RU2748537C1 - Способ изготовления оксидно-кремниевой карбидной режущей керамики новой фракции - Google Patents

Способ изготовления оксидно-кремниевой карбидной режущей керамики новой фракции Download PDF

Info

Publication number
RU2748537C1
RU2748537C1 RU2020131297A RU2020131297A RU2748537C1 RU 2748537 C1 RU2748537 C1 RU 2748537C1 RU 2020131297 A RU2020131297 A RU 2020131297A RU 2020131297 A RU2020131297 A RU 2020131297A RU 2748537 C1 RU2748537 C1 RU 2748537C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cutting
carbide
oxide
temperature
plates
Prior art date
Application number
RU2020131297A
Other languages
English (en)
Inventor
Анатолий Андреевич Рыжкин
Владимир Николаевич Пучкин
Илья Андреевич Туркин
Юлия Анатольевна Олейникова
Татьяна Владимировна Кащеева
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Донской государственный технический университет» (ДГТУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Донской государственный технический университет» (ДГТУ) filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Донской государственный технический университет» (ДГТУ)
Priority to RU2020131297A priority Critical patent/RU2748537C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2748537C1 publication Critical patent/RU2748537C1/ru

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/12—Both compacting and sintering
    • B22F3/16—Both compacting and sintering in successive or repeated steps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/12—Both compacting and sintering
    • B22F3/16—Both compacting and sintering in successive or repeated steps
    • B22F3/162—Machining, working after consolidation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B27/00—Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
    • B23B27/14—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B27/00—Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
    • B23B27/14—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material
    • B23B27/148—Composition of the cutting inserts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
    • C22C29/12—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on oxides

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к изготовлению высокопрочных режущих пластин из оксидно-кремниевой карбидной керамики. Может использоваться для оснащения режущего инструмента для обработки труднообрабатываемых сталей и материалов на металлообрабатывающих станках. Диоксид кремния прокаливают при температуре 1650−1750°С, подвергают тонкому виброизмельчению на виброустановке в течение 2,5–3,0 ч и сушат. После сушки смешивают 60% диоксида кремния, 3% карбида циркония, 30% карбида титана, 5% карбида вольфрама и 2% азота в жидком до равномерного распределения по объему и образования суспензии, которую после введения в нее связующих веществ подвергают распылительной сушке с получением смеси. Из полученной смеси прессуют режущую пластину, проводят спекание при температуре 3900-3950°С и кратковременный отжиг с выдержкой 10,0-15,0 минут при температуре 1600-1650°С, и подвергают спеченную пластину механической обработке с получением шероховатости граней, равной 0,08-0,16 мкм. Обеспечивается повышение межкристаллитной коррозионностойкости, износостойкости, пластичности, ударной вязкости и стойкости режущих пластин при обработке труднообрабатываемых сталей.

