СОСТАВ СМЕШАННОЙ РЕЖУЩЕЙ КЕРАМИКИ И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2022 года по МПК C22C1/10 C22C29/00 B22F3/14 B22F3/24 C04B35/01 B23P15/28 

Изобретение относится к изготовлению высокопрочных керамических пластин, для оснащения режущего инструмента для обработки труднообрабатываемых сталей и сплавов, а также высокопрочных и серых чугунов СЧ18, СЧ20, и др., на металлообрабатывающих станков.

Известны ГОСТЫ на режущую керамику ВОК-60 ГОСТ 25003-81; ВОК-71, ВОК-73 ГОСТ19043-80; Кроме ГОСТов Справочник под.ред. Жедь В.П. Режущие инструменты, оснащенные сверхтвердыми и керамическими материалами, и их применение: справочник / В.П. Жедь и др./ - Москва; Машиностроение, 1987. - 319 с.

Известна (см.Пучкин В.Н., Корниенко В.Г., Кононенко Т.В. «Повышение технологических режимов на станках с ЧПУ при токарной обработке (методология). Монография Изд. ФГБОУ ВО «КубГТУ», г. Краснодар. 2014, с. 17) оксидно-карбидная марок ВОК-60, ВОК-63, ВОК-73 (смешанная, «металлическая», «черная») керамика, состоящая из оксида А1203 (до 60 %), TiC (до 20-40 %), Zr02 (до 20-40 %) и других карбидов тугоплавких металлов с некоторыми легирующими добавками. Пластины из оксидно-карбидной керамики получают горячим прессованием в графитовых пресс-формах.

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.

Твердость 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; твердость HRA 94.

Известен способ получения керамической пластины для режущего инструмента (см. патент RU № 2699434 С1, 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.

Известен способ получения керамической пластины для режущего инструмента (см. 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-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.

Известны пластины из оксидно-карбидной режущей керамики марок ВОК-60, ВОК-63, ВОК-73, ВО-3 и др., выпускаемых нашей отечественной промышленностью ВОК-60 ГОСТ 25003-81 [http://docs.cntd.ru/document/1200009570]; ВОК-71 ГОСТ19043-80 (В. П. Жедь, Г. В. Боровский, Я* А. Музыкант, Г. М. Ипполитов «Режущие инструменты, оснащенные сверхтвердыми и керамическими материалами, и их применение: Справочник» Машиностроение, 1987 год, 320 с.).

Наиболее близким техническим решением является оксидно-карбидная режущая керамика ВОК-60 состоящая из оксида алюминия А1203 (до 60 %), TiC (до 20%), Zr02 (до 20%) с некоторыми легирующими добавками МgO и ZrO2. Исходным материалом для производства оксидной и оксидно-карбидной керамики в РФ является технический глинозем представляющий собой смесь двух модификаций: - А1₂0₃ с плотностью 3,65 г/см³ и а - А1₂0₃ с плотностью 3,96 г/см³. (см. В. П. Жедь, Г. В. Боровский, Я* А. Музыкант, Г. М. Ипполитов «Режущие инструменты, оснащенные сверхтвердыми и керамическими материалами, и их применение: Справочник» Машиностроение, 1987 год, стр.15-22).

Недостатком оксидно-карбидной режущей керамики на основе оксида алюминия: -является хрупкость, низкая износостойкость и корозионностойкость, температуростойкость, и низкая стойкость пластин особенно при обработке труднообрабатываемых сталей, сплавов и материалов.

Наиболее близким техническим решением является способ изготовления режущей керамики включающий (В. П. Жедь, Г. В. Боровский, Я* А. Музыкант, Г. М. Ипполитов «Режущие инструменты, оснащенные сверхтвердыми и керамическими материалами, и их применение: Справочник» Машиностроение, 1987 год, стр.15-22).

Пластины из оксидно-карбидной смешанной керамики получают горячим прессованием в графитовых пресс-формах. Пластины применяют для обработки ковких, отбеленных чугунов, термоулучшенных, цементуемых и закаленных на твердость HRC 30...65 сталей (см. табл. 1.4).

Основными недостатками способа являются:

1. Данный процесс более трудоемок, чем процесс получения оксидной керамики.

