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



 

Похожие патенты:
Группа изобретений относится к получению спеченного инструментального материала на основе оксида алюминия. Материал состоит из зерен оксида алюминия сферической формы размером от 0,01 до 0,4 мкм с тонкой пленкой никеля на поверхности каждого зерна толщиной 0,1÷0,4 от его размера.

Изобретение относится к шихте для получения пористого проницаемого каталитического материала методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), который может быть использован для изготовления каталитических фильтров нейтрализаторов отработанных газов двигателей внутреннего сгорания, фильтрующих элементов, пламегасителей и аэраторов.

Изобретение относится к шихте для получения пористого проницаемого каталитического материала методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), который может быть использован для изготовления каталитических фильтров нейтрализаторов отработанных газов двигателей внутреннего сгорания, фильтрующих элементов, пламегасителей и аэраторов.

Изобретение относится к шихте для получения пористого проницаемого каталитического материала методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), который может быть использован для изготовления каталитических фильтров нейтрализаторов отработанных газов двигателей внутреннего сгорания, фильтрующих элементов, пламегасителей и аэраторов.

Изобретение относится к шихте для получения пористого проницаемого каталитического материала методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), который может быть использован для изготовления каталитических фильтров нейтрализаторов отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, фильтрующих элементов, пламегасителей и аэраторов.
Изобретение относится к изготовлению градиентных керамических материалов на основе порошков оксидов металлов. Получают полидисперсный керамический порошок оксида металла или смеси порошков оксидов металлов посредством распыления водных растворов солей металла или смесей солей металлов в плазму высокочастотного разряда через щелевую форсунку переменного сечения от 0,1 до 100 мкм, затем к упомянутому порошку добавляют органическую связку, перемешивают формовочную смесь, заливают ее в форму, выдерживают формовочную смесь для расслоения ее по фракциям и спекают полученную заготовку с изотермической выдержкой.

Изобретение относится к области материаловедения, а именно к определению критической концентрации одной из фаз в многофазной системе. Способ определения концентрационного положения порога перколяции в наногранулированных композитных материалах с системой фаз металл-диэлектрик включает определение концентрации металлической фазы и определение электрического сопротивления композитных материалов до и после термообработки.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к керметным композициям для изготовления деталей, подвергающихся воздействию эрозии и коррозии при высокой температуре.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Порошки оксидных литий-вольфрамовых бронз получают при нагреве исходного состава, включающего оксид вольфрама (VI) и вольфрамат лития, до температур 570-600°C, выдерживании в течение 30 минут с последующим подъемом температуры до 650-700°C и выдерживании в течение 1 часа.
Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к составам шихты для получения пористого проницаемого каталитического методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, и может быть использовано для изготовления фильтрующих элементов.

Изобретение относится к области термохимической обработки изделий из алмазосодержащих материалов с использованием водной химической среды, а именно к способам финишной упрочняющей обработки готовых к эксплуатации режущих и абразивных алмазных инструментов на металлической, керамической и органической связке.

Изобретение относится к режущей пластине с покрытием и к способу ее изготовления. Режущая пластина с покрытием, содержащим износостойкий слой α-Al2O3, состоит из подложки и осажденного на нее покрытия, состоящего из одного или более слоев, включающих износостойкий слой α-Al2O3, осажденный методом химического осаждения из газовой фазы (CVD).

Изобретение относится к способу нанесения покрытия на заготовку (варианты). Выполняют покрытие, содержащее по меньшей мере один слой TixSi1-xN, где x≤0,85.

Изобретение относится к режущему инструменту с полученным химическим осаждением из паровой фазы (CVD) покрытием. Упомянутый режущий инструмент содержит подложку из цементированного карбида, или кермета, или керамики, или cBN и покрытие, которое содержит по меньшей мере один слой κ-Al2O3 толщиной 1-20 мкм, в котором полученная дифрагированным рентгеновским излучением χ-сканограмма распределения интенсивности по оси χ по углу сканирования от -80° до 80° по отражению от кристаллографической плоскости (0 0 6) упомянутого слоя κ-Al2O3 имеет наибольший пик интенсивности дифракции с центром 0° и полную ширину на половине максимума (FWHM), составляющую <25°.

Изобретение относится к снабженному покрытием режущему инструменту для осуществляемой с образованием стружки механической обработки металлов и может быть использовано для токарной обработки сталей.

Изобретение относится к сверхтвердым алмазным материалам с покрытием и может быть использовано в износостойких изделиях, армированных твердым сплавом и содержащих абразив инструментах.

Режущий инструмент содержит подложку и слой покрытия, сформированный на поверхности подложки. Слой покрытия содержит по меньшей мере один слой оксида алюминия α-типа.

Изобретение относится к способу и устройству синтеза сверхтвердого композитного покрытия TiN-Cu и может быть использовано для упрочнения рабочих кромок режущего инструмента.

Изобретение относится к способам нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке. Проводят вакуумно-плазменное нанесение износостойкого покрытия из нитрида титана, алюминия, кремния, хрома и ниобия при их соотношении, мас.

Изобретение относится к способам нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке. Проводят вакуумно-плазменное нанесение износостойкого покрытия из нитрида титана, алюминия, кремния, циркония и ниобия при их соотношении, мас.%: титан 57,25, алюминий 9,43, кремний 0,86, цирконий 23,34, ниобий 9,12.

Изобретение относится к получению прутковых заготовок для центробежного плазменного распыления из интерметаллидного сплава. В аттритор засыпают смесь порошков для получения интерметаллидного сплава, создают защитную среду, проводят механохимический синтез в высокоэнергичном режиме со скоростью вращения вала мешалки 20-600 мин-1 при одновременном охлаждении аттритора с обеспечением получения дисперсной микроструктуры сплава с размером зерен менее 10 мкм.

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.

Наверх