Description

Изобретение относится к изготовлению высокопрочных керамических пластин, для оснащения режущего инструмента для обработки труднообрабатываемых сталей и материалов на металлообрабатывающих станков.
Известна и выпускается в РФ [ГОСТЫ на режущую керамику ВОК-60 ГОСТ 25003-81; ВОК-71 ГОСТ19043-80; Кроме ГОСТов Справочник под.ред. Жедь В.П. Режущие инструменты, оснащённые сверхтвёрдыми и керамическими материалами, и их применение: справочник / В.П. Жедь [и др.]. - Москва; Машиностроение, 1987. - 319 с.]
Известен способ получения керамической пластины для режущего инструмента [Патент RU №2699434, МПК C22C 29/12, B22F 3/16, B23B 27/14, опубл. 05.09.2019], включающий прокаливание глинозема, содержащего α-А12О3 и γ-А12О3, его виброизмельчение, обогащение, сушку с получением оксида алюминия модификации α-Al2O3, его смешивание с оксидом кремния, карбидом титана, карбидом вольфрама, карбидом бора, оксидом хрома, никелем, молибденом, ниобием и кобальтом, пластификацию и горячее прессование с получением отпрессованной пластины, спекание, отжиг с выдержкой в течение 5-10 минут в области температурного максимума и ее механическую обработку. Обеспечивается улучшение физико-механических характеристик керамической пластины для режущего инструмента.
Известен способ получения керамической пластины для режущего инструмента [Патент RU №2679264, МПК B23B 27/14, B22F 3/15, C22C 29/12, опубл. 06.02.2019], включающий прокаливание глинозема, его виброизмельчение, обогащение, сушку с получением оксида алюминия модификации α-Al2O3. 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.
Кроме того, справочная литература:
Меськин В.С, Основы легирования стали Изд. второе, перераб. и доп. М.: Металлургия, 1964. - 684 с.
Пучкин В.Н., Корниенко В.Г., Литвинов А.Е. Схиртладзе А.Г. Физико-химическое исследование режущей керамики при механической обработке труднообрабатываемых сталей на станках с ЧПУ (методология). Монография Изд. ФГБОУ ВО «КубГТУ», г. Краснодар. 2016. Оксидно-карбидная марок ВОК-60, ВОК-63, ВОК-73 (смешанная, «металлическая», «черная») керамика, состоящая из оксида А12О3 (до 60%), TiC (до 20 - 40%), ZrО2 (до 20 - 40%) и других карбидов тугоплавких металлов с некоторыми легирующими добавками. Пластины из оксидно-карбидной керамики получают горячим прессованием в графитовых пресс-формах. Процесс более трудоемок, чем процесс получения оксидной керамики. Пластины применяют для обработки ковких, отбеленных чугунов, термоулучшенных, цементуемых и закаленных на твердость HRC 30 - 65 сталей.
В качестве основного исходного сырья используют порошок оксида алюминия Al2O3 (до 60%), TiC (до 20 - 40%), ZrО2 (до 20 - 40%) и других карбидов тугоплавких металлов с некоторыми легирующими добавками. Пластины из оксидно-карбидной керамики получают горячим прессованием в графитовых пресс-формах. Процесс более трудоемок, чем процесс получения оксидной керамики. Пластины применяют для обработки ковких, отбеленных чугунов, термоулучшенных, цементуемых и закаленных на твердость HRC 30…65 сталей.
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.
Твёрдость пластин в стадии поставки HRA 92-94.
Стойкость пластин в стадии поставки при резании труднообрабатываемых и жаропрочных сталей марок 12Х18Н10Т, 14Х17Н2 и др. - 60 мин.
Механические свойства пластин в стадии поставки: напряжение изгиба = 600 МПа; плотность 4,2 г/см3; размер зерна 2…3 мкм; твёрдость HRA 94.
Недостатками оксидно-карбидной режущей керамики (РК) на основе оксида алюминия являются хрупкость, низкая износостойкость и корозионностойкость, температуростойкость, и стойкость при обработке труднообрабатываемых сталей и материалов.
Наиболее близким по технической характеристике прототипом предлагаемой ОКРК-60 являются пластины из оксидно-карбидной режущей керамики марок ВОК-60, ВОК-63 и др., выпускаемых нашей отечественной промышленностью ВОК-60 ГОСТ 25003-81 [http://docs.cntd.ru/document/1200009570]; ВОК-71 ГОСТ19043-80 [http://docs.cntd.ru/document/1200009409].