2. Пластины применяют для обработки ковких, отбеленных чугунов, термоулучшенных, цементуемых и закаленных на твердость HRC 30-65 сталей

3. Твердость пластин, получаемых данным способом - 94HRA, у предлагаемой нами РК 98,8 HRA;

4 Стойкость РК ВОК-60 Т = 25...30 мин., при обработке труднообрабатываемых сталей марки 12Х18Н9Т, у предлагаемой нами РК стойкость Т = 170 - 180 мин.

5. Напряжение у РК ВОК-60 600 МПа, у предлагаемой нами РК 950 МПа

Техническим результатом является:

- повышение межкристаллитной коррозионностойкости, температурной износостойкости, пластичности, ударной вязкости и работоспособности пластин из смешанной режущей керамики СМРК-60;

- повышения предела текучести во время горячего прессования и спекания пластин из режущей керамики;

- увеличения прочности и твердости пластин из режущей керамики;

Сущность изобретения заключается в том, что смешанная режущая керамика, содержащая оксид алюминия, нитрид кремния и карбид циркония, дополнительно содержит оксид кремния, оксид кобальта, карбид тантала, карбид титана и карбид вольфрама, при следующем соотношении компонентов, мас. %

оксид алюминия Аl2O3 17-24 нитрид кремния Si3N4 19-20 оксид кремния SiО2 19-20 оксид кобальта СоО 4-5 карбид циркония ZrC 3-4 карбид тантала TaC 7-8 карбид титана TiC 19-20 карбид вольфрама WC 5-6

Способ изготовления режущей пластины из смешанной режущей керамики характеризующийся тем, что смесь оксида кремния, оксида алюминия и нитрида кремния прокаливают при температуре 1700 - 1750°С, подвергают тонкому виброизмельчению на виброустановке в течение 3,5-4,0 ч и сушат, после сушки вводят оксид кобальта, карбид циркония, карбид тантала, карбид титана и карбид вольфрама и осуществляют смешивание до их равномерного распределения по объему и образования водной суспензии, в полученную водную суспензию вводят до 3% раскисляющих добавок катализаторов в виде оксида магния МgO, оксида кальция СаО, оксида натрия Nа2О и подвергают распылительной сушке с получением смеси, после чего полученную смесь прессуют с формированием режущей пластины, подвергают спеканию при температуре 3850-3900°С и кратковременному отжигу с выдержкой 10,0-15,0 минут при температуре 1600-1650°С, а затем осуществляют механическую обработку до достижения шероховатости граней равной 0,08-0,16 мкм.

Характеристики химических компонентов:

Оксид алюминия Аl₂O₃ ≥19%, - молекулярная масса М = 101,96; Б/ц, плотность ρ = 3,96 Г/см2; температура плавления tпл =2050°С; температура фазового перемещения α→β, 573°С, стандартная молярная теплоемкость =79,04 Дж × моль-1 × K-1, стандартная; молярная энтропия S⁰ = 50,92 Дж × моль-1 × K-1, стандартная молярная энтальпия образования ΔН - 113 кДж × моль-1, стандартная молярная энергия Гиббса образования ΔG = 1582 кДж × моль-1, молярная энтальпия плавления = 113 кДж × моль-1 не растворяется в Н₂О (в воде).

Оксид кремния SiO₂ ≥ 20%;- молекулярная масса М = 60,08; Б/ц, плотность ρ = 2,651 Г/см2; температура плавления tпл =1610°С; температура фазового перемещения α→β, 573°С, стандартная молярная теплоемкость =44,43 Дж × моль-1 × K-1, стандартная; молярная энтропия S⁰ = 41,84 Дж × моль-1 × K-1, стандартная молярная энтальпия образования ΔН - 908,3 кДж × моль-1, стандартная молярная энергия Гиббса образования ΔG = -856,7 кДж × моль-1, молярная энтальпия плавления = 8,54 кДж × моль-1 не растворяется в Н₂О (в воде), реаг. HF.

Карбид циркония ZrC ≥ 3%; - молекулярная масса М = 103,23; цвет темно-серый блестящий, плотность ρ = 6,7 Г/см2; температура плавления tпл ≈3500°С; температура кипения tкип ≈5100°С, стандартная молярная теплоемкость =37,90 Дж × моль-1 ×K-1, стандартная молярная энтропия S⁰ = 33,3 Дж × моль-1 × K-1, стандартная молярная энтальпия образования - ΔН^O = - 206,7 кДж × моль-1, стандартная молярная энергия Гиббса образования ΔG = - 197,4 кДж моль-1, не растворяется в Н₂О (в воде), реаг. кисл.

