Смешанная режущая керамика и способ изготовления режущей пластины из смешанной режущей керамики Российский патент 2023 года по МПК C22C1/10 C22C29/00 B22F3/14 B22F3/24 C04B35/01 B23P15/28 

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

Известны (ГОСТЫ на режущую керамику ВОК-60 ГОСТ 25003-81; ВОК-63, В-3, ВОК-73 ГОСТ19043-80).

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. 173) выпускаемая отечественная оксидно-карбидная режущая керамика марок ВОК-60, ВОК-63, В-3, 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.

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 σ_и = 600 МПа; плотность 4,2 г/см³; размер зерна 2...3 мкм; твёрдость HRA 92… 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, 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 А1₂O₃ (до 60 %), TiC (до 20%), ZrO₂ (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: γ – А1₂O₃ с плотностью 3,65 г/см³ и α – 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, с. 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 (см. там же) где 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. Твёрдость пластин получаемых данным способом – 94HRA, у предлагаемой нами РК 99 HRA.

4 Стойкость РК ВОК-60 Т = 25...30 мин, при обработке труднообрабатываемых сталей марки 12Х18Н9Т, у предлагаемой нами РК стойкость Т = 180…185 мин.

5. Напряжение у РК ВОК-60 σ_в = 600 МПа, у предлагаемой нами РК σ_в = 990 МПа

Техническим результатом предлагаемого решения является:

– повышение межкристаллитной коррозионностойкости, температурной износостойкости, пластичности, ударной вязкости и работоспособности пластин из оксидно-карбидной титано-тантало-вольфрамовой режущей керамики ОК60ТТВРК40;

– повышения предела текучести во время горячего прессования и спекания пластин;

− увеличения прочности и твердости пластин.

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

оксид алюминия Аl₂O₃ 27 - 30 оксид кремния SiО₂ 27 - 31 карбид тантала TaC 9 - 10 карбид титана TiC 23 - 24 карбид вольфрамаWC 9 - 10

Способ изготовления режущей пластины из смешанной режущей керамики характеризующийся тем, что смесь оксида-кремния, оксида алюминия, прокаливают при температуре 1750 − 1760°С, подвергают тонкому виброизмельчению на виброустановке в течение 3,5…4,5 ч и сушат, после сушки к основному составу вводят карбид титана, карбид тантала, карбид вольфрама, и осуществляют смешивание до их равномерного распределения по объему и образования водной суспензии, в полученную водную суспензию вводят раскисляющие добавки катализаторов в виде оксида магния МgO, оксида кальция СаО, оксида натрия Nа₂O, и подвергают распылительной сушке с получением смеси, после чего полученную смесь прессуют с формированием режущей пластины, подвергают спеканиюпри температуре 3870...3950°С и кратковременному отжигу с выдержкой 10,0-15,0 минут при температуре 1650-1680°С, и подвергают спеченные пластины механической обработке с получением шероховатости граней, равной 0,06-0,08 мкм.

Применяемые катализаторы в процессе спекания пластин и их присутствие при этом способствует спеканию сплава данной пластины, так как карбиды титана, тантала и вольфрама тугоплавкие и при спекании при высокой температуре Т = 3800°С. Для справки карбид титана ТiС имеет температуру плавления Т = 3140°С, карбид тантала ТаС имеет температуру плавления Т = 3800°С, карбид вольфрама WC, имеет температуру плавления 2600°С. Поэтому и выбрана рациональная температура спекания Т = 3800°С, а также для измельчения зернистости структуры сплава пластин и уменьшения зерна сплава для повышения механических свойств пластин, спекание производится с присутствием катализаторов оксида кальция, оксида натрия, оксида магния.