Оксидно-карбидная (смешанная, «металлическая», «черная») керамика, состоящая из оксида А12О3 (до 60%), TiC (до 20 - 40%), ZrО2 (до 20 - 40%) и других карбидов тугоплавких металлов с некоторыми легирующими добавками. Пластины из оксидно-карбидной керамики получают горячим прессованием в графитовых пресс-формах. Процесс более трудоемок, чем процесс получения оксидной керамики. Пластины применяют для обработки ковких, отбеленных чугунов, термоулучшенных, цементуемых и закаленных на твердость HRC 30 - 65 сталей.
Наиболее известными марками керамики этой группы являются отечественная ВОК-60 и зарубежные SHT-1, SH-1, SH-20 («Фельдмюлле»), НС-2 («Ниппон Техникал Керамик»), НРС-А2 («Тошиба Тунгалой»), СС650 («Сандвик Коромант», Швеция) и др.
Недостатками оксидно-карбидной РК на основе оксида алюминия являются: хрупкость, низкая износостойкость и корозионностойкость, температуростойкость, и стойкость при обработке труднообрабатываемых сталей и материалов.
Изготовление пластин из режущей керамики на основе оксида алюминия не требует применения дефицитных материалов, а также уникального или нестандартного технологического оборудования.
В качестве основного исходного сырья используют порошок оксида алюминия Al2O3 (до 60%), TiC (до 20 - 40%), ZrО2 (до 20 - 40%) и других карбидов тугоплавких металлов с некоторыми легирующими добавками. Пластины из оксидно-карбидной керамики получают горячим прессованием в графитовых пресс-формах. Процесс более трудоемок, чем процесс получения оксидной керамики. Пластины применяют для обработки ковких, отбеленных чугунов, термоулучшенных, цементуемых и закаленных на твердость HRC 30 - 65 сталей.
Техническим результатом изобретения является:
- повышение межкристаллитной коррозионностойкости, температурной износостойкости, пластичности, ударной вязкости и работоспособности пластин из оксидно-кремниевой карбидной режущей керамики ОКРК-60;
- повышения предела текучести во время горячего прессования и спекания пластин;
- увеличения прочности и твердости пластин;
- улучшения физико-химических свойств физических: - пластичности, ударной вязкости, прочности, плотность; средний диаметр зерен, химических: с введением в основную фракцию SiO2 ≥ 60%, следующих химических соединений - ZrC ≥ 3%; TiC ≥ 30%; WC ≥ 5%; N ≥ 2%, которые способствуют образованию упрочняющих фаз, растворению аустенита повышают твёрдость и устойчивость против отпуска, жаропрочность и коррозионную стойкость, а также облегчающих спекание и тормозящих рост зерен до 60% Si оксидно-кремниевой карбидной режущей керамики нового химического состава ОКРК-60;
- увеличения стойкости пластин из оксидно-кремниевой карбидной режущей керамики нового химического состава ОКРК-60, при резании труднообрабатываемых, жаропрочных, аустенитных сталей 12Х18Н10Т, 40Х13, 14Х17Н2 и др.;
- установление температурных режимов резания при обработки труднообрабатываемых аустенитных сталей 12Х18Н10Т, 40Х13, 14Х17Н2 и др., а также термодинамических закономерностей и режимов этого процесса, что увеличивает температурный интервал в зоне резания инструмент-заготовка до 600°С при резании труднообрабатываемых сталей и материалов в результате чего сохраняются режущие свойства режущего инструмента, оснащённого пластинами из режущей керамики новой фракции и сохранность самой пластины при установленных температурах резания;
- определение рациональных режимов резания, при которых износостойкость режущего инструмента, оснащённого пластинами из оксидно-кремниевой карбидной режущей керамики нового химического состава ОКРК-60, при обработке труднообрабатываемых, жаропрочных, аустенитных сталей с использованием новой СОТС с присадками по патенту КубГТУ № 2101333 со следующим массовым составом: муравьиная кислота 12…13%; малеиновая кислота 8…9%; фумаровая кислота 7…8%; янтарная кислота 8…9%; фураноны 35…36%, остальное - вода, будет максимальна.
Рациональными режимами резания при обработке труднообрабатываемых, жаропрочных, аустенитных сталей приняты в результате испытаний скорость V = 97…110 м/мин; подача S = 0,07…0,097 мм/об; глубина резания t = 0,1…0,5 мм. При установленных рациональных режимах резания стойкость режущего инструмента, оснащённого пластинами из режущей керамики новой фракции, максимальна и достигает до Т = 180 мин.
