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Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Schneidwerkstoffe und betrifft insbesondere einen keramischen Schneidwerkstoff.
Bekannt ist ein schneidkeramischer Werkstoff, der 40 bis 95% a-Al2 03 und 5 bis 60% Cor203 (GB-PS Nr. 839, 326) enthält. Gemäss diesem Patent weist der keramische Werkstoff eine gute Schnitthaltigkeit bei geringen Schnittgeschwindigkeiten auf. Jedoch haben die Prüfungen des Schneidwerkzeuges aus diesem Werkstoff bei der Bearbeitung vom Vergütungsstahl der Sorte 40X (HRC =
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(SU-Urheberschein Nr. 425879) enthält. In diesem Fall wird das Lanthanoxyd zur Vergrösserung der mechanischen Festigkeit zugesetzt. Dieser keramische Werkstoff besitzt eine hohe Porösität von 4 bis 19, 7% und eine geringe Dichte. Durch die genannten Eigenschaften ist eine kleine Standzeit bei hohen Schnittgeschwindigkeiten (zirka 200 m/min) bedingt.
Bekannt ist ein keramischer Werkstoff folgender Zusammensetzung : 99, 5 bis 99, 9% Al. Os, 0, 25 bis 0, 01% MgO, 0, 25 bis 0, 01% Sm203 (US-PS Nr. 3, 802, 893). Der genannte Werkstoff besitzt folgende Eigenschaften : Dichte - 3, 9 g/cms, HRC - 91, 5. Korngrösse - 2 bis 5 um, Koeffizient der Schnitthal- tigkeit-1, 2. Der Nachteil dieses Werkstoffes besteht in einer geringen Schnitthaltigkeit, die durch eine kleine Dichte und bedeutende Korngrösse zu erklären ist.
Bekannt ist ebenfalls ein keramischer Werkstoff auf der Basis von Aluminiumoxyd, der 0. 25% MgO (BG-Urheberschein Nr. 11179) enthält. Der genannte Werkstoff wurde bei hohen Schnittgeschwindigkeiten geprüft und hat eine niedrige Schnitthaltigkeit sowie eine geringe Temperaturwechselbeständigkeit erwiesen.
Bekanntlich sind keramische Werkstoffe bei Zimmertemperatur spröde, und deren mechanische Eigenschaften sowie deren Verschleiss werden durch Mikrorisse und deren Ausbreitung bestimmt.
Die Zerstörung der Erzeugnisse nach Mikrorissen erfolgt, wenn die äusseren Spannungen, die für die Verlängerung der Risse erforderlich sind, die Oberflächenenergie sowie die Formänderungsenergie überschreiten. Der Widerstand des Werkstoffes gegen die Rissbildung wird durch den Koeffizienten der Spannungsintensität (ksi) bestimmt, der nach der Formel
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berechnet wird, wobei sind a - angelegte Spannung, a - Risslänge, b - Rissbreite, f - Funktion a und b.
Die Untersuchungen an Erzeugnissen aus gesintertem Aluminiumoxyd haben gezeigt, dass die Bestimmung von K 1 von der Rissbildung infolge eines Temperaturgefälles (Wärmeschock) ausgehen soll. Durch die in keramischen Schneidwerkzeugen entstehenden Temperaturänderungen werden elastische Spannungen hervorgerufen, die eine Ausbreitung der Risse ähnlich wie die angelegten mechanischen Spannungen bewirken.
Die Fähigkeit eines homogenen (gleichartigen) Werkstoffes der Entstehung der Mikrorisse entgegenzuwirken, wird durch das Kriterium der Temperaturwechselbeständigkeit (R) nach der Formel
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charakterisiert, wobei sind R - Temperaturwechselbeständigkeitswert, e - Biegefestigkeit, x - Wärmedurchgangszahl
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a-linearer Wärmeausdehnungskoeffizient, E-Elastizitätsmodul (Youngscher Modul).
Aus der Formel folgt, dass bei X, a Econst (für den jeweiligen Werkstoff) die Temperaturwechselbeständigkeit und die Festigkeit direkt proportional sind.
Die Biegefestigkeit hängt ihrerseits von der Porosität (der Dichte) ab und wird nach der Formel
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bestimmt, wobei sind Festigkeit eines kompakten Probekörpers, n - Porosität, m-Exponent.
Aus der Formel folgt, dass mit der Vergrösserung der Porosität die Festigkeit der Probekörper abnimmt. Die genannte Abhängigkeit der Festigkeit von der Porösität in den Koordinaten lg aR" S- lg " ) für den Werkstoff auf der Basis von Aluminiumoxyd wird als eine Gerade dargestellt, deren Neigungswinkel "m" gleich ist. Der Wert "m" und die Porengrösse sind direkt proportional. Daraus folgt, dass mit der Verkleinerung des Durchmessers von Poren bei deren konstantem Volumen die Biegefestigkeit zunimmt. Ausserdem steht die Biegefestigkeit mit der Korngrösse in Zusammenhang und wird nach der Formel
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bestimmt, wobei sind K - Koeffizient, d - Korndurchmesser, n - Exponent.
Aus der Formel folgt, dass, je kleiner der Korndurchmesser ist, desto grössere Festigkeit wird der Probekörper besitzen.
Je kleiner die Korngrösse, das Volumen und der Durchmesser der Poren sowie die Risslänge sind, desto grösser sind somit die Verschleissfestigkeit (Schnitthaltigkeit) und die Festigkeit der Probekörper aus Schneidwerkstoffen.
Die Erfindung bezweckt, einen keramischen Schneidwerkstoff zu schaffen, der eine erhöhte Schnitthaltigkeit, eine hohe Festigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit besitzt.
