RU2800345C1 - Mixed cutting ceramics and method for manufacturing cutting plates from mixed cutting ceramics - Google Patents
Mixed cutting ceramics and method for manufacturing cutting plates from mixed cutting ceramics Download PDFInfo
- Publication number
- RU2800345C1 RU2800345C1 RU2023112616A RU2023112616A RU2800345C1 RU 2800345 C1 RU2800345 C1 RU 2800345C1 RU 2023112616 A RU2023112616 A RU 2023112616A RU 2023112616 A RU2023112616 A RU 2023112616A RU 2800345 C1 RU2800345 C1 RU 2800345C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- oxide
- carbide
- cutting
- plates
- subjected
- Prior art date
Links
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 title claims abstract description 72
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 48
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 14
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 35
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 18
- 229910003468 tantalcarbide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 claims abstract description 15
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N sodium oxide Chemical compound [O-2].[Na+].[Na+] KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N trimethyl(1,1,2,2,2-pentafluoroethyl)silane Chemical compound C[Si](C)(C)C(F)(F)C(F)(F)F MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- NFFIWVVINABMKP-UHFFFAOYSA-N methylidynetantalum Chemical compound [Ta]#C NFFIWVVINABMKP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 9
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 8
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910001948 sodium oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000003754 machining Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000001694 spray drying Methods 0.000 claims abstract description 4
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 18
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 5
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 20
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 18
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 abstract description 18
- 239000010959 steel Substances 0.000 abstract description 18
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 15
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 14
- 239000000956 alloy Substances 0.000 abstract description 14
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 abstract description 9
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 5
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 5
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 abstract description 3
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 229910001060 Gray iron Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- ZTJWUVMPZRLXAB-UHFFFAOYSA-N [Ta].[Ti].[W] Chemical compound [Ta].[Ti].[W] ZTJWUVMPZRLXAB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 11
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 11
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 7
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 5
- 235000000396 iron Nutrition 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 4
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 3
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- VBUBYMVULIMEHR-UHFFFAOYSA-N propa-1,2-diene;prop-1-yne Chemical compound CC#C.C=C=C VBUBYMVULIMEHR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 3
- -1 tungsten carbides Chemical class 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VZCYOOQTPOCHFL-OWOJBTEDSA-N Fumaric acid Chemical compound OC(=O)\C=C\C(O)=O VZCYOOQTPOCHFL-OWOJBTEDSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 2
- WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N Trioxochromium Chemical compound O=[Cr](=O)=O WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 2
- 229910000423 chromium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 2
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 2
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N methanoic acid Natural products OC=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- KDYFGRWQOYBRFD-UHFFFAOYSA-N succinic acid Chemical compound OC(=O)CCC(O)=O KDYFGRWQOYBRFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 2
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- VZCYOOQTPOCHFL-UHFFFAOYSA-N trans-butenedioic acid Natural products OC(=O)C=CC(O)=O VZCYOOQTPOCHFL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 2
- OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 4-(3-methoxyphenyl)aniline Chemical compound COC1=CC=CC(C=2C=CC(N)=CC=2)=C1 OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- 101100328536 Mus musculus Cntd1 gene Proteins 0.000 description 1
- 240000007673 Origanum vulgare Species 0.000 description 1
- OFOBLEOULBTSOW-UHFFFAOYSA-N Propanedioic acid Natural products OC(=O)CC(O)=O OFOBLEOULBTSOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000428 cobalt oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N cobalt(ii) oxide Chemical compound [Co]=O IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 235000019253 formic acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000001530 fumaric acid Substances 0.000 description 1
- 150000002241 furanones Chemical class 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- VZCYOOQTPOCHFL-UPHRSURJSA-N maleic acid Chemical compound OC(=O)\C=C/C(O)=O VZCYOOQTPOCHFL-UPHRSURJSA-N 0.000 description 1
- 239000011976 maleic acid Substances 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000005555 metalworking Methods 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052574 oxide ceramic Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011224 oxide ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 1
- 230000007103 stamina Effects 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 239000001384 succinic acid Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000007514 turning Methods 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
- 238000001238 wet grinding Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
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.The invention relates to the manufacture of superhard, high-strength, wear-resistant ceramic plates for equipping cutting tools for processing hard-to-cut steels and alloys, as well as high-strength white and gray cast irons SCH18, SCH20, etc., on metalworking machines.
Известны (ГОСТЫ на режущую керамику ВОК-60 ГОСТ 25003-81; ВОК-63, В-3, ВОК-73 ГОСТ19043-80).Known (GOSTs for cutting ceramics VOK-60 GOST 25003-81; VOK-63, V-3, VOK-73 GOST19043-80).