Технический результат достигается за счет того, что по способу изготовления оксидно-кремниевой карбидной режущей керамики новой фракции добавляют при помощи дозатора и аналитических весов в основную фракцию диоксида кремния химические соединения ZrC; TiC; WC и в жидком состоянии азот, тщательно смешивают до равномерного распределения массы по всему объему и образования водной суспензии, которую после введения связующих веществ подвергают распылительной сушке, затем технологический процесс приготовления прерывается, и у полученной массы контролируются химическая чистота, обрабатываемость, плотность, средний диаметр зерен, который должен соответствовать среднему арифметическому значению, не превышающему 1,5 мкм, далее прессуют режущие пластины с последующем горячем спеканием, дополнительно оксид кремния прокаливается до температуры 1700-1750°С и подвергается тонкому виброизмельчению на виброустановке в течение 2,5-3,0 ч, полученную массу обогащают и сушат, смешивают полученные массы, производят пластификацию и горячее прессование пластин из полученной смеси, производят контроль плотности спекания пластин и зернистости пластин, в заключение производят механическую обработку пластин с получением шероховатости граней Ra = 0,08-0,16 мкм, причем спекают отпрессованные пластины при температуре 3900-3950°С и кратковременном режиме отжига с выдержкой от 10,0-15,0 мин при температуре = 1600-1650°С, а процентное соотношение химического соединения следующее:
оксид кремния ≥ 60%,
карбид циркония ≥ 3%,
карбид титана ≥ 30%,
карбид вольфрама ≥ 5%,
азот ≥ 2%.
Приведем характеристики химических компонентов.
SiO2 ≥ 60%; (оксид кремния) - молекулярная масса М = 60,08; Б/ц, плотность ρ = 2,32 Г/см2; температура плавления tпл =1730°С; температура фазового перемещения α→β, 242°С, стандартная молярная теплоёмкость С0р=44,18 Дж × моль-1 × K-1, стандартная молярная энтропия S0 = 42,7 Дж × моль-1 × K-1, стандартная молярная энтальпия образования
Figure 00000001
 – 908,3 кДж × моль-1, стандартная молярная энергия Гиббса образования
Figure 00000002
 = -854,2 кДж × моль-1, молярная энтальпия плавления
Figure 00000003
 кДж × моль-1 не растворяется в Н2О (в воде).
ZrC ≥ 3%; (карбид циркония) - молекулярная масса М = 103,23; цвет тёмно-серый блестящий, плотность ρ = 6,7 Г/см2; температура плавления tпл ≈3500°С; температура кипения tкип ≈ 5100°С, стандартная молярная теплоёмкость С0р=37,90 Дж × моль-1 × K-1, стандартная молярная энтропия S0 = 33,3 Дж × моль-1 × K-1, стандартная молярная энтальпия образования
Figure 00000001
 – 206,7 кДж × моль-1, стандартная молярная энергия Гиббса образования
Figure 00000002
 = -197,4 кДж
Figure 00000004
 моль-1, не растворяется в Н2О (в воде).
TiC ≥ 30% (карбид титана) – молекулярная масса М = 59,91; цвет серый, плотность ρ = 4,92 Г/см2; температура плавления tпл ≈ 3140°С; температура кипения tкип ≈ 4300°С, стандартная молярная теплоёмкость С0р=34,30 Дж × моль-1 × K-1, стандартная молярная энтропия S0 = 24,7 Дж × моль-1 × K-1, стандартная молярная энтальпия образования
Figure 00000001
 – 209 кДж × моль-1, стандартная молярная энергия Гиббса образования
Figure 00000002
 = -205,7 кДж × моль-1, не растворяется в Н2О (в воде) и в кислотах HCl. H2SO4, реагирует с HNO3 + HF, расплавляется щёлочью.
WC ≥ 5% (карбид вольфрама) – молекулярная масса М = 195,86; цвет серо-синий, плотность ρ = 15,7 Г/см2; температура плавления tпл = 2600°С; стандартная молярная теплоёмкость С0р=35,10 Дж × моль-1 × K-1, стандартная молярная энтропия S0 = 35 Дж × моль-1 × K-1, стандартная молярная энтальпия образования
Figure 00000001
 – 41 кДж × моль-1, стандартная молярная энергия Гиббса образования
Figure 00000002
 = -39,5 кДж × моль-1, не растворяется в Н2О (в воде).
N ≥ 2%; – азот, молекулярная масса М = 28,01 г/л; бесцвет. газ или жидкий, плотность ρ = 1,2506 Г/см2; жидкий р = 0,808-196 Г/л, температура плавления tпл = -210°С; температура кипения tкип = - 195,8°С, критическая температура tкр = -149,90°С, критическое давление ркр = 3,906 МПа для газа, ркр = 0,304 МПа для жидкого, стандартная молярная теплоёмкость С0р=29,10 Дж × моль-1 × K-1, стандартная молярная энтропия S0 = 199,9 Дж × моль-1 × K-1, стандартная молярная энтальпия образования
Figure 00000001