Способ изготовления оксидно-карбидной титано-тантало-вольфрамовой режущей керамики ОК60ТТВРК40 содержащей оксид-кремния, оксид алюминия, оксид-кремния, прокаливают при температуре 1750 − 1760°С, подвергают тонкому виброизмельчению на виброустановке в течение 3,5…4,5 ч и сушат, после сушки к основному составу добавляют, карбиды титана, тантала, вольфрама, и осуществляют смешивание до равномерного распределения добавок по объему и образования суспензии, которую после введения в нее раскисляющих добавок катализаторов оксида магния МgO, оксида кальция СаО, оксида натрия Nа₂O, для улучшения спекаемости сплава при прессовании подвергают распылительной сушке, затем из полученной смеси прессуют режущие пластины, проводят спекание при температуре 3870...3950°С и кратковременный отжиг с выдержкой 10,0-15,0 минут при температуре 1650-1680°С, и подвергают спеченные пластины механической обработке с получением шероховатости граней, равной 0,06-0,08 мкм.

Характеристики химических компонентов:

Оксид алюминия Аl₂O₃ до 30%, – молекулярная масса М = 101,96; Б/ц, плотность ρ = 3,96 Г/см²; температура плавления t_пл =2050°С; температура фазового перемещения α→β, 573°С, стандартная молярная теплоёмкость =79,04 Дж × моль-¹ × K^-1, стандартная; молярная энтропия S⁰ = 50,92 Дж × моль^-1 × K^-1, стандартная молярная энтальпия образования ΔH – 113 кДж × моль^-1, стандартная молярная энергия Гиббса образования ΔG = 1582 кДж × моль^-1, молярная энтальпия плавления ΔH_пл = 113 кДж × моль^-1 не растворяется в Н₂О (в воде).

Оксид кремния SiO₂ ≥ 30%;– молекулярная масса М = 60,08; Б/ц, плотность ρ = 2,651 Г/см²; температура плавления t_пл =1610°С; температура фазового перемещения α→β, 573°С, стандартная молярная теплоёмкость =44,43 Дж × моль^-1 × K^-1, стандартная; молярная энтропия S⁰ = 41,84 Дж × моль^-1 × K^-1, стандартная молярная энтальпия образования ΔH – 908,3 кДж × моль^-1, стандартная молярная энергия Гиббса образования ΔG = –856,7 кДж × моль^-1, молярная энтальпия плавления ΔH_пл = 8,54 кДж × моль^-1 не растворяется в Н₂О (в воде), реаг. HF.

Карбид титана TiC ≥ 20%– молекулярная масса М = 59,91; цвет серый, плотность ρ = 4,92 Г/см²; температура плавления t_пл ≈ 3140°С; температура кипения t_кип ≈ 4300°С, стандартная молярная теплоёмкость =34,30 Дж × моль^-1 × K^-1, стандартная молярная энтропия S⁰ = 30,3 Дж × моль^-1 × K^-1, стандартная молярная энтальпия образования ΔH⁰ = – 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 щёлочью.

Карбид вольфрама WC ≥ 10%– молекулярная масса М = 195,86; цвет серо-синий, плотность ρ = 15,7 Г/см²; температура плавления t_пл = 2600°С; стандартная молярная теплоёмкость = 35,10 Дж × моль^-1 × K^-1, стандартная молярная энтропия S⁰ = 35 Дж × моль^-1 × K^-1, стандартная молярная энтальпия образования ΔH⁰= – 41 кДж × моль^-1, стандартная молярная энергия Гиббса образования ΔG = – 39,5 кДж × моль^-1, не растворяется в Н₂О (в воде).

Карбид тантала ТаC ≥ 10%– молекулярная масса М = 192,96; цвет золот жёлтый, плотность ρ = 14,4 Г/см²; температура плавления t_пл = 3800°С; температура кипения t_кип ≈ 5500°С; стандартная молярная теплоёмкость = 36,8 Дж × моль^-1 × K^-1, стандартная молярная энтропия S⁰ = 42,34 Дж × моль^-1 × K^-1, стандартная молярная энтальпия образования ΔH⁰ – 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 натрия Nа₂O ≥ 3%;– молекулярная масса М = 61,98; Б/ц, плотность ρ = 2,27 Г/см²; стандартная молярная теплоёмкость = –377 Дж × моль^-1 × K^-1, стандартная; молярная энтропия S⁰ = 75,3 Дж × моль^-1 × K^-1, стандартная молярная энтальпия образования ΔH – 415 кДж × моль^-1, стандартная молярная энергия Гиббса образования ΔG = –377 кДж × моль^-1, реаг. с водой H₂O.