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. Known (see Puchkin V.N., Kornienko V.G., Kononenko T.V. “Increasing technological conditions on CNC machines during turning (methodology). Monograph Published by FGBOU VO “KubGTU”, Krasnodar. 2014, p. 173) produced domestic oxide-carbide cutting ceramics of the grades VOK-60, VOK-63, V-3, VOK- 73 (mixed, "metallic", "black") ceramics, consisting of Al 2 0 3 oxide (up to 60%), TiC (up to 20-40%), Zr02 (up to 20-40%) and other refractory metal carbides with some alloying additions. Oxide-carbide ceramic plates are produced by hot pressing in graphite molds.
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.The production of plates begins with the grinding of the components of the mixture and the preparation of the charge. Then, mixing of the components, wet grinding of the prepared mixture, drying, dosing and hot pressing are performed. Having finished pressing, the mold is dismantled, the pressed blanks are taken out and transferred to mechanical processing.
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.The quality and stability of the cutting inserts are largely determined by the following factors: the content of titanium carbide and aluminum oxide in the initial charge, the grinding time of the mixture, the temperature and holding time during hot pressing, and the pressing pressure.
Твёрдость пластин в стадии поставки, HRA 92...94.Insert hardness as delivered, HRA 92...94.
Стойкость пластин в стадии поставки при резании труднообрабатываемых и жаропрочных сталей марок 12Х18Н10Т, 14Х17Н2 и др. – 60 мин.The resistance of inserts at the stage of delivery when cutting hard-to-cut and heat-resistant steels of grades 12X18H10T, 14X17H2, etc. - 60 min.
Механические свойства пластин в стадии поставки: напряжение изгиба σи = 600 МПа; плотность 4,2 г/см3; размер зерна 2...3 мкм; твёрдость HRA 92… 94.Mechanical properties of the plates as delivered: bending stress σu = 600 MPa; density 4.2 g/cm 3 ; grain size 2...3 microns; hardness 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. A known method for producing a ceramic plate for a cutting tool (see patent RU No. 2699434 C1, IPC C22C 29/12, B22F 3/16, B23B 27/14, publ. 09/05/2019), including calcination of alumina containing α-A1 2 O 3 and γ-A1 2 O 3 , its vibroism grinding, enrichment, drying to obtain aluminum oxide of the α-Al 2 O 3 modification, its mixing with silicon oxide, titanium carbide, tungsten carbide, chromium oxide, nickel, molybdenum, niobium and cobalt, plasticization and hot pressing to obtain a pressed plate, sintering, annealing with exposure for 5-10 minutes in the region of the temperature maximum and its mechanical processing.
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. A known method for producing a ceramic insert for a cutting tool (see patent RU No. 2679264, IPC B23B 27/14, B22F 3/15, C22C 29/12, publ. 06.02.2019), including calcination of alumina, its vibrogrinding, enrichment, drying to obtain alumina modification α-Al 2 O 3 . The resulting aluminum oxide is mixed with alloying components in the following ratio, wt.%: aluminum oxide 58-60, titanium carbide 30-32, chromium oxide 5-7, nickel 2-3, molybdenum 1-2. Next, plasticization and hot pressing are carried out to obtain a pressed plate, sintering and annealing with an exposure of 5-10 minutes in the region of the temperature maximum of the obtained plate and its mechanical processing.
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.).Known plates of oxide-carbide cutting ceramic grades VOK-60, VOK-63, VOK-73, VO-3, etc., produced by our domestic industry VOK-60 GOST 25003-81 [http://docs.cntd.ru/document/1200009570]; VOK-71 GOST19043-80 (V.P. Zhed, G.V. Borovsky, Ya.A. Muzykant, G.M. Ippolitov "Cutting tools equipped with superhard and ceramic materials, and their application: Handbook" Mechanical Engineering, 1987, 320 pp.).
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).The closest technical solution is oxide-carbide cutting ceramics VOK-60, consisting of aluminum oxide A1 2 O 3 (up to 60%), TiC (up to 20%), ZrO 2 (up to 20%) with some MgO and ZrO 2 alloying additives. The starting material for the production of oxide and oxide-carbide ceramics in the Russian Federation is technical alumina, which is a mixture of two modifications: γ - A1 2 O 3 with a density of 3.65 g / cm 3 and α - A1 2 0 3 with a density of 3.96 g / cm 3 (see V.P. Zhed, G.V. Borovsky, Ya.A. Muzykant, G.M. Ippolitov “Rezh Power tools equipped with superhard and ceramic materials and their application: Handbook "Mashinostroenie, 1987, pp. 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. The disadvantage of oxide-carbide cutting ceramics based on aluminum oxide is brittleness, low wear and corrosion resistance, temperature resistance, and low resistance of inserts, especially when machining hard-to-cut steels, alloys and materials.
