2.4 Минералокерамика

Основой керамики является корунд — мине­рал кристаллического строения, состоя­щий из оксида алюминия Аl2Оз. Полу­чают корунды из технического глинозема в электро­печах при высокой температуре, в связи с чем их принято называть электрокорундами. Кристаллы элек­трокорунда имеют высокую природную теплостойкость. Это качество элек­трокорунд передает и минералокерамике.

Кристаллы свободного от примесей электрокорунда имеют белый цвет. При­меси химических элементов придают электрокорундам различные цветовые от­тенки.

Режущие инструменты, оснащенные минералокерамикой, обладают высокой твердостью (HRA 92...94), теплостой­костью (до 1200° С), износостойкостью и неокисляемостью. Металлокера­мика превосходит по стойкости твердые сплавы, но уступает им по механическим свойствам.

Наибольшее рас­пространение в настоящее время получила керамика оксидного (белая), оксидно-карбидного (черная), оксидно-нитридная.

Оксидная керамика содержит до 99% Аl2Оз ее получают путем прессования тонко измельченных частиц Аl2Оз с последующим горячим спеканием. Из кристаллов электрокорунда, добав­ляя к ним стекло как связующее ве­щество, изготовляют стандартные минералокерамические режущие пластинки. Бе­лые минералокерамические пластинки выпускаются под маркой ЦМ332.

ЦМ-332 получают из тонкоизмельченного электрокорунда (с размером зерна 1 -2 мкм). Низкая изгибная прочность (σи=0,3...0,4 ГПа) и термо­циклическая усталость позволяют применять эту керамику только на чистовых и получистовых операциях, при наличии виброустойчи­вого оборудования.

Минералокерамика ЦМ332 имеет теплостойкость порядка 1500 °С. Столь высокая теплостойкость позволяет обрабатывать металлы со скоростями резания 300.. .600 м/мин.

Сейчас освоены новые марки оксидной керамики с улучшенными физико-механическими свойствами, такие, как В013 (σи=40—50 кгс/мм²), ВШ-75 (σи =56—60 кгс/мм²) и др.

Оксидную керамику рекомендуется использовать для чистового и получистового точения не термообработанных сталей, а также серых и ковких чугунов с твердо­стью НВ 200 и менее.

Существенным недостатком белых минералокерамических пластинок является их низкая механическая прочность. Кроме того, пластинки хрупки и их режущие лез­вия могут выкрашиваться в процессе резания. Поэтому оксидная минералокерамика при­годна только для тонкой окончательной обработки.

Оксидно-карбидную керамику получают добавлением к ее основе (Аl2Оз). В результате этого значительно повышается изгибная прочность керамики (до 0,6...0,7 ГПа) при некотором снижении теплостойкости и износостойкости все это позволяет значительно расширить область ее применения. Эти виды керамики рекомендуется применять для чистового и получистового точения и фрезерования закаленных сталей (HRC 45 и более), се­рых чугунов (НВ 240), отбеленных чугунов (НВ 400— 700), а также нержавеющих сталей.

Режущие свойства керамических пластин можно повысить отжигом.

Низкая прочность и склон­ность к выкрашиванию минералокерами-ки ЦМ332 послужили толчком к поискам новых, более прочных составов минералокерамики. С этой целью в нее начали добавлять различные тугоплавкие соеди­нения — карбиды вольфрама, титана (английское название: cermets) и мо­либдена (до 40%). Образовавшиеся составы из кристаллов корунда и карбидов тугоплав­ких металлов получили название кер­меты, которые состоят из окиси алюминия с включением тугоплавких материалов и других компонентов.

Пластинки керметов, имеющие темную, практически черную окраску, из­готовляются промышленностью в виде многогранных и круглых пластинок. Они имеют марки ВОК-60, ВОК-63 и ВЗ.

Керметы имеют предел прочности на изгиб σи = 0,6.. .0,7 ГПа, что почти в два раза выше, чем у пластинок марки ЦМ332. Однако добавка к минералоке­рамике карбидов тугоплавких металлов снизила теплостойкость керметов до 1100-1200°С. Твердость пластинок из кермета и минералокерамики практически одинакова.

Инструментами из этого материала можно работать при очень высоких скоростях резания. Вследствие малой теплопроводности [45—260 Вт/(м-К)] режущая пластина в процессе резания oстается почти холодной, тепловая энергия резания отводится не через инструмент, а через заготовку и в большей степени уносится со стружкой.

Химические реакции и наростообразование при резании легированных металлов делают минералокерамику на базе окислов алюминия непригодной для обработки алюминиевых, магниевых, титановых сплавов.

Для успешного использования минералокерамических режущих материалов, обладающих малой прочностью при изгибе и сравнительно большой чувствительностью к ударным механические и температурным нагрузкам, необходимы специальные условия обработки и жесткая системы СПИД (станок-приспособление-инструмент-деталь).

Инструмент с пластинами из минералокерамики исполь­зуется при получистовом и чистовом точении и растачивании заготовок (из высокопрочных и отбеленных чугунов, из зака­ленных и труднообрабатываемых сталей, некоторых цветных металлов и их сплавов, а также неметаллических материалов) с высокими скоростями резания в условиях безударной обра­ботки и без охлаждения. должна быть высокой.

Минералокерамические материалы ВЗ и ВОК-60 при замене твердых сплавов ТЗОК4, ВКЗМ и ВК6М обеспечивают повышение стойкости в 5—10 раз при увеличении производительности в 2 раза. Одна ре­жущая пластина из ВЗ или ВОК-60 заменяет шесть— восемь пластин из твердого сплава. Материал ВЗ исполь­зуют для чистовой и получистовой обработки без ударов сталей, закаленных до HRCэ 30—50.

Оксидно-нитридная — инструмен­тальный материал "картинит" ОНТ-20, состоит из Аl2Оз и TiN.

Картинит имеет мелко­зернистую структуру и предназначен для чистового и по­лучистового точения и фрезерования сталей, закален­ных до HRC< 55.