Карбид титана TiC ≥ 30%- 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 теплоемкость =34,30 Дж × моль-1 × K-1, стандартная молярная энтропия S⁰ = 30,3 Дж × моль-1 × K-1, стандартная молярная энтальпия образования ΔН^O = - 209 кДж × моль-1, стандартная молярная энергия Гиббса образования ΔG = - 294,4 кДж × моль-1, не растворяется в Н₂О (в воде) и в кислотах HCl. H₂SO₄, реагирует с HNO₃ + HF, расплавляется щелочью.

Карбид вольфрама WC ≥ 5%- молекулярная масса М = 195,86; цвет серо-синий, плотность ρ = 15,7 Г/см²; температура плавления tпл = 2600°С; стандартная молярная теплоемкость = 35,10 Дж × моль-1 × K-1, стандартная молярная энтропия S⁰ = 35 Дж × моль-1 × K-1, стандартная молярная энтальпия образования ΔН^O - 41 кДж × моль-1, стандартная молярная энергия Гиббса образования ΔG = - 39,5 кДж × моль-1, не растворяется в Н2О (в воде).

Нитрид кремния Si₃N₄, молекулярная масса М = 140,28; бесцвет., плотность ρ = 3,44 Г/см²; температура плавления t_пл = 1900°С; стандартная молярная теплоемкость =99,87 Дж × моль-1 × K-1, стандартная молярная энтропия S⁰ = 95,4 Дж × моль-1 × K-1, стандартная молярная энтальпия образования ΔН^O = - 750 кДж × моль-1, стандартная молярная энергия Гиббса образования ΔG = - 647,7 кДж × моль-1, не растворяется в Н2О (в воде), кисл. Распл.

Карбид тантала ТаC ≥ 7%- молекулярная масса М = 192,96; цвет золот желтый, плотность ρ = 14,4 Г/см²; температура плавления t_пл = 3800°С; температура кипения t_кип ≈ 5500°С; стандартная молярная теплоемкость = 36,8 Дж × моль-1 × K-1, стандартная молярная энтропия S⁰ = 42,34 Дж × моль-1 × K-1, стандартная молярная энтальпия образования ΔН^O - 141,8 кДж × моль-1, стандартная молярная энергия Гиббса образования ΔG = - 140,4 кДж × моль-1, не растворяется в Н₂О (в воде), медл. Реаг. HF, Н₂SO₄, реаг. с HF + HNO₃.

Оксид кобальта СоО ≥5%;- молекулярная масса М = 74,93; сер. зел. , плотность ρ = 5,7...6,7 Г/см2; температура плавления tпл =1935°С; разл. стандартная молярная теплоемкость =55,23 Дж × моль-1 × K-1, стандартная; молярная энтропия S⁰ = 43,9 Дж × моль-1 × K-1, стандартная молярная энтальпия образования ΔН - 239,3,3 кДж × моль-1, стандартная молярная энергия Гиббса образования ΔG = -213,4,7 кДж × моль-1, не растворяется в Н₂О (в воде), реаг. кисл.

Оксид кальция СаO ≥ 1%;- молекулярная масса М = 56,08; Б/ц, плотность ρ = 3,4 Г/см2; температура плавления tпл =2600°С; температура фазового перемещения α→β, 573°С, стандартная молярная теплоемкость =42 Дж × моль-1 × K-1, стандартная; молярная энтропия S⁰ = 38,1 Дж × моль-1 × K-1, стандартная молярная энтальпия образования ΔН - 635,1 кДж × моль-1, стандартная молярная энергия Гиббса образования ΔG = -604,2 кДж × моль-1, молярная энтальпия плавления = 52 кДж × моль-1, реаг. кислотами.

Оксид натрия Nа₂O ≥ 1%;- молекулярная масса М = 61,98; Б/ц, плотность ρ = 2,27 Г/см2; стандартная молярная теплоемкость = -377 Дж × моль-1 × K-1, стандартная; молярная энтропия S⁰ = 75,3 Дж × моль-1 × K-1, стандартная молярная энтальпия образования ΔН - 415 кДж × моль-1, стандартная молярная энергия Гиббса образования ΔG = -377 кДж × моль-1, реаг.с водой H₂O.