 0 кДж × моль-1, стандартная молярная энергия Гиббса образования
Figure 00000002
 = 0 кДж × моль-1, молярная энтальпия испарения
Figure 00000005
 5,59 кДж × моль-1, показатель преломления n = 1,00052825.
Исп. литер.: В.А. Рабинович, З.Я. Хавин. Краткий химический справочник. Изд. 3-е, Перераб. и доп. Под общей редакцией д.х.н. А.А. Потехинаи к.т.н. А.И. Ефимова. Ленинград «Химия» Ленинградское отделение 1991г. - 432 с.
Рассмотрим пример изготовления пластин.
Изготовление пластин из оксидно-кремниевой режущей керамики нового химического состава марки ОКРК-60, для оснащения режущего инструмента состоит из следующих методов и операций:
Сырье для изготовления пластин из оксидно-кремниевой карбидной режущей керамики нового химического состава марки ОКРК-60 подвергается испытаниям по следующей технологии, по которой определяется:
- химическая чистота (загрязнение глинозема соединениями Na2О, СаО недопустимо);
- влажность;
- площадь поверхности зерен, которая характеризует активность материала при спекании и позволяет оценивать предполагаемую зернистость;
- прессуемость (определяется условиями переработки глинозема);
- контроль плотности спекания пластин;
- контроль зернистости пластин.
Далее осуществляют приготовление шихты.
При помощи дозатора и аналитических весов добавляем в основную фракцию SiO2 60%, в процентном содержании небольшие количества химических соединений WC 5%, ZrC 3%; TiC 30% и азота N 2%; которые способствуют образованию упрочняющих фаз, повышают твёрдость и устойчивость против отпуска, жаропрочность и коррозионную стойкость, ударную вязкость, пластичность пластин, а также облегчающих спекание и тормозящих рост зерен. При тщательном смешивании данной «массы» в смесителе эти добавки равномерно распределяются по всему объему; получается водная суспензия, которую после введения связующих веществ подвергают распылительной сушке. Затем технологический процесс приготовления прерывается, и у полученной массы контролируется: химическая чистота; обрабатываемость; плотность; средний диаметр зерен, который должен соответствовать среднему арифметическому значению, не превышающему 1,5 мкм.
После контроля при положительных результатах можно приступать к прессованию режущих пластин и последующему горячему спеканию.
Оксид кремния SiO2 прокаливается до 1650-1750°С и подвергается тонкому виброизмельчению на виброустановке в течение 2,5-3,0 ч до получения частиц размером 0,8…1,5 мкм (до 90…95 % в основной массе) при максимальном размере частиц 2 мкм. Полученная масса обогащается и сушится.
Если выйти за пределы указанных рациональных температур 1650-1750°С, будет происходить изменение кристаллической структуры пластин произойдёт рост зерен в сплаве, что приведёт при испытаниях к сколу пластин, к трещинам и к хрупкости пластин и затуплении, при резании труднообрабатываемых сталей, а также налипание расплавленного металла на обрабатываемую деталь, что ухудшает качество и точность обрабатываемой детали. При этом понижается стойкость режущего инструмента, оснащённого пластинами из режущей керамики новой фракции ОКРК-60.
В основную массу сухого порошка из оксида-кремния (SiO2 ≥ 60%) вводим химические соединения в следующей пропорции WC ≥ 5%, ZrC ≥ 3%; TiC ≥ 30% и азота N ≥ 2%. Затем производится пластификация и горячее прессование пластин, из полученной смеси.
Спекаются отпрессованные пластины из оксидно-кремниевой карбидной режущей керамики марки ОКРК-60, при температуре 3850-3900°С и кратковременном режиме отжига с выдержкой от 10,0-15,0 мин при температуре 1600-1650°С.
Вследствие того, что указанные температуры плавления и кипения высокие химических соединений (карбидов) в растворе, применены рациональные температурные режимы при прессовании и спекании пластин
Производится контроль плотности спекания пластин и контроль зернистости пластин.
В заключение производится механическая обработка пластин с получением шероховатости граней Ra = 0,08-0,16 мкм.
В результате разработки и изготовления пластин повышенной прочности из оксидно-кремниевой карбидной режущей керамики нового химического состава, для оснащения режущего инструмента достигается следующий результат:
- повышена межкристаллитная коррозионностойкость, температурная износостойкость, пластичность, ударная вязкость и работоспособность пластин из оксидно-кремниевой режущей керамики ОКРК-60 в 2,5 раза;
- повышается предел текучести в 1,21 раза и увеличивает прочность и твердость пластин в 1,05 раза;
- улучшены физико-химические свойства оксидно-кремниевой карбидной режущей керамики марки ОКРК-60 нового химического состава по сравнению с оксидно-карбидной РК марки ВОК-60, выпускаемой нашей отечественной промышленностью и зарубежной;
- увеличена стойкость оксидно-кремниевой карбидной режущей керамики марки ОКРК-60 нового химического состава, при резании труднообрабатываемых сталей 12Х18Н10Т, 40Х13, 14Х17Н2 и др., до 150 мин по сравнению с оксидно-карбидной РК марки ВОК-60, выпускаемой нашей отечественной промышленностью, которая составляет 25-30 мин, в зависимости от режимов резания;
- установлены температурные режимы резания при обработке труднообрабатываемых сталей 12Х18Н10Т, 40Х13, 14Х17Н2 и др., а также термодинамические закономерности и режимы этого процесса; расширен интервал температур резания в зоне резания при обработки труднообрабатываемых сталей «заготовка-инструмент» до 600°С, при которой сохраняется режущие свойства инструмента, оснащённого пластинами из режущей керамики новой фракции, при этом не ухудшается качество и точность обрабатываемой детали и не происходит затупления режущего инструмента;
- определены рациональные режимы резания, при которых износостойкость РИ, оснащённого пластинами из оксидно-кремниевой карбидной режущей керамики марки ОКРК-60 нового химического состава, при обработки труднообрабатываемых, жаропрочных аустенитных сталей с использованием новой СОТС с присадками по патенту КубГТУ №2101333 со следующим массовым составом: муравьиная кислота 12…13%; малеиновая кислота 8…9%; фумаровая кислота 7…8%; янтарная кислота 8…9%; фураноны 35…36%, остальное - вода, будет максимальны.
Для экспериментальной проверки заявляемых пластин из оксидно-кремниевой карбидной режущей керамики марки ОКРК-60 нового химического состава были изготовлены стандартные образцы пластин габаритом 10×10×4,5 мм, для оснащения резцов.
Затем была произведена обработка валов из труднообрабатываемой стали марки 12Х18Н10Т ∅50 на длину 100мм резцами, оснащёнными пластинами из оксидно-кремниевой карбидной режущей керамики марки ОКРК-60 и резцами, оснащёнными пластинами из оксидно-карбидной режущей керамики марки ВОК-60 на основе оксида алюминия.
При этом стойкость резцов, оснащённых пластинами из оксидно-кремниевой карбидной режущей керамики марки ОКРК-60, составляла 140…150 мин, а резцов, оснащённых пластинами из оксидно-карбидной режущей керамики марки ВОК-60 на основе оксида алюминия, составляла 30…37 мин. ТО стойкость резцов, оснащённых пластинами из оксидно-кремниевой карбидной режущей керамики марки ОКРК-60, была в 4,1 раза выше резцов, оснащённых пластинами из оксидно-карбидной режущей керамики марки ВОК-60 на основе оксида алюминия.
Данная разработка и изготовления пластин из оксидно-кремниевой карбидной режущей керамики ОКРК-60 нового химического состава SiO2 ≥ 60%, 2%, азота ZrC ≥ 3%; TiC ≥ 30%; WC ≥ 5%; для оснащения режущих инструментов внедрена на ООО «МАПП» (Общество с ограниченной ответственностью Механизация, автоматизация производственных процессов), при обработке валов из труднообрабатываемой стали 12Х18Н10Т. Применение пластин из оксидно-кремниевой карбидной режущей керамики ОКРК-60, при обработке валов повысило качество и точность обрабатываемых деталей, что удовлетворяет техническим и потребительским свойствам изделий. Повысилась производительность механической обработки валов, что дало экономию на предприятии ООО «МАПП» 294 тысяч руб. по сравнению с применением твёрдосплавного вольфрамосодержащего РИ. Также внедрены пластины из оксидно-кремниевой карбидной режущей керамики ОКРК-60, для оснащения РИ, при обработке валов и шестерён из труднообрабатываемых аустенитных сталей 12Х18Н10Т, 14Х17Н2 и серого чугуна СЧ18 на Армавирском машиностроительном заводе» филиала Открытого акционерного общества «Новозыбковского машиностроительного завода» в г. Армавире 250 тысяч руб.

