Способ получения керамической пластины для режущего инструмента


B22F2302/10 - Порошковая металлургия; производство изделий из металлических порошков; изготовление металлических порошков (способы или устройства для гранулирования материалов вообще B01J 2/00; производство керамических масс уплотнением или спеканием C04B, например C04B 35/64; получение металлов C22; восстановление или разложение металлических составов вообще C22B; получение сплавов порошковой металлургией C22C; электролитическое получение металлических порошков C25C 5/00)

Владельцы патента RU 2699434:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") (RU)

Изобретение относится к получению керамических пластин режущего инструмента для обработки резанием труднообрабатываемых материалов. Способ включает 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. 1 табл., 3 пр.

 

Изобретение относится к способу получения керамических пластин режущего инструмента для обработки резанием труднообрабатываемых материалов, в частности и для обработки труднообрабатываемых, жаропрочных и легированных сталей, например марки 12Х18Н10Т, 40X13, 14Х17Н2 и др.

Известен способ получения керамической пластины режущего инструмента для обработки резанием марки ВО-13, включающий прокаливание до температуры 1500-1550°С глинозема (включающего α-A12O3 и γ-Al2O3), его виброизмельчение в течение 1-2 часов до размера частиц 1-2 мкм, обогащение, сушку с получением оксида алюминия, и дальнейшее его смешивание с оксидом магния и диоксидом циркония при следующем соотношении масс. %:

оксид алюминия 99
оксид магния 0,5
диоксид циркония 0,5

пластификацию и холодное прессование при комнатной температуре 20°С с получением отпрессованных пластин, спеканию при температуре 1750°С и кратковременный отжиг с выдержкой в течении 5-10 минут в области температурного максимума полученных пластин, и механическую обработку полученной платины [Зарахов О.В., Балаев А.Ф. Токарные резцы. - Саратов: Саратовский государственный университет, 2008. С 12 и Жедь В.П., Боровский Г.В., Музыкант Я.А., Ипполитов Г.М. Режущие инструменты, оснащенные сверхтвердыми и керамическими материалами, и их применение: Справочник - М.: Машиностроение, 1987. - стр. 15-26].

Недостатком данного способа являются низкая стойкость керамических пластин, обусловленная ее низкими физико-механическими характеристиками, а именно прочностью при изгибе, твердостью, износостойкостью, и как следствие низкая продолжительность работы пластин.

Аналогом изобретения также является способ получения керамической пластины режущего инструмента для обработки резанием марки ВОК-60, включающий прокаливание до температуры 1500-1550°С глинозема (включающего α-Al2O3 и γ-Al2O3), его виброизмельчение в течение 1-2 часов до размера частиц 1-2 мкм, обогащение, сушку с получением оксида алюминия, и дальнейшее его смешивание с карбидом титана при следующем соотношении масс. %:

оксид алюминия 60
карбид титана 40,

пластификацию и горячее прессование при температуре 1200-1250°С с получением отпрессованных пластин, спекание при температуре 1750°С и кратковременный отжиг с выдержкой в течении 5-10 минут в области температурного максимума полученных пластин, и их механическую обработку [Зарахов О.В., Балаев А.Ф. Токарные резцы. - Саратов: Саратовский государственный университет, 2008. С 12 и Жедь В.П., Боровский Г.В., Музыкант Я.А., Ипполитов Г.М. Режущие инструменты, оснащенные сверхтвердыми и керамическими материалами, и их применение: Справочник - М.: Машиностроение, 1987. - стр. 15-26].

Недостатком данного способа являются низкая стойкость керамических пластин, обусловленная ее низкими физико-механическими характеристиками, а именно прочностью при изгибе, твердостью, износостойкостью, и как следствие низкая продолжительность работы пластин.

Прототипом изобретения является способ получения керамической пластины для режущего инструмента (патент 2679264, МПК В24С 5/20, В23В 27/00, В23В 27/14, опубл 06.02.2019, бюл. №4), включающий прокаливание глинозема, его виброизмельчение, обогащение, сушку с получением оксида алюминия модификации α-А12О3, его смешивание с легирующими компонентами, пластификацию и горячее прессование с получением отпрессованной пластины, спекание и кратковременный отжиг с выдержкой в течении 5-10 минут в области температурного максимума полученной пластины, и ее механическую обработку, а в качестве легирующих компонентов используют карбид титана, оксид хрома, никель, молибден, взятые при следующем соотношении компонентов, масс. %:

оксид алюминия 58-60
карбид титана 30-32
оксид хрома 5-7
никель 2-3
молибден 1-2.