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).The closest technical solution is a method of manufacturing cutting ceramics (see ibid.), where plates of oxide-carbide mixed ceramics are obtained by hot pressing in graphite molds. The plates are used for processing malleable, chilled cast irons, heat-treated, case-hardened and hardened to HRC 30 ... 65 steels (see Table 1.4).
Основными недостатками способа являются: The main disadvantages of the method are:
1. Данный процесс более трудоемок, чем процесс получения оксидной керамики. 1. This process is more laborious than the process of obtaining oxide ceramics.
2. Пластины применяют для обработки ковких, отбеленных чугунов, термоулучшенных, цементуемых и закаленных на твердость HRC 30…65 сталей.2. The inserts are used for processing malleable, chilled cast irons, heat-treated, case-hardened and hardened to HRC 30…65 steels.
3. Твёрдость пластин получаемых данным способом – 94HRA, у предлагаемой нами РК 99 HRA.3. The hardness of the plates obtained by this method is 94HRA, the hardness of the RK we offer is 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.4 The durability of RC VOK-60 T = 25...30 min, when processing hard-to-cut steels of grade 12X18N9T, the resistance of the RC we offer is T = 180…185 min.
5. Напряжение у РК ВОК-60 σ в = 600 МПа, у предлагаемой нами РК σ в = 990 МПа5. The stress of the RC VOK-60 σ in = 600 MPa, in the RC we offer σ in = 990 MPa
Техническим результатом предлагаемого решения является:The technical result of the proposed solution is:
– повышение межкристаллитной коррозионностойкости, температурной износостойкости, пластичности, ударной вязкости и работоспособности пластин из оксидно-карбидной титано-тантало-вольфрамовой режущей керамики ОК60ТТВРК40;– increase in intergranular corrosion resistance, thermal wear resistance, plasticity, impact strength and performance of plates made of oxide-carbide titanium-tantalum-tungsten cutting ceramics OK60TTVRK40;
– повышения предела текучести во время горячего прессования и спекания пластин;– increasing the yield strength during hot pressing and sintering of plates;
− увеличения прочности и твердости пластин. − increasing the strength and hardness of the plates.
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.%:The essence of the invention lies in the fact that the mixed cutting ceramic containing aluminum oxide, silicon oxide, additionally contains titanium carbide, tantalum carbide, tungsten carbide in the following ratio, wt.%:
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.A method for manufacturing a cutting insert from mixed cutting ceramics, characterized in that a mixture of silicon oxide, aluminum oxide, is calcined at a temperature of 1750 - 1760 ° C, subjected to fine vibrogrinding in a vibrating unit for 3.5 ... before their uniform distribution over the volume and the formation of an aqueous suspension, deoxidizing additives of catalysts in the form of magnesium oxide MgO, calcium oxide CaO, sodium oxide Na2O, and they are sprayed drying with the mixture, after which the resulting mixture is pressed with the formation of a cutting plate, subjected to a temperature of 3870 ... 3950 ° C and short-term annealing with an exposure of 10.0-15.0 minutes at a temperature of 1650-1680 ° C, and special processing plates with the production of roughness are subjected to 0, equal, equal to 0, equal, equal 06-0.08 μm.
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. The catalysts used in the process of sintering the plates and their presence in this case contributes to the sintering of the alloy of this plate, since titanium, tantalum and tungsten carbides are refractory and when sintered at a high temperature T = 3800°C. For reference, titanium carbide TiC has a melting point T = 3140°C, tantalum carbide TaC has a melting point T = 3800°C, tungsten carbide WC has a melting point of 2600°C. Therefore, a rational sintering temperature T = 3800°C was chosen, as well as to refine the grain size of the alloy structure of the plates and reduce the grain of the alloy to improve the mechanical properties of the plates, sintering is carried out with the presence of calcium oxide, sodium oxide, magnesium oxide catalysts.
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.A method of manufacturing oxide-carbide titanium-tantalum-tungsten cutting ceramics OK60TTVRK40 containing silicon oxide, aluminum oxide, silicon oxide, calcined at a temperature of 1750 - 1760 ° C, subjected to fine vibrogrinding in a vibrating unit for 3.5 ... 4.5 hours and dried, after drying, titanium carbides are added to the main composition , tantalum, tungsten, and mixing is carried out until the additives are evenly distributed by volume and a suspension is formed, which, after the introduction of deoxidizing additives of catalysts of magnesium oxide MgO, calcium oxide CaO, sodium oxide Na2O, to improve the sinterability of the alloy during pressing, it is subjected to spray drying, then cutting plates are pressed from the mixture obtained, sintering is carried out at a temperature of 3870 ... µm.
