Способ получения керамической пластины для режущего инструмента

Изобретение относится к способу получения керамических пластин режущего инструмента для обработки резанием труднообрабатываемых материалов, таких как жаропрочные и легированные стали. Способ включает прокаливание глинозема, его виброизмельчение, обогащение, сушку с получением оксида алюминия модификации α-Аl₂O₃. Полученный оксид алюминия смешивают с легирующими компонентами при следующем соотношении компонентов, мас.%: оксид алюминия 58-60, карбид титана 30-32, оксид хрома 5-7, никель 2-3, молибден 1-2. Далее осуществляют пластификацию и горячее прессование с получением отпрессованной пластины, спекание и отжиг с выдержкой 5-10 мин в области температурного максимума полученной пластины и ее механическую обработку. Изобретение обеспечивает повышение стойкости полученных керамических пластин при обработке труднообрабатываемых материалов до 35-40 мин, твердость и прочность при изгибе до 990 МПа. 1 табл., 3 пр.

 

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.

Известен способ получения керамической пластины режущего инструмента для обработки резанием марки ВО-13, включающий прокаливание до температуры 1500-1550°С глинозема (включающего α-Al₂O₃ и γ-Al₂O₃), 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.

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-Al₂O₃ и γ-Al₂O₃), 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.

Технический результат достигается тем, что способ получения керамической пластины режущего инструмента для обработки резанием включает прокаливание глинозема (включающего α-Al₂O₃ и γ-Al₂O₃), его виброизмельчение, обогащение, сушку с получением оксида алюминия модификации α-Al₂O₃, 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.

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 Ni₃Mo, являются связующими элементами между карбидными и оксидными фазами повышающие физико-механические характеристики получаемой керамической пластины.

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-Al₂O₃ в α-Al₂O₃. Полученный оксид алюминия модификации α-Al₂O₃ обогащают и сушат. Затем сухой порошок оксида алюминия модификации α-Al₂O₃ 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 2CrAlO₂+TiC+Ni₃Mo.

Пример 1.

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-Al₂O₃ в α-Al₂O₃. Полученный оксид алюминия модификации α-Al₂O₃ обогащают и сушат, Затем сухой порошок оксида алюминия модификации α-Al₂O₃ 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.

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 2CrAlO₂+TiC+Ni₃Mo.

Пример 2.

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-Al₂O₃ в α-Al₂O₃. Полученный оксид алюминия модификации α-Al₂O₃ обогащают и сушат, Затем сухой порошок оксида алюминия модификации α-Al₂O₃ 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.

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 2CrAlO₂+TiC+Ni₃Mo.

Пример 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-Al₂O₃ в α-Al₂O₃. Полученный оксид алюминия модификации α-Al₂O₃ обогащают и сушат, Затем сухой порошок оксида алюминия модификации α-Al₂O₃ 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.

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 2CrAlO₂+TiC+Ni₃Mo.

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.

Способ получения керамической пластины режущего инструмента для обработки резанием, включающий прокаливание глинозема, его виброизмельчение, обогащение, сушку с получением оксида алюминия модификации α-Al₂O₃, его смешивание с легирующими компонентами, пластификацию и горячее прессование с получением отпрессованной пластины, спекание и кратковременный отжиг с выдержкой в течение 5-10 мин в области температурного максимума полученной пластины и ее механическую обработку, отличающийся тем, что 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