Недостатком данного способа являются низкая стойкость керамических пластин, обусловленная ее низкими физико-механическими характеристиками, а именно прочностью при изгибе, жаростойкостью, стойкостью к межкристаллической коррозии, коррозионной стойкостью к щелочным смазочно-охлаждающим жидкостям с высоким уровнем рН, жесткостью, ударной стойкостью и виброустойчивостью, и как следствие, низкой продолжительностью работы пластин для режущего инструмента.

Задачей изобретения является усовершенствование способа получения керамической пластины для режущего инструмента при обработке труднообрабатываемых материалов, позволяющее повысить ее эксплуатационные характеристики.

Техническим результатом является улучшение физико-механических характеристик керамической пластины для режущего инструмента.

Технический результат достигается тем, что способ получения керамической пластины режущего инструмента для обработки резанием включает прокаливание глинозема (включающего α-Al2O3 и γ-Al2O3), его виброизмельчение, обогащение, сушку с получением оксида алюминия модификации α-Al2O3, его смешивание с легирующими компонентами: карбидом титана, оксидом хрома, никелем, молибденом, пластификацию и горячее прессование с получением отпрессованной пластины, спекание и кратковременный отжиг с выдержкой в течении 5-10 минут в области температурного максимума полученной пластины, и ее механическую обработку, при этом в качестве легирующих компонентов дополнительно используют оксид кремния, карбид вольфрама, карбид бора, ниобий, кобальт, при следующем содержании исходных компонентов керамической пластине режущего инструмента, масс. %:

оксид алюминия 30-40
оксид кремния 20-30
карбид титана 6-10
карбид вольфрама 6-10
карбид бора 6-10
оксид хрома 5-7
никель 2-3
молибден 1-2
ниобий 1-3
кобальт 3-5.

Существует прямая зависимость между твердостью материала и износостойкостью, так чем выше твердость, тем выше стойкость материала ко всем видам износа. Таким образом, повышение твердости керамической пластины, позволяет повысить стойкость к износу и как следствие увеличить срок эксплуатации. В результате резания пластина работает на сложный вид нагрузки, включающий и изгиб. Многие материалы, имеющие высокую твердость, как правило, хрупкие и не имеют предела текучести и плохо работают на изгиб. Зачастую пластины выходят из строя в результате резкого временного повышение нагрузки, так как все обрабатываемые материалы неоднородны и могут включать участки (зернистая структура) с отличающимися физико-механическими свойствами от всего материала, из которого изготовлена обрабатываемая заготовка. В результате чего пластины скалываются и преждевременно выходят из строя. Поэтому предел прочности на изгиб и предел текучести являются важными характеристиками, отражающимися на работоспособности пластин режущего инструмента, которые также могут ограничивать технологов в подборе режимов резания для обработки заготовки. Использование никеля и молибдена, как связующих элементов, в составе легирующих компонентов, при спекании пластин режущего инструмента из керамического порошка, не позволяют обеспечить достаточную прочность на изгиб пластины режущего инструмента, так как обладают низкими связующими характеристиками, в виду их низкой плакирующей способности. Однако дополнительное введение кобальта позволяет повысить прочность на изгиб, за счет его высокой связующей характеристики, обусловленной высокой плакирующей способностью. Дополнительное использование ниобия в качестве легирующего элемента позволяет повысить стойкость пластины к межкристаллитной коррозии, а также стойкость к ударной и вибрационной нагрузки и жесткость получаемой пластины, за счет повышения пластичности и прочностных характеристик получаемой пластины. При этом часть легирующих компонентов никеля, молибдена, кобальта и ниобия образуют при спекании карбиды и оксиды, за счет частичного замещения титана и хрома в карбиде титана и оксиде хрома, что также повышает прочностные характеристики пластины и ее твердость. Использование карбид бора, в качестве легирующего компонента в дополнение к никелю, молибдену и ниобию, обеспечивающих повышение прочности на изгиб и стойкости к межкристаллитной коррозии, позволяет повысить стойкость ко всем видам износа, а также режущие характеристики (например, врезаемость пластины в обрабатываемый материала), обусловленные особенностями его кристаллического строения, которое обуславливает его высокую микротвердость, сопоставимую с микротвердостью алмаза.

При обработке металлов резанием кромка пластины режущего инструмента нагревается до высоких температур, что приводит к высокотемпературной ползучести, обусловленной низкой жаропрочностью, способствующей к изменению геометрии пластины режущего инструмента, а также к высокотемпературной коррозии из-за низкой жаростойкости и как следствие к повышению интенсивности изнашивания. Вследствие, чего использование в качестве легирующего компонента карбида вольфрама позволяет повысить прочностные свойства оксидной керамики: жаропрочность, жаростойкость, износостойкость так как карбид вольфрама имеет устойчивую к воздействию высоких температур кристаллическую решетку и устойчивую химическую связь между углеродом и вольфрамом в широком диапазоне температур.

