1.4. Керамика

В настоящее время промышленностью выпускается четыре основные группы режущей керамики - оксидная (белая керамика) на основе Al₂,O₃, оксидно-карбидная (черная или смешанная керамика) на основе композиции Al₂O₃+TiC, оксидно-нитридная (кортинит) на основе композиции А1₂О₃ +TiN и нитридная на основе Si₃N₄. Обычно инструментальную керамику выпускают в виде спеченных пластин различной формы, которые механически крепятся к корпусам инструментов.

В отличие от твердых сплавов, керамика не содержит металла-связки. В ее состав входят только твердые компоненты - оксиды, карбиды, нитриды. Поэтому степень разупрочнения керамики при нагреве сильно снижается, и она имеет весьма высокие значения теплостойкости (до 1400 °С) и твердости (до 96 HRA). Это позволяет осуществлять обработку керамическими инструментами на скоростях резания, которые до 2,5 раз превышают скорости резания твердосплавными инструментами. В то же время, отсутствие связующей фазы в структуре керамики определяет ее низкую трещиностойкость и прочность.

Например, низкая трещиностойкость керамики является причиной формирования фронта трещин, которые из-за отсутствия пластичной связующей фазы не встречают барьеров, способных затормозить или остановить их развитие.

Еще одной специфической особенностью керамики является высокая чувствительность к колебаниям температуры. Поэтому для уменьшения опасности возникновения «тепловых ударов», обработку изделий керамическими инструментами рекомендуется вести без применения СОЖ. При необходимости применения СОЖ (для смыва стружки, охлаждения детали и др.) следует обеспечивать непрерывный обильный полив зоны резания.

Допустимый износ по задней поверхности керамических пластин при их эксплуатации составляет не более 0,3 мм при обработке сталей и до 0,5 мм - при обработке чугунов.

Указанные особенности керамики определяют область ее предпочтительного применения. В настоящее время керамические инструменты в основном применяют для чистовой и получистовой обработки серых, ковких, высокопрочных и отбеленных чугунов, низко- и высоколегированных сталей, в том числе закаленных, цветных металлов и полимерных материалов (К01...К05; Р01...Р10). В этих условиях инструменты, оснащенные пластинами из керамики, существенно превосходят по работоспособности твердосплавные инструменты.

Таблица 14

Марки и физико-механические характеристики

керамики отечественного производства [2]

Марка	Основа	Плотность, г/смЗ	Твердость, HRA	Предел npочности, σизг, МПа	Область применения
1	2	3	4	5	6
BO-100 (B1)	Al2O3	4.16	92	600	Высокоскоростная токарная обработка чугунов и сталей в состоянии поставки без применения СОЖ
BOK-200 (B2)	Al2O3 + TiC	4.20…4.30	93	650	Чистовая и получистовая обработка резанием углеродистых и легированных сталей, серых и ковких чугунов, графита и других материалов без npименения СОЖ или при обильном охлаждении.
BOKC-300 (B3)	Al2O3 + TiC	4.25	93	950	Чистовая и получистовая токарная обработка углеродистых, легированных, закаленных сталей и чугунов; точение с ударами, возникающими от абразивных включений; получистовое и чистовое точение с неравномерными npипусками; нарезание резьб и канавок в закаленных сталях
					Окончание табл. 14
1	2	3	4	5	6
TBИH-200 (T2)	Si2N4 + оксиды	3.45	93.5	750	Обработка всех видов чугунов с большими подачами и скоростями резания, черновое, получистовое и чистовое точение, фрезерование, в том числе с пpименением СОЖ, а также обработка сплавов на основе никеля и кобальта
TBИH-400 (T4)	Al2O3 + SiC	3.70…3.80	94	850	Обработка никелевых сплавов, закаленных высоколегировaнныx и быстрорежущих сталей и чугунов твердостью более 250 НВ, с высокими скоростями и большими подачами; черновое, получистовое и чистовое точение и фрезерование, в том числе с npименением СОЖ

Применение керамики при обработке с повышенными сечениями среза или при прерывистом резании резко снижает ее эффективность вследствие высокой вероятности (более 50%) внезапного отказа из-за хрупкого разрушения в виде выкрашиваний и сколов. Поэтому в последнее время в РФ и ряде зарубежных стран ведутся активные работы по созданию новых или усовершенствованию известных марок керамики с целью повышения их прочностных характеристик. К таким разработкам относится керамика, армированная «нитевидными кристаллами» SiC или легированная TiB₂, ZrO₂, и другими компонентами. Кроме того, наряду с совершенствованием составов керамики, для повышения ее эксплуатационных характеристик в промышленности используют более современные технологии получения керамических пластин - горячее изостатическое прессование, золь-гель синтез и др., а также различные способы нанесения износостойких покрытий. [2]

В таблице 14 представлены физико-механические характеристики и основные марки отечественной минералокерамики, выпускаемой ФГУП ВНИИТС, а в таблице 15 − марки и области применения керамики, выпускаемой зарубежными производителями, − Sandvik Coromant и Kennametal.

Таблица 15

Области применения керамики зарубежного производства

Марка	Группа применения	Область применения
1	2	3
Sandvik Coromant
СС620	К01	Высокоскоростная обработка сталей и чугунов
СС650	К01; М10	Чистовая обработка чугунов, закаленных сталей и жаростойких сплавов
СС670	К10 М10-М25	Обработка жаростойких сплавов и материалов с высокой твердостью
СС680	К10	Прерывистое резание серого чугуна в тяжелых условиях, обработка жаростойких материалов
СС6090	К10	Черновая обработка в благоприятных условиях, высокоскоростная получистовая и чистовая обработка серого чугуна
GC1690	К10	Черновая, получистовая и чистовая обработка чугунов
Kennametal
АС5	Р05; К05	Обработка чугунов и сталей
КY1615	Р10; К10	Черновая и чистовая обработка твердых материалов, валов из твердого чугуна, чистовая обработка серых чугунов
КY4400	Р05; К01	Чистовая обработка твердых материалов до 65HRC, чистовая обработка серых чугунов
КY4300	М10; К10	Обработка жаропрочных сплавов, обработка высокопрочных чугунов
КY2100	М10	Обработка (черновая и чистовая) жаропрочных сплавов
КY3400	К10	Высокоскоростная обработка чугунов с шаровидным графитом, особенно в условиях тяжелого прерывистого резания
КY3500	Кl5	Высокоскоростная обработка серого чугуна, возможна обработка по корке при прерывистом резании