Характеристики химических компонентов: Characteristics of chemical components :
Оксид алюминия Аl2O3 до 30%, – 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 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). Aluminum oxide Al 2 O 3 up to 30%, - molecular weight M = 101.96; B / c, density ρ \u003d 3.96 G / cm 2 ; melting temperature t pl =2050°C; phase shift temperature α→β , 573°С, standard molar heat capacity \u003d 79.04 J × mol- 1 × K -1 , standard; molar entropy S 0 = 50.92 J × mol -1 × K -1 , standard molar enthalpy of formation Δ H - 113 kJ × mol -1 , standard molar Gibbs energy of formation Δ G = 1582 kJ × mol -1 , molar enthalpy of fusion Δ H melt = 113 kJ × mol -1 does not dissolve in H 2 O (in water).
Оксид кремния SiO2 ≥ 30%;– 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 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. Silicon oxide SiO 2 ≥ 30%; - molecular weight M = 60.08; B / c, density ρ \u003d 2.651 G / cm 2 ; melting temperature t pl =1610°C; phase shift temperature α→β , 573°С, standard molar heat capacity =44.43 J × mol -1 × K -1 standard; molar entropy S 0 = 41.84 J × mol -1 × K -1 , standard molar enthalpy of formation Δ H - 908.3 kJ × mol -1 , standard molar Gibbs energy of formation Δ G = -856.7 kJ × mol -1 , molar enthalpy of fusion Δ H melt = 8.54 kJ × mol -1 not solution yasya in H 2 O (in water), react. HF.
Карбид титана TiC ≥ 20%– 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 теплоёмкость =34,30 Дж × моль-1 × K-1, стандартная молярная энтропия S0 = 30,3 Дж × моль-1 × K-1, стандартная молярная энтальпия образования ΔH 0 = – 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. Titanium carbide TiC ≥ 20% - molecular weight M = 59.91; gray color, density ρ = 4.92 G/ cm2 ; melting temperature t pl ≈ 3140°С; boiling point tbp ≈ 4300°C, standard molar heat capacity \u003d 34.30 J × mol -1 × K -1 , standard molar entropy S 0 \u003d 30.3 J × mol -1 × K -1 , standard molar enthalpy of formation Δ H 0 \u003d - 209 kJ × mol -1 , standard molar Gibbs energy of formation Δ G \u003d - 294.4 kJ × mol -1 , does not dissolve in H 2 O ( in water) and in HCl acids. H 2 SO 4 , reacts with HNO 3 + HF, melts with alkali.
Карбид вольфрама WC ≥ 10%– молекулярная масса М = 195,86; цвет серо-синий, плотность ρ = 15,7 Г/см2; температура плавления tпл = 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 ΔH 0 = – 41 кДж × моль-1, стандартная молярная энергия Гиббса образования ΔG = – 39,5 кДж × моль-1, не растворяется в Н2О (в воде). Tungsten carbide WC ≥ 10% - molecular weight M = 195.86; gray-blue color, density ρ = 15.7 G/cm 2 ; melting temperature t pl = 2600°C; standard molar heat capacity = 35.10 J × mol -1 × k -1 , standard molar entropy S 0 = 35 J × mol -1 × k -1 , standard molar enthalpia
Карбид тантала ТаC ≥ 10%– молекулярная масса М = 192,96; цвет золот жёлтый, плотность ρ = 14,4 Г/см2; температура плавления tпл = 3800°С; температура кипения tкип ≈ 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 ΔH 0 – 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. Tantalum carbide TaC ≥ 10% - molecular weight M = 192.96; yellow color of gold, density ρ = 14.4 G/cm 2 ; melting temperature t pl = 3800°C; boiling point tbp ≈ 5500°C; standard molar heat capacity \u003d 36.8 J × mol -1 × K -1 , standard molar entropy S 0 \u003d 42.34 J × mol -1 × K -1 , standard molar enthalpy of formation Δ H 0 - 141.8 kJ × mol -1 , standard molar Gibbs energy of formation Δ G \u003d - 140.4 kJ × mol-1, does not dissolve in H 2 O (in water), slow Reag. HF, H 2 SO 4 , reactive. with HF + HNO 3 .
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. Sodium oxide Na 2 O ≥ 3%; - molecular weight M = 61.98; B / c, density ρ \u003d 2.27 G / cm 2 ; standard molar heat capacity = -377 J × mol -1 × K -1 , standard; molar entropy S 0 = 75.3 J × mol -1 × K -1 , standard molar enthalpy of formation Δ H - 415 kJ × mol -1 , standard molar Gibbs energy of formation Δ G = -377 kJ × mol -1 , reag. with water H 2 O.