При обработке металлов резанием с использованием смазочно-охлаждающей жидкости, имеющей щелочную рН, оказывающую агрессивное коррозийное воздействие на всю поверхность пластины режущего инструмента, однако дополнительное введение оксида кремния, в виду его высокой коррозионной стойкости, позволяет повысить коррозионную стойкость пластины режущего инструмента. Также добавление оксида кремния позволяет обеспечить высокую связываемость предлагаемых смеси легирующих компонентов с оксидом алюминия в результате прессования и спекания пластины, что повышает когезионную прочность керамической пластины режущего инструмента.

Добавление обеспечивает, а также повышает стойкость к агрессивным средам, что необходимо, так как во время обработки металлов резанием используют смазочно-охлаждаюшую жидкость уровень, которой может находиться в диапазоне рН 8-11.

Таким образом, совокупность предлагаемых признаков, позволяет улучшить эксплуатационные характеристики керамической пластины для режущего инструмента, за счет улучшения ее физико-механических характеристик.

Добавление легирующих элементов, взятых в указанном количестве, способствует повышению физико-механических характеристик получаемых керамических пластин и как следствие эксплуатационные характеристики.

Керамические пластины для режущего инструмента изготавливают следующим способом. Глинозем прокаливают до 1500-1550°С и подвергают тонкому виброизмельчению в течении 1-2 ч., до получения частиц размером 1 мкм (до 90% основной массы) при максимальном размере частиц 1,5 мкм и до полного перехода γ-А12О3 в α-А12О3. Полученный оксид алюминия модификации α-А12О3 обогащают и сушат. Затем сухой порошок оксида алюминия модификации α-A12O3 смешивают с легирующими компонентами, в качестве которых используют: оксид кремния SiO2, карбид титана TiC, карбид вольфрама WC, карбид бора В4С, оксид хрома CrO, никель Ni, молибден Мо, ниобий Nb, кобальт Со. После чего полученную смесь подвергают пластификации и горячему прессованию при температуре 1200-1250°С с получением отпрессованной пластины. Затем отпрессованную пластину подвергают спеканию при температуре 1750°С и кратковременному отжигу с выдержкой в течении 5-10 минут в области температурного максимума, после чего выполняют механическую обработку заготовок пластин состава Al2O3+CrO+SiO2+TiC+WC+B4C+Ni3Mo+Co+Nb.

Пример 1.

Керамические пластины для режущего инструмента изготавливают следующим способом. Глинозем прокаливают до 1550°С и подвергают тонкому виброизмельчению в течение 1 ч., до получения частиц размером 1,5 мкм (до 90% основной массы) при максимальном размере частиц 1,5 мкм и до полного перехода γ-A12O3 в α-A12O3. Полученный оксид алюминия модификации α-А12О3 обогащают и сушат. Затем сухой порошок оксида алюминия модификации α-A12O3 смешивают с легирующими компонентами, в качестве легирующих компонентов используют: оксид кремния, карбид титана, карбид вольфрама, карбид бора, оксид хрома, никель, молибден, ниобий, кобальт, при следующем содержании исходных компонентов керамической пластины режущего инструмента, масс. %:

оксид алюминия 30
оксид кремния 20
карбид титана 10
карбид вольфрама 10
карбид бора 10
оксид хрома 7
никель 3
молибден 2
ниобий 3
кобальт 5.

После чего полученную смесь подвергают пластификации и горячему прессованию при температуре 1200°С с получением отпрессованной пластины. Затем отпрессованную пластину подвергают спеканию при температуре 1750°С и кратковременному отжигу с выдержкой в течении 5 минут в области температурного максимума, после чего выполняют механическую обработку заготовок пластин состава

Al2O3+CrO+SiO2+TiC+WC+B4C+Ni3Mo+Co+Nb.

Пример 2.