Оксид магния МgO ≥ 1%;- молекулярная масса М = 40,3; Б/ц, плотность ρ = 3,58 Г/см2; температура плавления tпл =2825°С; температура кипения tкип =3600°С; стандартная молярная теплоемкость = 37,2 Дж × моль-1 × K-1, стандартная; молярная энтропия S⁰ = 27,1 Дж × моль-1 × K-1, стандартная молярная энтальпия образования ΔН - 601,5 кДж × моль-1, стандартная молярная энергия Гиббса образования ΔG = -567 кДж × моль-1, реаг.в солях NH₄ , реаг. с кислотами.

Рассмотрим пример изготовления пластин.

Технологический процесс изготовления предлагаемого состава пластин из режущей керамики марки СМРК-60

Изготовление пластин из смешанной режущей керамики нового химического состава марки СМРК-60, для оснащения режущего инструмента осуществляется следующим образом:

Сырье для изготовления пластин из смешанной режущей керамики нового химического состава марки СМРК-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.

Отбор сырья для способа получения пластин из смешанной режущей керамики нового химического состава марки СМРК-60 производится по следующим критериям по химической чистоте глинозема состоящего из оксида алюминия Аl₂O₃, оксид кремния SiО₂ ^, а также нитрида кремния Si₃N₄ и оксида кобальта СоО., так как могут попасть из глинозема не допустимые оксиды Na₂О, СаО). Кроме того отбор глинозема Na₂О, СаО а также нитрида кремния Si₃N₄ и оксида кобальта СоО производится по влажности, которая также недопустима, так как она влияет на спекаемость пластин. Важен фактор измельчения глинозема, нитрида кремния Si₃N₄ и оксида кобальта СоО до 0,8...1,2 мкм. Площади поверхности зерна химических соединений с целью получения мелкозернистой структуры кристаллической решетки прессуемых пластин из режущей керамики нового состава, что также является одним из важных критериев, (т.е. зернистость РК).

Зернистость влияет также на плотность пластин и является одним из важных показателей. Чем выше плотность, тем меньше зерно и лучше структура кристаллической решетки пластины, которая влияет на основные механические свойства пластин из режущей керамики при их эксплуатации (особенно при резании труднообрабатываемой стали марки 12Х18Н9Т).

Далее осуществляют приготовление шихты.

При помощи дозатора и аналитических весов добавляем в основной состав, который состоит из оксида-кремния (SiО₂, оксида алюминия Аl₂O₃, нитрида кремния Si3N4, в процентном содержании небольшие количества химических соединений оксид кобальта СоО, карбид циркония ZrC, карбид титана ТiC, карбид тантала TaC, карбид вольфрама WС, которые способствуют образованию упрочняющих фаз, повышают твердость и устойчивость против отпуска, жаропрочность и коррозионную стойкость, ударную вязкость, пластичность пластин, а также облегчающих спекание пластин и тормозящих рост зерен. При тщательном смешивании данной «массы» в смесителе эти добавки равномерно распределяются по всему объему; получается водная суспензия, которую после введения раскисляющих добавок катализаторов оксида магния МgO, оксида кальция СаО, оксида натрия Nа₂O, для улучшения спекаемости сплава при прессовании подвергают распылительной сушке.

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.

Основной состав, который состоит из оксида-кремния SiО2 20%, оксида алюминия Аl2O3 20%, нитрида кремния Si3N4 20%; прокаливается до 1700-1750°С и подвергается тонкому виброизмельчению на виброустановке в течение 3,5-4,0 ч (необходимое время для измельчения массы состава) до получения частиц размером 0,8-1,5 мкм (до 90-95 % в основной массе) при максимальном размере частиц 1,5 мкм. (за данное время происходит измельчение частиц массы до размера 1,5 мкм).

Полученная масса обогащается и сушится.

Если выйти за пределы указанных рациональных температур 1700-1750°С, будет происходить изменение кристаллической структуры пластин произойдет рост зерен в сплаве, что приведет при испытаниях к сколу пластин, к трещинам и к хрупкости пластин и затуплении их, 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, оснащенного пластинами из смешанной режущей керамики нового химического состава СМРК-60.