Оксид магния МgO ≥ 3%;– 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 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. Magnesium oxide MgO ≥ 3%; - molecular weight M = 40.3; B / c, density ρ \u003d 3.58 G / cm 2 ; melting temperature t pl =2825°C; boiling point t bale =3600°C; standard molar heat capacity = 37.2 J × mol -1 × K -1 standard; molar entropy S 0 = 27.1 J × mol -1 × K -1 , standard molar enthalpy of formation Δ H - 601.5 kJ × mol -1 , standard molar Gibbs energy of formation Δ G = -567 kJ × mol -1 , reactive in NH 4 salts, reactive. with acids.
Оксида кальция СаО ≥ 1%; молекулярная масса М = 56,08; Б/ц, плотность ρ = 3,4 Г/см2; температура плавления tпл =2600°С; температура кипения tкип =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. Calcium oxide CaO ≥ 1%; molecular weight M = 56.08; B / c, density ρ \u003d 3.4 G / cm 2 ; melting temperature t pl =2600°C; boiling point t bale =2850°C; standard molar heat capacity = 42 J × mol -1 × K -1 standard; molar entropy S 0 = 38.1 J × mol -1 × K -1 , standard molar enthalpy of formation Δ H - 635 kJ × mol -1 , standard molar Gibbs energy of formation Δ G = -604.2 kJ × mol -1 , reag. with acids.
Рассмотрим пример изготовления пластин.Consider an example of plate manufacturing.
Технологический процесс изготовления предлагаемого состава пластин оксидно-карбидной титано-тантало-вольфрамовой режущей керамики марки ОК60ТТВРК40.The technological process of manufacturing the proposed composition of plates of oxide-carbide titanium-tantalum-tungsten cutting ceramics grade OK60TTVRK40.
Изготовление пластин из оксидно-карбидной титано-тантало-вольфрамовой режущей керамики марки ОК60ТТВРК40, для оснащения режущего инструмента осуществляется следующим образом:The production of plates from oxide-carbide titanium-tantalum-tungsten cutting ceramics grade OK60TTVRK40, to equip the cutting tool is carried out as follows:
Сырье для изготовления пластин из оксидно-карбидной титано-тантало-вольфрамовой режущей керамики марки ОК60ТТВРК40 подвергается испытаниям по следующей технологии, по которой определяется:Raw materials for the manufacture of plates from oxide-carbide titanium-tantalum-tungsten cutting ceramic grade OK60TTVRK40 are tested according to the following technology, which determines:
– химическая чистота (загрязнение глинозема соединениями Na2О, СаО недопустимо);- chemical purity (contamination of alumina with Na 2 O, CaO compounds is unacceptable);
– влажность;- humidity;
– площадь поверхности зерен, которая характеризует активность материала при спекании и позволяет оценивать предполагаемую зернистость;is the surface area of the grains, which characterizes the activity of the material during sintering and makes it possible to estimate the expected graininess;
– прессуемость (определяется условиями переработки глинозема);– compressibility (determined by the conditions of alumina processing);
– контроль плотности спекания пластин;– control of plate sintering density;
– контроль зернистости пластин.– control of graininess of plates.
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).The selection of raw materials for the method of obtaining plates from mixed cutting ceramics of a new chemical composition of the brand OK60TTVRK40 is carried out according to the following criteria for the chemical purity of alumina consisting of aluminum oxide Al 2 O 3 , silicon oxide SiO 2 , since unacceptable oxides Na2O, CaO can get from alumina). In addition, the selection of alumina Na2O, CaO is carried out according to humidity, which is also unacceptable, since it affects the sintering of the plates. An important factor is the grinding of alumina, silicon nitride Si3N4 and cobalt oxide CoO to 0.8 ... 1.2 microns. The surface area of the grain of chemical compounds in order to obtain a fine-grained structure of the crystal lattice of pressed plates from cutting ceramics of a new composition, which is also one of the important criteria, (i.e., the graininess of the RC). Grain also affects the density of the plates and is one of the important indicators. The higher the density, the smaller the grain and the better the structure of the crystal lattice of the plate, which affects the basic mechanical properties of cutting ceramic plates during their operation (especially when cutting hard-to-cut steel grade 12Kh18N9T).
Далее осуществляют приготовление шихты.Then carry out the preparation of the charge.
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. Using a dispenser and an analytical balance, we add to the main composition, which consists of silicon oxide (SiO2, aluminum oxide Al2O3, as a percentage of small amounts of chemical compounds titanium carbide TiC, tantalum carbide TaC, tungsten carbide WC, which contribute to the formation of hardening phases, increase the hardness, performance and wear resistance of the inserts when machining hard-to-cut materials and steel grades 12X18H9T, 14X17H2, and resistance to tempering, heat resistance and corrosion resistance, impact strength, ductility of the plates, and also facilitate sintering plates and inhibiting the growth of grains. With thorough mixing of this "mass" in the mixer, these additives are evenly distributed throughout the volume; an aqueous suspension is obtained, which, after the introduction deoxidizing additives catalysts magnesium oxide MgO, calcium oxide CaO, sodium oxide Na2O, to improve the sinterability of the alloy during pressing, it is subjected to spray drying.