Керамические пластины для режущего инструмента изготавливают следующим способом. Глинозем прокаливают до 152°°С и подвергают тонкому виброизмельчению в течение 1,5 ч., до получения частиц размером 1,2 мкм (до 90% основной массы) при максимальном размере частиц 1,5 мкм и до полного перехода γ-А12О3 в α-Al2O3. Полученный оксид алюминия модификации α-А12О3 обогащают и сушат. Затем сухой порошок оксида алюминия модификации α-А12О3 смешивают с легирующими компонентами, в качестве легирующих компонентов используют: оксид кремния, карбид титана, карбид вольфрама, карбид бора, оксид хрома, никель, молибден, ниобий, кобальт, при следующем содержании исходных компонентов керамической пластины режущего инструмента, масс. %:

оксид алюминия 35
оксид кремния 25
карбид титана 8
карбид вольфрама 8
карбид бора 8
оксид хрома 6
никель 2,5
молибден 1,5
ниобий 2
кобальт 4.

После чего полученную смесь подвергают пластификации и горячему прессованию при температуре 1225°С с получением отпрессованной пластины. Затем отпрессованную пластину подвергают спеканию при температуре 1750°С и кратковременному отжигу с выдержкой в течении 7 минут в области температурного максимума, после чего выполняют механическую обработку заготовок пластин состава

Al2O3+CrO+SiO2+TiC+WC+B4C+Ni3Mo+Co+Nb.

Пример 3.

Керамические пластины для режущего инструмента изготавливают следующим способом. Глинозем прокаливают до 1500°С и подвергают тонкому виброизмельчению в течение 2 ч., до получения частиц размером 1 мкм (до 90% основной массы) при максимальном размере частиц 1,5 мкм и до полного перехода γ-А12О3 в α-A12O3. Полученный оксид алюминия модификации α-А12О3 обогащают и сушат. Затем сухой порошок оксида алюминия модификации α-А12О3 смешивают с легирующими компонентами, в качестве легирующих компонентов используют: оксид кремния, карбид титана, карбид вольфрама, карбид бора, оксид хрома, никель, молибден, ниобий, кобальт, при следующем содержании исходных компонентов керамической пластины режущего инструмента, масс. %:

оксид алюминия 40
оксид кремния 30
карбид титана 6
карбид вольфрама 6
карбид бора 6
оксид хрома 5
никель 2
молибден 1
ниобий 1
кобальт 3.

После чего полученную смесь подвергают пластификации и горячему прессованию при температуре 1250°С с получением отпрессованной пластины. Затем отпрессованную пластину подвергают спеканию при температуре 1750°С и кратковременному отжигу с выдержкой в течении 10 минут в области температурного максимума, после чего выполняют механическую обработку заготовок пластин состава

Al2O3+CrO+SiO2+TiC+WC+B4C+Ni3Mo+Co+Nb.

Анализ данных представленных в таблице, позволяет сделать вывод о том, что керамические пластины, изготовленные по заявляемому способу, характеризуются более высокими физико-механическими характеристиками, по сравнению с пластинами, изготовленными по известным способам.

Таким образом, совокупность заявляемых признаков позволяет достичь поставленный технический результат.

Способ получения керамической пластины режущего инструмента для обработки резанием, включающий прокаливание глинозема, содержащего α-Al2O3 и γ-Al2O3, его виброизмельчение, обогащение, сушку с получением оксида алюминия модификации α-Аl2О3, его смешивание с легирующими компонентами в виде карбида титана, оксида хрома, никеля и молибдена, пластификацию и горячее прессование смеси с получением отпрессованной пластины, спекание и кратковременный отжиг с выдержкой в течение 5-10 минут в области температурного максимума полученной пластины и механическую обработку пластины, отличающийся тем, что в качестве легирующих компонентов используют оксид кремния, карбид вольфрама, карбид бора, ниобий и кобальт при следующем содержании компонентов, мас.%:

оксид алюминия 30-40
оксид кремния 20-30
карбид титана 6-10
карбид вольфрама 6-10
карбид бора 6-10
оксид хрома 5-7
никель 2-3
молибден 1-2
ниобий 1-3
кобальт 3-5



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к получению порошковой оксидной калий-титановой бронзы. Ведут механохимическую обработку реакционной смеси, состоящей из диоксида титана и иодида калия в мольном соотношении 1:0,12, в планетарной мельнице с числом оборотов барабана мельницы 1200 в мин в течение 400 с.

Изобретение относится к способу получения керамических пластин режущего инструмента для обработки резанием труднообрабатываемых материалов, таких как жаропрочные и легированные стали.
Группа изобретений относится к получению спеченного инструментального материала на основе оксида алюминия. Материал состоит из зерен оксида алюминия сферической формы размером от 0,01 до 0,4 мкм с тонкой пленкой никеля на поверхности каждого зерна толщиной 0,1÷0,4 от его размера.

Изобретение относится к шихте для получения пористого проницаемого каталитического материала методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), который может быть использован для изготовления каталитических фильтров нейтрализаторов отработанных газов двигателей внутреннего сгорания, фильтрующих элементов, пламегасителей и аэраторов.