Затем производится пластификация и горячее прессование пластин, из полученной смеси.

Спекаются отпрессованные пластины из смешанной режущей керамики марки СМРК-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 смешанной режущей керамики нового химического состава, для оснащения режущего инструмента достигается следующий результат:

- повышена межкристаллитная коррозионностойкость, температурная износостойкость, пластичность, ударная вязкость и работоспособность пластин из смешанной режущей керамики СМРК-60 в 3,3 раза;

- повышается предел текучести в 1,6 раза и увеличивает прочность и твердость пластин в 1,3 раза;

- улучшены физико-химические свойства смешанной режущей керамики марки СМРК-60 нового химического состава по сравнению с оксидно-карбидной РК марки ВОК-60, выпускаемой нашей отечественной промышленностью и зарубежной;

- увеличена стойкость смешанной режущей керамики марки СМРК-60 нового химического состава, при резании труднообрабатываемых сталей 12Х18Н10Т, 40Х13, 14Х17Н2 и сплавов, а также высокопрочных и серых чугунов СЧ18, СЧ20, и др, до 180 мин по сравнению с оксидно-карбидной РК марки ВОК-60, выпускаемой нашей отечественной промышленностью, которая составляет не более 25-30 мин, в зависимости от режимов резания;

- установлены температурные режимы резания при обработке труднообрабатываемых сталей 12Х18Н10Т, 40Х13, 14Х17Н2 и сплавов, а также высокопрочных и серых чугунов СЧ18, СЧ20, др., и термодинамические закономерности режимов этого процесса; расширен интервал температур резания в зоне резания при обработки труднообрабатываемых сталей «заготовка-инструмент» до 650°С, при которой сохраняется режущие свойства инструмента, оснащенного пластинами из смешанной режущей керамики нового химического состава, при этом не ухудшается качество и точность обрабатываемой детали и не происходит затупления режущего инструмента;

- определены рациональные режимы резания, при которых износостойкость РИ, оснащенного пластинами из смешанной режущей керамики марки СМРК-60 нового химического состава, при обработки труднообрабатываемых, жаропрочных 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 смешанной режущей керамики марки СМРК-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, оснащенными пластинами из смешанной режущей керамики марки СМРК-60 и резцами, оснащенными пластинами из оксидно-карбидной режущей керамики марки ВОК-60 на основе оксида алюминия.

При этом стойкость резцов, оснащенных пластинами из смешанной режущей керамики марки СМРК-60, составляла 150-180 мин, а резцов, оснащенных пластинами из оксидно-карбидной режущей керамики марки ВОК-60 на основе оксида алюминия, составляла 37-47 мин. ТО стойкость резцов, оснащенных пластинами из смешанной режущей керамики марки СМРК-60, была приблизительно 3,8 раза выше резцов, оснащенных пластинами из оксидно-карбидной режущей керамики марки ВОК-60 на основе оксида алюминия.

Данная разработка и изготовления пластин из смешанной режущей керамики СМРК-60 нового химического состава Аl2O3 20% SiO2 20%, Si3N4 20%, СоО 5%; ZrC 3%; ТiC 20%; TaC 7%;WС 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 смешанной режущей керамики СМРК-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» Общество с ограниченной ответственностью Механизация, автоматизация производственных процессов, при обработки валов из труднообрабатываемой стали 12Х18Н10Т. Применение пластин из смешанной режущей керамики СМРК-60, при обработки 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» 250 тыс. руб. по сравнению с применением твердосплавного вольфрамосодержащего РИ. Также внедрены пластины из смешанной режущей керамики СМРК-60, для оснащения РИ, при обработки валов и шестерен из труднообрабатываемых сталей 12Х18Н10Т, 14Х17Н2 и серого чугуна СЧ18 на Армавирском электромеханическом заводе» ОАО «ЭЛТЕЗА» 220 тыс. руб.

Составы сырья для изготовления пластин и физико-механические показатели изделий представлены в таблице.