У полученной массы контролируется: химическая чистота; обрабатываемость; плотность; средний диаметр зерен, который должен соответствовать среднему арифметическому значению, не превышающему 1,0 мкм.The resulting mass is controlled: chemical purity; workability; density; the average grain diameter, which should correspond to the arithmetic mean value not exceeding 1.0 µm.
После контроля при положительных результатах можно приступать к прессованию режущих пластин и последующему горячему спеканию.After control with positive results, you can start pressing the cutting plates and subsequent hot sintering.
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).The main composition, which consists of silicon oxide SiO 2 ≥ 30%, aluminum oxide Al 2 O 3 ≥ 30%, is calcined to 1720-1780 ° C and subjected to fine vibrogrinding in a vibratory unit for 3.5-4.5 hours (the time required for grinding the mass of the composition) to obtain particles with a size of 0.8 ... 1.0 μm (up to 90 ... 95% in the main mass) at a maximum particle size of 1.0 μm (during this time, the particles of the mass are crushed to a size of 1.0 μm).
Полученная масса обогащается и сушится.The resulting mass is enriched and dried.
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. If you go beyond the specified rational temperatures of 1720-1780 ° C, there will be a change in the crystal structure of the plates, grain growth in the alloy will occur, which will lead to chipping of the plates, cracks and brittleness of the plates and their blunting during testing, when cutting hard-to-cut materials and steel grades 12X18H9T, 14X17H2, as well as sticking of molten metal to the workpiece, which degrades the quality and precision of the workpiece. This reduces the durability of the cutting tool, equipped with plates of oxide-carbide titanium-tantalum-tungsten cutting ceramic grade OK60TTVRK40.
Затем производится пластификация и горячее прессование пластин, из полученной смеси.Then the plasticization and hot pressing of the plates is carried out, from the resulting mixture.
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.Pressed plates are sintered from oxide-carbide titanium-tantalum-tungsten cutting ceramic grade OK60TTVRK40, at a temperature of 3880-3950°C and a short-term annealing mode with an exposure of 10.0-15.0 min at a temperature of 1620-1680°C.
Вследствие того, что указанные температуры плавления и кипения высокие химических соединений (карбидов) в растворе, применены рациональные температурные режимы при прессовании и спекании пластинDue to the fact that the indicated melting and boiling points are high for chemical compounds (carbides) in solution, rational temperature conditions are used for pressing and sintering plates
Производится контроль плотности спекания пластин и контроль зернистости пластин.The sintering density of the plates and the grain size of the plates are controlled.
В заключение производится механическая обработка пластин с получением шероховатости граней Ra = 0,06-0,08 мкм.In conclusion, the plates are machined to obtain the roughness of the faces Ra = 0.06-0.08 µm.
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: As a result of the development and manufacture of high-strength plates from oxide-carbide titanium-tantalum-tungsten cutting ceramics of the brand OK60TTVRK40 of a new chemical composition, the following result is achieved for equipping the cutting tool:
– 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;– increased intergranular corrosion resistance, thermal wear resistance, ductility, impact strength and performance of plates made of oxide-carbide titanium-tantalum-tungsten cutting ceramics grade OK60TTVRK40 by 3.35 times;
– повышается предел текучести в 1,65 раза и увеличивает прочность и твердость пластин в 1,35 раза;– increases the yield strength by 1.65 times and increases the strength and hardness of the plates by 1.35 times;
– 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; – improved physical and chemical properties of oxide-carbide titanium-tantalum-tungsten cutting ceramics grade OK60TTVRK40 of a new chemical composition compared to oxide-carbide RK grade VOK-60, produced by our domestic industry and foreign;
– 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; – increased resistance of oxide-carbide titanium-tantalum-tungsten cutting ceramics brand OK60TTVRK40 of a new chemical composition, when cutting hard-to-cut steels of grades 12X18H10T, 40X13, 14X17H2 and alloys, as well as high-strength and gray cast irons SCH18, SCH20, etc., up to 185 min compared to oxide but-carbide RK grade VOK-60, produced by our domestic industry, which is no more than 25-30 minutes, depending on the cutting conditions;
– 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; – the temperature regimes of cutting were established during the processing of hard-to-cut materials and steels 12Kh18N10T, 40Kh13, 14Kh17N2 and alloys, as well as high-strength and gray cast irons SCH18, SCH20, etc., and the thermodynamic regularities of the modes of this process; the range of cutting temperatures in the cutting zone during the processing of hard-to-cut steels "blank-tool" to 680°С is extended, at which the cutting properties of the tool equipped with oxide-carbide titanium-tantalum-tungsten cutting ceramics of the brand OK60TTVRK40 of a new chemical composition are preserved, while the quality and accuracy of the workpiece do not deteriorate and the cutting tool does not become dull during cutting;
– 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. – Rational cutting conditions are determined, in which the wear resistance of RI, equipped with plates of oxide-carbide titanium-tantalum-tungsten cutting ceramic brand OK60TTVRK40 of a new chemical composition, when processing hard-to-cut, heat-resistant steels using a new LC with additives according to the KubGTU patent No. 2101333 with the following mass composition: formic acid 12…1 3%; maleic acid 8…9%; fumaric acid 7…8%; succinic acid 8…9%; furanones 35 ... 36%, the rest - water, will be maximum.