Изобретение относится к шихте для получения пористого проницаемого каталитического материала методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), который может быть использован для изготовления каталитических фильтров нейтрализаторов отработанных газов двигателей внутреннего сгорания, фильтрующих элементов, пламегасителей и аэраторов.

Изобретение относится к шихте для получения пористого проницаемого каталитического материала методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), который может быть использован для изготовления каталитических фильтров нейтрализаторов отработанных газов двигателей внутреннего сгорания, фильтрующих элементов, пламегасителей и аэраторов.

Изобретение относится к шихте для получения пористого проницаемого каталитического материала методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), который может быть использован для изготовления каталитических фильтров нейтрализаторов отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, фильтрующих элементов, пламегасителей и аэраторов.
Изобретение относится к изготовлению градиентных керамических материалов на основе порошков оксидов металлов. Получают полидисперсный керамический порошок оксида металла или смеси порошков оксидов металлов посредством распыления водных растворов солей металла или смесей солей металлов в плазму высокочастотного разряда через щелевую форсунку переменного сечения от 0,1 до 100 мкм, затем к упомянутому порошку добавляют органическую связку, перемешивают формовочную смесь, заливают ее в форму, выдерживают формовочную смесь для расслоения ее по фракциям и спекают полученную заготовку с изотермической выдержкой.

Изобретение относится к области материаловедения, а именно к определению критической концентрации одной из фаз в многофазной системе. Способ определения концентрационного положения порога перколяции в наногранулированных композитных материалах с системой фаз металл-диэлектрик включает определение концентрации металлической фазы и определение электрического сопротивления композитных материалов до и после термообработки.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к керметным композициям для изготовления деталей, подвергающихся воздействию эрозии и коррозии при высокой температуре.

Изобретение относится к получению износостойкого покрытия для режущего инструмента. Способ включает вакуумно-плазменное нанесение покрытия из нитрида или карбонитрида титана, алюминия, кремния, циркония и молибдена при соотношении, мас.

Изобретение относится к получению износостойкого покрытия для режущего инструмента. Способ включает вакуумно-плазменное нанесение покрытия из нитрида или карбонитрида титана, кремния, алюминия, хрома и железа при соотношении, мас.

Изобретение относится к способу получения износостойкого покрытия для режущего инструмента, включающему вакуумно-плазменное нанесение покрытия из нитрида или карбонитрида титана, молибдена, алюминия, кремния и хрома при соотношении, мас.

Изобретение относится к получению износостойкого покрытия для режущего инструмента. Способ включает вакуумно-плазменное нанесение покрытия из нитрида или карбонитрида титана, алюминия, кремния, хрома и железа при соотношении, мас.

Настоящее изобретение относится к режущему инструменту с покрытием для механической обработки металла, такой как механическая обработка с формированием стружки, к способу изготовления указанного режущего инструмента с покрытием и режущей пластине, выполненной в виде режущего инструмента с покрытием.

Изобретение относится к способу нанесения ионно-плазменного покрытия на инструмент, такой как долбежные резцы, долбежные сверла. Технический результат заключается в повышении износостойкости долбежного инструмента.

Изобретение относится к способам нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке. Проводят вакуумно-плазменное нанесение износостойкого покрытия из нитрида или карбонитрида титана, хрома, алюминия, кремния и молибдена при их соотношении, мас.%: титан 43,1, хром 21,7, алюминий 10,8, кремний 1,4, молибден 23,0.

Изобретение относится к способам нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке. Проводят вакуумно-плазменное нанесение износостойкого покрытия из нитрида или карбонитрида титана, алюминия, кремния, хрома и молибдена при их соотношении, мас.%: титан 57,41, алюминий 9,52, кремний 0,89, хром 28,12, молибден 4,06.

Изобретение относится к способам нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке. Проводят вакуумно-плазменное нанесение износостойкого покрытия из нитрида или карбонитрида титана, циркония, алюминия, кремния и ниобия при их соотношении, мас.

Изобретение относится к способам нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке. Проводят нанесение многослойного покрытия.

Изобретение относится к спеченному уплотнительному материалу для газотурбинных двигателей. Материал содержит порошок нитрида бора, порошок нихрома и порошок карбонильного никеля, при этом содержание порошка карбонильного никеля составляет 10-15 мас.% от содержания порошка нихрома.

Изобретение относится к получению керамических пластин режущего инструмента для обработки резанием труднообрабатываемых материалов. Способ включает 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. 1 табл., 3 пр.

Наверх