Die Aufgabe der Erfindung war es, einen keramischen Werkstoff auf der Basis von Aluminiumoxyd zu schaffen, der erhöhte Kennwerte der Schnitthaltigkeit bei hohen Schnittgeschwindigkeiten, der Festigkeit sowie der Temperaturwechselbeständigkeit aufweist.
Das Ziel wurde dadurch erreicht, dass ein keramischer Schneidwerkstoff auf der Basis von Aluminiumoxyd geschaffen wurde, welcher Magnesiumoxyd und ein Seltenerdmetalloxyd oder Yttriumoxyd enthält und eine durchschnittliche Korngrösse von 1 bis 2 pm aufweist, wobei dieser erfindungsgemäss zusätzlich Chromoxyd bei folgendem Verhältnis der Komponenten (Masse-%) enthält :
Seltenerdmetalloxyd oder
Yttriumoxyd 0, 053 -17
Chromoxyd 0, 025-15, 0
Magnesiumoxyd 0, 05 - 1, 0
Aluminiumoxyd Rest
Aus der DE-AS 2042379 ist ein keramischer Werkstoff auf der Basis von Aluminiumoxyd bekannt, der ausgezeichnete optische Eigenschaften aufweist. Nach der Zusammensetzung unterscheidet sich der erfindungsgemässe Werkstoff von dem bekannten durch den Gehalt an Chromoxyd.
Der be-
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Koeffizient der Schnitthaltigkeit-1, 4, Temperaturwechselbeständigkeit-500 C, Biegefestigkeit - 608.105 N/m2, Korngrösse - 1,1 bis 2 pm.
Beispiel 4 : Ein keramischer Werkstoff wird ähnlich wie im Beispiel 1 mit dem Unterschied hergestellt, dass die Komponenten im folgenden Verhältnis genommen werden : 10% Nd2 03, 7% Cr2 03, 0, 5% MgO, 82, 5% A12O3.
Die gefertigten Teile haben folgende Eigenschaften :
Koeffizient der Schnitthaltigkeit - 1,45, Temperaturwechselbeständigkeit - 300 C, Biegefestigkeit - 667.105 N/m2, Korngrösse - 1,2 bis 2 pm.
Beispiel 5 : Ein keramischer Werkstoff wird ähnlich wie im Beispiel 1 mit dem Unterschied hergestellt, dass die Komponenten im folgenden Verhältnis genommen werden : 10% Sm. Os, 7% CrOa, 0, 5% MgO, 82, 5% A12Os.
Die gefertigten Teile haben folgende Eigenschaften :
Koeffizient der Schnitthaltigkeit-1, 3, Temperaturwechselbeständigkeit-280 C, Biegefestig- keit - 618.106 N/m2, Korngrösse - 1, 5 bis 1,8 um.
Beispiel 6 : Ein keramischer Werkstoff wird ähnlich wie im Beispiel 1 mit dem Unterschied hergestellt, dass die Komponenten im folgenden Verhältnis genommen werden : 10% Gd2 03, 0, 5% MgO, 82, 5% AI2O., 7% CrOa.
Die gefertigten Teile haben folgende Eigenschaften :
Koeffizient der Schnitthaltigkeit - 1, 45, Temperaturaturwechselbeständigkeit - 270 C, Biegefestigkeit - 677.104 N/m2, Korngrösse - 1, 4 bis 2 um.
Beispiel 7 : Ein keramischer Werkstoff wird ähnlich wie im Beispiel 1 mit dem Unterschied hergestellt, dass die Komponenten im folgenden Verhältnis genommen werden : 10% Y203, 7% CrOs, 0, 5% MgO, 82, 5% A1203.
Die gefertigten Teile haben folgende Eigenschaften :
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25, Temperaturwechselbeständigkeit-280 C,keit - 608.106 N/m2, Korngrösse - 1,6 bis 2 pm.
Beispiel 8 : Der in den Beispielen 1 bis 7 hergestellte Werkstoff wurde mit dem bekannten Werkstoff gemäss BG-Urheberschein Nr. 11179 verglichen. Die Prüfungen wurden bei der Bearbeitung vom Vergütungsstahl der Sorte 40X (HRC = 38 Einh.) bei einer Schnittgeschwindigkeit von 200 m/min, einem Vorschub von 0,3 mm/U und einer Schnittiefe von 0,5 mm durchgeführt.
Die Werte der Schnitthaltigkeit und der Temperaturwechselbeständigkeit des Werkstoffes sind in der Tabelle zusammengefasst :
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<tb>
<tb> Keramischer <SEP> Schnitthaltigkeit <SEP> TemperaturwechselWerkstoff <SEP> beständigkeit
<tb> min <SEP> C
<tb> Gemäss <SEP> Beispiel <SEP> 1 <SEP> 52 <SEP> 250
<tb> Gemäss <SEP> Beispiel <SEP> 2 <SEP> 50 <SEP> 300
<tb> Gemäss <SEP> Beispiel <SEP> 3 <SEP> 55 <SEP> 500
<tb> Gemäss <SEP> Beispiel <SEP> 4 <SEP> 58 <SEP> 300
<tb> Gemäss <SEP> Beispiel <SEP> 5 <SEP> 60 <SEP> 280
<tb> Gemäss <SEP> Beispiel <SEP> 6 <SEP> 57 <SEP> 270
<tb> Gemäss <SEP> Beispiel <SEP> 7 <SEP> 60 <SEP> 280
<tb> bekannter <SEP> Werkstoff <SEP> 32 <SEP> 200
<tb>
Wie aus der Tabelle ersichtlich ist,
sind die Schnitthaltigkeit und die Temperaturwechselbeständigkeit des hergestellten keramischen Werkstoffes im Vergleich zu dem bekannten keramischen Werkstoff um ein 1,5- bis 2faches grösser.