Ки 4,5 МПа.м1/2).

Коэффициент Kic определяли методом трехточечного изгиба с надрезом. Образцы силинита-Р изготовляли на прессе ПА 803 горячего прессования прямого нагрева в многоместной графито-юй матрице, рассчитанной на одновременное получение четырех прямоугольных штабиков (образцов) размером 5x5x35 мм. Температуру контролировали с помощью оптического пирометра ОППИР-017. Полученные образцы шлифовали алмазными кругами зернистостью 60/40 и затем делали надрез толщиной 0,2 мм и глубиной 2 мм.

Коэффициент Ки рассчитывали по формуле

где If - геометрический фактор, характеризующий отношение величины излома к площади сечения образца; F - разрушающая сила; / - расстояние между опорами; Ь - ширина образца, мм; to - высота образца, мм; а - глубина назреза на образце. Для i/tt) = 4 получаем

01,= 1,93-3.07-5,+ 14.53()-25,11 ()Ч25.8(-)4.

(1.2)

Изготовление керамики на основе нитрида кремния не требует применения дефицитных материалов, а также уникального или нестандартного технологического оборудования. В качестве основного исходного сырья используют порошок нитрида кремния Р-модификации со средним размером частиц 0,6-1,2 мкм, производимый серийно Б промышленных условиях. Горячее прессование выполняют в многоместных графитовых матрицах, позюляющих одновременно спекать до 50 заготовок в зависимости от размера пластин.

Изготовление пластин начинают с размола компонентов смеси и приготовления шихты. Затем выполняют смешивание компонентов, мокрый размол приготовленной шихты, сушку, дозирование и горячее прессование. Закончив прессование, разбирают пресс-форму, вынимают спрессованные заготовки и передают их на механическую обработку.

Качество и стабильность режущих пластин в значительной степени определяются следующими факторами: содержанием карбида титана и оксида алюминия в исходной шихте, временем размола смеси, температурой и временем выдержки при горячем прессовании, давлением прессования.

Для определения режущих свойств керамики провели сравнительные испытания при точении стали ХВГ (HRC 60-62) по режиму: и = 50 м/мин; t = 0,25 мм; S = 0,075 мм/об. Геометрические параметры режущей части резцов: ф = 45°; ф1 = 15°; а - = 1 = 7° и ly = -15°. Испытывали керамику обычного и оптимального состава. Стойкость резцов составляла Тъ - 60 мин и Гопт = 105 мин.

Ниже приведены значения составляющей силы резания Ру для тех же материалов в зависимости от продолжительности точенияз

Время точения т, мин ........ 20 40 60 80 100

Составляющая силы резания Ру, Н, для

керамики состава:

обычного........... .280 385 400 - -

оптимального .......... 150 235 295 370 387

Анализ результатов показывает, что увеличение коэффициента /((с приводит к уменьшению Ру и интенсивности изнашивания в начальный период. Это свидетельствует о повышении прочности и более длительном сохранении остроты режущих кромок.

1.3. Области применения режущих инструментов из СТМ и керамики

Области применения композита разных марок определяются размерами и физико-механическими характеристиками поликристаллов.

Композит 01 и композит 02 - поликристаллы из кубического нитрида бора (КНБ) с минимальным количеством примесей - применяют для тонкого и чистового точения, преимущественно без удара, и торцового фрезерования закаленных сталей и чугунов любой твердости, твердых сплавов (Со 5= 15 %) с глубиной резания 0,05-0,5 мм (максимально допустимая глубина резания 1,0 мм).

Композит 05 - поликристаллы, спеченные из зерен КНБ со связкой, - применяют для предварительного и окончательного точения без удара закаленных сталей (HRCg < 60) и чугунов любой твердости с глубиной резания 0,05-3,0 мм, а также для торцового фрезерования заготовок из чугуна любой твердости, в том числе по корке, с глубиной резания 0,05-6,0 мм.

Композит 10 и двухслойные пластины из композита 10Д (композит 10 на подложке из твердого сплава) - поликристаллы на основе вюрцитоподобного нитрида бора (ВНБ) - применяют для предварительного и окончательного точения с ударом и без удара и торцового фрезерования сталей и чугунов любой твердости, твердых сплавов (Со 15 %) с глубиной резания 0,05-3,0 мм, прерывистого точения (наличие на обрабатываемой поверхности отверстий, пазов, инородных включений).

Инструмент, оснащенный поликристаллическими алмазами (ОКА), предназначен для чистовой обработки цветных металлов и сплавов, неметаллических материалов вместо твердосплавного инструмента.

Таким образом, инструменты из СТМ на основе нитрида бора и алмаза имеют свои области применения и практически не конкурируют друг с другом.

Области применения керамики и СТМ на основе нитрида бора в значительной степени перекрываются.

Резцы с пластинами или вставками из композита 01 обладают способностью самозатачиваться при изнашивании, т. е. сохранять радиус скругления режущей кромки почти неизменным в пределах р = 20 ... 50 мкм в течение всего периода стойкости.

Это способствует уменьшению шероховатости обработанной поверхности и, как следствие, повышает стойкость резцов по технологическому критерию при чистовой обработке. Резцы с пластинами из керамики такой способностью не обладают - кромка у них скругляется значительно интенсивнее и больше.