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. For experimental verification of the proposed plates from oxide-carbide titanium-tantalum-tungsten cutting ceramic brand OK60TTVRK40 of a new chemical composition, standard samples of plates with a size of 10 × 10 × 4.5 mm were made to equip cutters.
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. Then the shafts were machined from hard-to-cut steel grade 12Kh18N10T ∅50 to a length of 100 mm with cutters equipped with oxide-carbide titanium-tantalum-tungsten cutting ceramics grade OK60TTVRK40 and cutters equipped with oxide-carbide cutting ceramics grade VOK-60 based on oxide and aluminium.
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.At the same time, the durability of cutters equipped with plates made of oxide-carbide titanium-tantalum-tungsten cutting ceramics grade OK60TTVRK40 was 175...185 min, and cutters equipped with plates made of oxide-carbide cutting ceramics grade VOK-60 based on aluminum oxide was 35...43 min. THAT. the durability of the cutters equipped with plates made of oxide-carbide titanium-tantalum-tungsten cutting ceramic grade OK60TTVRK40 was approximately 4.14 times higher than the cutters equipped with plates made of oxide-carbide cutting ceramic grade VOK-60 based on aluminum oxide.
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.This development and manufacture of plates from oxide-carbide titanium-tantalum-tungsten cutting ceramic grade OK60TTVRK40 of a new chemical composition Al2O3 ≥ 30% SiO2 ≥ 30%, ТiC ≥ 20%; TaC ≥ 10%; WC ≥ 10%; for equipping cutting tools, it was introduced at MAPP LLC (Limited Liability Company Mechanization, Automation of Production Processes), when processing shafts from hard-to-cut steels 12X18H10T and 14X17H2. The use of plates made of oxide-carbide titanium-tantalum-tungsten cutting ceramic grade OK60TTVRK40, when processing shafts, increased the quality and accuracy of the machined parts, which satisfies the technical and consumer properties of the products. The productivity of mechanical processing of shafts has increased, which has resulted in savings at the MAPP LLC enterprise Limited Liability Company Mechanization, automation of production processes, during the processing of shafts made of hard-to-cut steel 12X18H10T. The use of plates made of oxide-carbide titanium-tantalum-tungsten cutting ceramics grade OK60TTVRK40, when processing shafts, increased the quality and accuracy of the machined parts, which satisfies the technical and consumer properties of the products. The productivity of mechanical processing of shafts has increased, which has saved 200 thousand rubles at the MAPP LLC enterprise. compared with the use of hard-alloy tungsten-containing RI grades R6M5, R9, R18. Also, plates of oxide-carbide-dantalo-wolframa cutting ceramics of the OK60TTVRK40 brand, for equipping the RI, during the processing of shafts and gears of the hard-to-hardened steels 12x18N10, 14x17N2 and the Gray Cast iron at the Armavir Electromechanical Plant, are introduced. . rub.
Составы сырья для изготовления пластин и физико-механические показатели изделий представлены в таблице. The compositions of raw materials for the manufacture of plates and the physical and mechanical properties of the products are presented in the table.
ТаблицаTable
Составы сырья для изготовления пластин из РК и их химико-механические свойстваCompositions of raw materials for the manufacture of plates from RK and their chemical and mechanical properties
Состава
РКNo.
Composition
RK
нияaluminum oxide
nia
кремнияOxide
silicon
танталаcarbide
tantalum
титанаcarbide
titanium
воль-
фрмаcarbide
vol-
form
дость
HRATver-
dost
HRA
минstamina,
min
МПаBending stress
MPa
г/см3 Density
g/ cm3
близкий аналог
*Most
close analogue
*
*- 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.* - oxide-carbide cutting ceramics VOK-60 (see V.P. Zhed, G.V. Borovsky, Ya * A. Muzykant, G. M. Ippolitov “Cutting tools equipped with superhard and ceramic materials, and their application: Handbook” Mechanical engineering, 1987, 320 pp.) pp. 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.Magnesium oxide, calcium oxide and sodium oxide, because they are not part of, but serve to improve the sinterability of the alloy during pressing and grinding the grain of the alloy of its crystal lattice, they participate only in the process of its manufacture, in other words, they burn at high temperature and separate in the form of slag. Deoxidizing catalysts are needed to improve the sintering process of components already present in the composition. The final product does not contain the above oxides.