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

Оксида кальция СаО ≥ 1%; молекулярная масса М = 56,08; Б/ц, плотность ρ = 3,4 Г/см²; температура плавления t_пл =2600°С; температура кипения t_кип =2850°С; стандартная молярная теплоёмкость = 42 Дж × моль^-1 × K^-1, стандартная; молярная энтропия S⁰ = 38,1 Дж × моль^-1 × K^-1, стандартная молярная энтальпия образования ΔH – 635 кДж × моль^-1, стандартная молярная энергия Гиббса образования ΔG = –604,2 кДж × моль^-1, реаг. с кислотами.

Рассмотрим пример изготовления пластин.

Технологический процесс изготовления предлагаемого состава пластин оксидно-карбидной титано-тантало-вольфрамовой режущей керамики марки ОК60ТТВРК40.

Изготовление пластин из оксидно-карбидной титано-тантало-вольфрамовой режущей керамики марки ОК60ТТВРК40, для оснащения режущего инструмента осуществляется следующим образом:

Сырье для изготовления пластин из оксидно-карбидной титано-тантало-вольфрамовой режущей керамики марки ОК60ТТВРК40 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 ОК60ТТВРК40 производится по следующим критериям по химической чистоте глинозема состоящего из оксида алюминия Аl₂O₃, оксид кремния SiО₂, так как могут попасть из глинозема недопустимые оксиды Na2О, СаО). Кроме того, отбор глинозема Na2О, СаО 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, в процентном содержании небольшие количества химических соединений карбид титана ТiC, карбид тантала TaC, карбид вольфрама WС, которые способствуют образованию упрочняющих фаз, повышают твёрдость, работоспособность и износостойкость пластин при обработке труднообрабатываемых материалов и сталей марок 12Х18Н9Т, 14Х17Н2, 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 1,0 мкм.

После контроля при положительных результатах можно приступать к прессованию режущих пластин и последующему горячему спеканию.

Основной состав, который состоит из оксида-кремния SiО₂ ≥ 30%, оксида алюминия Аl₂O₃ ≥ 30%, прокаливается до 1720-1780°С и подвергается тонкому виброизмельчению на виброустановке в течение 3,5-4,5 ч (необходимое время для измельчения массы состава) до получения частиц размером 0,8…1,0 мкм (до 90…95 % в основной массе) при максимальном размере частиц 1,0 мкм (за данное время происходит измельчение частиц массы до размера 1,0 мкм).

Полученная масса обогащается и сушится.

Если выйти за пределы указанных рациональных температур 1720-1780°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 их, при резании труднообрабатываемых материалов и сталей марок 12Х18Н9Т, 14Х17Н2, а также налипание расплавленного металла на обрабатываемую деталь, что ухудшает качество и точность обрабатываемой детали. При этом понижается стойкость режущего инструмента, оснащённого пластинами из оксидно-карбидной титано-тантало-вольфрамовой режущей керамики марки ОК60ТТВРК40.

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

Спекаются отпрессованные пластины из оксидно-карбидной титано-тантало-вольфрамовой режущей керамики марки ОК60ТТВРК40, при температуре 3880-3950°С и кратковременном режиме отжига с выдержкой от 10,0-15,0 мин при температуре 1620-1680°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 = 0,06-0,08 мкм.