Таблица. Составы сырья для изготовления пластин из РК и химико-механические свойства их

№
состава оксид алюминия нитрид кремния оксид кремния оксид кобальта карбид циркония карбид тантала карбид титана карбид
вольфрама Твердость
HRA Стойкость,
мин Напряжение изгиба
МПа Напряжение сжатия Плотность
г/см³ Размер зерна
мкм 1 10 21 21 6 5 9 21 7 91 60-90 600 4900 5,5 2 2 17 20 20 5 4 8 20 6 94 100-120 800 5000 6,2 1,5 3 19,5 19,5 19,5 4,5 3,5 7,5 19,5 6,5 98,8 170-180 950 5100 7,75 0,9 4 24 19 19 4 3 7 19 5 96,5 140-160 920 5000 7.65 1.2 5 30 18,5 18,5 3 2 6 18 4 93 110 750 4850 5,8 1,6 Наиболее близкий аналог* 60 - - - 20 - 20 - 94 93 25 -30 600 4800 4,2 2-3

*- оксидно-карбидная режущая керамика ВОК-60(см. В. П. Жедь, Г. В. Боровский, Я* А. Музыкант, Г. М. Ипполитов «Режущие инструменты, оснащенные сверхтвердыми и керамическими материалами, и их применение: Справочник» Машиностроение, 1987 год, 320 с.) стр. 15-22.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности, к изготовлению высокопрочных керамических режущих пластин. Может использоваться для оснащения режущего инструмента для обработки труднообрабатываемых сталей и сплавов, а также высокопрочных и серых чугунов. Смешанная режущая керамика содержит, мас. %: оксид алюминия 17-24, нитрид кремния 19-20, оксид кремния 19-20, оксид кобальта 4-5, карбид циркония 3-4, карбид тантала 7-8, карбид титана 19-20, карбид вольфрама 5-6. Смесь оксида кремния, оксида алюминия и нитрида кремния прокаливают при температуре 1700-1750°С, подвергают тонкому виброизмельчению на виброустановке в течение 3,5-4,0 ч и сушат. После сушки вводят оксид кобальта, карбид циркония, карбид тантала, карбид титана и карбид вольфрама и осуществляют смешивание до их равномерного распределения по объему и образования водной суспензии, в которую вводят до 3% раскисляющих добавок катализаторов в виде оксида магния МgO, оксида кальция СаО, оксида натрия Nа₂О и подвергают распылительной сушке с получением смеси. Полученную смесь прессуют с формированием режущей пластины, спекают при температуре 3850-3900°С и подвергают кратковременному отжигу с выдержкой 10,0-15,0 мин при температуре 1600-1650°С. После отжига осуществляют механическую обработку до достижения шероховатости граней, равной 0,08-0,16 мкм. Обеспечивается повышение межкристаллитной коррозионностойкости, температурной износостойкости, пластичности, ударной вязкости и работоспособности, предела текучести во время горячего прессования и спекания пластин, прочности и твердости. 2 н.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр.

1. Смешанная режущая керамика, содержащая оксид алюминия, нитрид кремния и карбид циркония, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит оксид кремния, оксид кобальта, карбид тантала, карбид титана и карбид вольфрама, при следующем соотношении компонентов, мас. %

оксид алюминия Аl₂O₃ 17-24 нитрид кремния Si₃N₄ 19-20 оксид кремния SiО₂ 19-20 оксид кобальта СоО 4-5 карбид циркония ZrC 3-4 карбид тантала TaC 7-8 карбид титана TiC 19-20 карбид вольфрама WC 5-6

2. Способ изготовления режущей пластины из смешанной режущей керамики по п. 1, характеризующийся тем, что смесь оксида кремния, оксида алюминия и нитрида кремния прокаливают при температуре 1700-1750°С, подвергают тонкому виброизмельчению на виброустановке в течение 3,5-4,0 ч и сушат, после сушки вводят оксид кобальта, карбид циркония, карбид тантала, карбид титана и карбид вольфрама и осуществляют смешивание до их равномерного распределения по объему и образования водной суспензии, в полученную водную суспензию вводят до 3% раскисляющих добавок катализаторов в виде оксида магния МgO, оксида кальция СаО, оксида натрия Nа₂О и подвергают распылительной сушке с получением смеси, после чего полученную смесь прессуют с формированием режущей пластины, подвергают спеканию при температуре 3850-3900°С и кратковременному отжигу с выдержкой 10,0-15,0 мин при температуре 1600-1650°С, а затем осуществляют механическую обработку до достижения шероховатости граней, равной 0,08-0,16 мкм.