Claims (3)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2800345C1 true RU2800345C1 (en) | 2023-07-20 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2827207C1 (en) * | 2024-03-28 | 2024-09-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") | Composite ceramic material for cutting tools |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2317252B1 (en) * | 1975-07-09 | 1980-05-30 | Teledyne Ind | |
| US20030129456A1 (en) * | 2001-09-26 | 2003-07-10 | Keiji Usami | Cemented carbide and cutting tool |
| WO2007144731A2 (en) * | 2006-06-09 | 2007-12-21 | Element Six (Production) (Pty) Ltd | Ultrahard composite materials |
| RU2467085C2 (en) * | 2007-03-16 | 2012-11-20 | Ти Ди Уай Индастриз, Инк. | Composite articles |
| RU2681332C1 (en) * | 2018-03-30 | 2019-03-06 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) | METHOD OF OBTAINING COMPOSITE SiC-TiN MATERIAL |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2317252B1 (en) * | 1975-07-09 | 1980-05-30 | Teledyne Ind | |
| US20030129456A1 (en) * | 2001-09-26 | 2003-07-10 | Keiji Usami | Cemented carbide and cutting tool |
| WO2007144731A2 (en) * | 2006-06-09 | 2007-12-21 | Element Six (Production) (Pty) Ltd | Ultrahard composite materials |
| RU2467085C2 (en) * | 2007-03-16 | 2012-11-20 | Ти Ди Уай Индастриз, Инк. | Composite articles |
| RU2681332C1 (en) * | 2018-03-30 | 2019-03-06 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) | METHOD OF OBTAINING COMPOSITE SiC-TiN MATERIAL |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ЖЕДЬ В.П. и др. Режущие инструменты, оснащенные сверхтвердыми и керамическими материалами, и их применение: Справочник. М.: Машиностроение, 1987 г., стр.15-22. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2827207C1 (en) * | 2024-03-28 | 2024-09-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") | Composite ceramic material for cutting tools |
| RU2830762C1 (en) * | 2024-05-16 | 2024-11-25 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" | Mixed oxide-nitride-carbide cutting ceramics and method of its production |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Chaus et al. | Microstructure and properties of M2 high-speed steel cast by the gravity and vacuum investment casting | |
| DK155837B (en) | POWDER METAL SURGICAL STEEL BODY WITH HIGH VANADIUM CARBID CONTENT | |
| CN104271275B (en) | Composite roll and milling method | |
| CN105925918B (en) | A kind of preparation method of aluminum oxide-silicon carbide whisker reinforced cold work die steel material | |
| JP2523452B2 (en) | High strength cubic boron nitride sintered body | |
| RU2800345C1 (en) | Mixed cutting ceramics and method for manufacturing cutting plates from mixed cutting ceramics | |
| CN111763865A (en) | Rhenium-containing cemented carbide and its preparation method and application | |
| RU2785672C1 (en) | Composition of mixed cutting ceramics and method for manufacture thereof | |
| RU2830762C1 (en) | Mixed oxide-nitride-carbide cutting ceramics and method of its production | |
| RU2748537C1 (en) | Method for producing oxide-silicon carbide cutting ceramics of new fraction | |
| CN113173789B (en) | Non-binding phase corrosion-resistant hard alloy and production process and application thereof | |
| US2171391A (en) | Process of producing hard materials | |
| JPH0531514B2 (en) | ||
| JPS60187659A (en) | Cubic boron nitride-base ultrahigh-pressure sintered material for cutting tool | |
| Mo et al. | Composition, microstructure and mechanical properties of PcBN composites with Al-Zr binder | |
| Khakimovich et al. | Implementation of technology production of composite tools of super-hard materials | |
| JPS6259568A (en) | Ceramic materials with excellent precision machinability | |
| JPS63216942A (en) | Warm and hot forging tools | |
| CN107761025A (en) | A kind of sheet material of high intensity and preparation method thereof | |
| CN86107658B (en) | Cermet mold materials for thermal processing | |
| JPH1150183A (en) | Composite sintered alloy for molten nonferrous metal, and its production | |
| RU2283888C2 (en) | Manufacture of product made from structural metal materials reinforced with carbides | |
| JPH0663811A (en) | Ceramic end mill and manufacture thereof, and machining method using it | |
| CN121006495A (en) | High-toughness powder high-speed steel cutter head and preparation method thereof | |
| CN117051301A (en) | Novel bimetal saw blade sawtooth material and preparation method thereof |