В результате разработки и изготовления пластин повышенной прочности из оксидно-карбидной титано-тантало-вольфрамовой режущей керамики марки ОК60ТТВРК40 нового химического состава, для оснащения режущего инструмента достигается следующий результат:

– повышена межкристаллитная коррозионностойкость, температурная износостойкость, пластичность, ударная вязкость и работоспособность пластин из оксидно-карбидной титано-тантало-вольфрамовой режущей керамики марки ОК60ТТВРК40 в 3,35 раза;

– повышается предел текучести в 1,65 раза и увеличивает прочность и твердость пластин в 1,35 раза;

– улучшены физико-химические свойства оксидно-карбидной титано-тантало-вольфрамовой режущей керамики марки ОК60ТТВРК40 нового химического состава по сравнению с оксидно-карбидной РК марки ВОК-60, выпускаемой нашей отечественной промышленностью и зарубежной;

– увеличена стойкость оксидно-карбидной титано-тантало-вольфрамовой режущей керамики марки ОК60ТТВРК40 нового химического состава, при резании труднообрабатываемых сталей марок 12Х18Н10Т, 40Х13, 14Х17Н2 и сплавов, а также высокопрочных и серых чугунов СЧ18, СЧ20, и др, до 185 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 материалов и 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 680°С, при которой сохраняется режущие свойства инструмента, оснащённого пластинами из оксидно-карбидной титано-тантало-вольфрамовой режущей керамики марки ОК60ТТВРК40 нового химического состава, при этом не ухудшается качество и точность обрабатываемой детали и не происходит затупления режущего инструмента при резании;

– определены рациональные режимы резания, при которых износостойкость РИ, оснащённого пластинами из оксидно-карбидной титано-тантало-вольфрамовой режущей керамики марки ОК60ТТВРК40 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 оксидно-карбидной титано-тантало-вольфрамовой режущей керамики марки ОК60ТТВРК40 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-карбидной титано-тантало-вольфрамовой режущей керамики марки ОК60ТТВРК40 и резцами, оснащёнными пластинами из оксидно-карбидной режущей керамики марки ВОК-60 на основе оксида алюминия.

При этом стойкость резцов, оснащённых пластинами из оксидно-карбидной титано-тантало-вольфрамовой режущей керамики марки ОК60ТТВРК40 , составляла 175…185 мин, а резцов, оснащённых пластинами из оксидно-карбидной режущей керамики марки ВОК-60 на основе оксида алюминия, составляла 35…43 мин. Т.О. стойкость резцов, оснащённых пластинами из оксидно-карбидной титано-тантало-вольфрамовой режущей керамики марки ОК60ТТВРК40, была приблизительно 4,14 раза выше резцов, оснащённых пластинами из оксидно-карбидной режущей керамики марки ВОК-60 на основе оксида алюминия.

Данная разработка и изготовления пластин из оксидно-карбидной титано-тантало-вольфрамовой режущей керамики марки ОК60ТТВРК40 нового химического состава Аl₂O₃ ≥ 30%, SiO₂ ≥ 30%, ТiC ≥ 20%; TaC ≥ 10%;WС ≥ 10%; для оснащения режущих инструментов внедрена на ООО «МАПП» (Общество с ограниченной ответственностью Механизация, автоматизация производственных процессов), при обработке валов из труднообрабатываемой сталей 12Х18Н10Т и 14Х17Н2. Применение пластин из оксидно-карбидной титано-тантало-вольфрамовой режущей керамики марки ОК60ТТВРК40, 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 оксидно-карбидной титано-тантало-вольфрамовой режущей керамики марки ОК60ТТВРК40, 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» 200 тыс. руб. по сравнению с применением твёрдосплавного вольфрамосодержащего РИ марок Р6М5, Р9, Р18. Также внедрёны пластины из оксидно-карбидной титано-тантало-вольфрамовой режущей керамики марки ОК60ТТВРК40, для оснащения РИ, при обработки валов и шестерён из труднообрабатываемых сталей 12Х18Н10Т, 14Х17Н2 и серого чугуна СЧ18 на Армавирском электромеханическом заводе» ОАО «ЭЛТЕЗА» 230 тыс. руб.