Claims (7)

  1. Способ изготовления режущей пластины из оксидно-кремниевой карбидной керамики, характеризующийся тем, что диоксид кремния прокаливают при температуре 1650-1750°С, подвергают тонкому виброизмельчению на виброустановке в течение 2,5-3,0 ч и сушат, после сушки к диоксиду кремния добавляют карбид циркония, карбид титана, карбид вольфрама и азот в жидком состоянии при следующем соотношении:
  2. оксид кремния 60%,
  3. карбид циркония 3%,
  4. карбид титана 30%,
  5. карбид вольфрама 5%,
  6. азот 2%
  7. и осуществляют смешивание до равномерного распределения упомянутых добавок по объему и образования суспензии, которую после введения в нее связующих веществ подвергают распылительной сушке с получением смеси, затем из полученной смеси прессуют режущую пластину, проводят спекание при температуре 3900-3950°С и кратковременный отжиг с выдержкой 10,0-15,0 минут при температуре 1600-1650°С, и подвергают спеченную пластину механической обработке с получением шероховатости граней, равной 0,08-0,16 мкм.
RU2020131297A 2020-09-23 2020-09-23 Способ изготовления оксидно-кремниевой карбидной режущей керамики новой фракции RU2748537C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020131297A RU2748537C1 (ru) 2020-09-23 2020-09-23 Способ изготовления оксидно-кремниевой карбидной режущей керамики новой фракции