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

Таблица

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

№
Состава
РК Оксид алюми-
ния Оксид
кремния карбид
тантала карбид
титана карбид
воль-
фрма Твёр-
дость
HRA Стойкость,
мин Напря-жение изгиба
МПа Напря-жение сжатия Плот-ность
г/см³ Размер зерна мкм 1 26 31 11 22 10 96 60-90 600 4900 5,5 2 2 27 31 10 23 9 97 100-120 800 5000 6,2 1,5 3 28 28 10 24 10 98,8 170-180 950 5100 7,75 0,9 4 30 27 9 24 10 98,5 150-170 980 5000 7.65 1.2 5 31 26 8 26 9 99 175-185 990 5250 5,4 0,8…1,0 Наиболее
близкий аналог
* 60 - - 40 - 94 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.

Оксид магния, оксид кальция и оксид натрия, т.к. они не входят в состав, а служат для улучшения спекаемости сплава при прессовании и измельчению зерна сплава кристаллической его решётки они участвуют лишь в процессе ее изготовления, проще говоря, они сгорают при высокой температуре и отделяются в виде шлака. Раскисляющие катализаторы необходимы для улучшения процесса спекания уже присутствующих в составе компонентов. Конечное изделие не содержит выше приведенных оксидов.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к изготовлению режущих пластин из смешанной керамики. Может использоваться для оснащения режущего инструмента для обработки труднообрабатываемых сталей и сплавов, а также высокопрочных и серых чугунов на металлообрабатывающих станках. Смешанная режущая керамика содержит, мас. %: оксид алюминия 27-30, оксид кремния SiО₂ 27-31, карбид тантала TaC 9-10, карбид титана TiC 23-24, карбид вольфрама WC 9-10. Смесь оксида кремния и оксида алюминия прокаливают при температуре 1750-1760°С, подвергают тонкому виброизмельчению на виброустановке в течение 3,5-4,5 ч и сушат. После сушки вводят карбид титана, карбид тантала, карбид вольфрама и осуществляют смешивание до их равномерного распределения по объему и образования водной суспензии, в которую вводят раскисляющие добавки катализаторов в виде оксида магния МgO, оксида кальция СаО, оксида натрия Nа₂O, и подвергают распылительной сушке с получением смеси. Полученную смесь прессуют с формированием режущей пластины, спекают при 3870-3950°С и подвергают кратковременному отжигу с выдержкой 10,0-15,0 минут при температуре 1650-1680°С. После отжига осуществляют механическую обработку с получением шероховатости граней, равной 0,06-0,08 мкм. Обеспечивается повышение межкристаллитной коррозионностойкости, температурной износостойкости, пластичности, ударной вязкости и работоспособности пластин, предела текучести во время горячего прессования и спекания пластин, прочности и твердости. 2 н.п. ф-лы, 1 табл.

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

оксид алюминия Аl₂O₃ 27-30 оксид кремния SiО₂ 27-31 карбид тантала TaC 9-10 карбид титана TiC 23-24 карбид вольфрама WC 9-10

2. Способ изготовления режущей пластины из смешанной режущей керамики по п. 1, характеризующийся тем, что смесь оксида кремния и оксида алюминия прокаливают при температуре 1750-1760°С, подвергают тонкому виброизмельчению на виброустановке в течение 3,5-4,5 ч и сушат, после сушки к основному составу вводят карбид титана, карбид тантала и карбид вольфрама и осуществляют смешивание до их равномерного распределения по объему и образования водной суспензии, в полученную водную суспензию вводят раскисляющие добавки катализаторов в виде оксида магния МgO, оксида кальция СаО, оксида натрия Nа₂O и подвергают распылительной сушке с получением смеси, после чего полученную смесь прессуют с формированием режущей пластины, подвергают спеканию при температуре 3870-3950°С и кратковременному отжигу с выдержкой 10,0-15,0 минут при температуре 1650-1680°С, и подвергают спеченные пластины механической обработке с получением шероховатости граней, равной 0,06-0,08 мкм.