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020131297A RU2748537C1 (ru) 2020-09-23 2020-09-23 Способ изготовления оксидно-кремниевой карбидной режущей керамики новой фракции

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2748537C1 true RU2748537C1 (ru) 2021-05-26

Family

ID=76034002

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020131297A RU2748537C1 (ru) 2020-09-23 2020-09-23 Способ изготовления оксидно-кремниевой карбидной режущей керамики новой фракции

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2748537C1 (ru)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3977061A (en) * 1973-09-17 1976-08-31 Sandvik Aktiebolag Cutting insert and method of making the same
US4421528A (en) * 1982-05-20 1983-12-20 Gte Laboratories Incorporated Process for making a modified silicon aluminum oxynitride based composite cutting tool
US5538926A (en) * 1993-12-21 1996-07-23 Kabushiki Kaisha Seiko Sho Alumina based ceramic material and method of manufacturing the same
JP2007308731A (ja) * 2006-05-16 2007-11-29 Nisshinbo Ind Inc 焼結用セッター材
RU2384650C2 (ru) * 2007-05-08 2010-03-20 Белер Эдельшталь Гмбх Инструмент с покрытием
RU2699434C1 (ru) * 2019-04-16 2019-09-05 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") Способ получения керамической пластины для режущего инструмента

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3977061A (en) * 1973-09-17 1976-08-31 Sandvik Aktiebolag Cutting insert and method of making the same
US4421528A (en) * 1982-05-20 1983-12-20 Gte Laboratories Incorporated Process for making a modified silicon aluminum oxynitride based composite cutting tool
US5538926A (en) * 1993-12-21 1996-07-23 Kabushiki Kaisha Seiko Sho Alumina based ceramic material and method of manufacturing the same
JP2007308731A (ja) * 2006-05-16 2007-11-29 Nisshinbo Ind Inc 焼結用セッター材
RU2384650C2 (ru) * 2007-05-08 2010-03-20 Белер Эдельшталь Гмбх Инструмент с покрытием
RU2699434C1 (ru) * 2019-04-16 2019-09-05 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") Способ получения керамической пластины для режущего инструмента

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. Cutting performance of solid ceramic end milling tools in machining hardened AISI H13 steel
EP0311264B1 (en) Ceramic cutting tool inserts and production thereof
US4022584A (en) Sintered cermets for tool and wear applications
Azhar et al. Effect of Al2O3/YSZ microstructures on wear and mechanical properties of cutting inserts
Banik et al. State of the art on zirconia toughened alumina cutting tools
Sivasankaran et al. Effect of nose radius and graphite addition on turning of AA 7075-ZrB2 in-situ composites
RU2748537C1 (ru) Способ изготовления оксидно-кремниевой карбидной режущей керамики новой фракции
JP2523452B2 (ja) 高強度立方晶窒化ホウ素焼結体
RU2785672C1 (ru) Состав смешанной режущей керамики и способ ее изготовления
RU2800345C1 (ru) Смешанная режущая керамика и способ изготовления режущей пластины из смешанной режущей керамики
US5106788A (en) Process for producing highly tough ceramics
Jing et al. Production of in situ vanadium carbide particulate reinforced iron matrix composite
JP2576867B2 (ja) 高靭性立方晶窒化硼素基焼結体
RU2699434C1 (ru) Способ получения керамической пластины для режущего инструмента
Abolkassem et al. Studying the Microstructure and Mechanical Properties of (WC–TiC-Co)/ZrO2 Composite Prepared by Powder Technology
EP0187737A1 (en) MACHINE CUTTING PROCESS OF METAL SILICON MACROPARTICLES WITH Si3N4.
GB2065715A (en) Hot pressed silicon nitride
US2171391A (en) Process of producing hard materials
US5352533A (en) Ceramic composite body, process for producing a ceramic composite
EP0484014A1 (en) Boron carbide-reactive metal cermets having microstructure tailored by post-densification heat treatment
Komanduri et al. Ceramics
Khakimovich et al. Implementation of technology production of composite tools of super-hard materials
Ezugwu Manufacturing methods of ceramic cutting tools
Joardar Optimization for turning of aluminium and titanium Di boride cast composites using response surface methodology
JPH061666A (ja) 立方晶窒化硼素質焼結体およびその製造方法