¿Cuáles son los materiales de las herramientas de corte de cerámica?
Resumen: El material utilizado en las herramientas cerámicas es un material de herramienta de corte avanzado que se compone principalmente de dos materiales base, óxido de aluminio y nitruro de silicio, combinados con otros materiales, como nuestros cuchillos cerámicos negros comunes. Es una cerámica compuesta de carburo de alúmina. Los materiales cerámicos a base de nitruro de silicio se utilizan a menudo en la industria de procesamiento de máquinas herramienta CNC y se utilizan ampliamente en la industria de procesamiento debido a su buen rendimiento. La selección de materiales cerámicos para herramientas requiere que el material de la herramienta de corte coincida con las propiedades mecánicas, físicas y químicas del objeto mecanizado. ¡Aprendamos sobre los tipos y opciones de materiales para herramientas cerámicas! ¿Cuáles son los materiales cerámicos para herramientas?
La mayoría de los materiales cerámicos para herramientas modernas son cerámicas compuestas. En la actualidad, los materiales cerámicos para herramientas ampliamente utilizados en el país y en el extranjero, así como los materiales cerámicos para herramientas en desarrollo, son básicamente combinaciones, que utilizan diferentes mecanismos de endurecimiento y refuerzo para el diseño de microestructuras, entre ellos, silicio nitrurado y a base de óxido de aluminio (Al2O3). Los materiales cerámicos para herramientas a base de Si3N4) son los más utilizados.
1. Materiales cerámicos para herramientas a base de alúmina (Al2O3)
(1) Cerámica de alúmina pura
El componente Al2O3 de la cerámica de alúmina pura representa el 99,9 %. , la mayoría son de color blanco, comúnmente conocidas como cerámica blanca. Esta es una cerámica utilizada en los primeros días. Debido a su baja resistencia, mala resistencia al choque térmico y tenacidad a la fractura, es fácil de astillar al cortar. Solo es adecuada para el desbaste de superficies continuas y el semiacabado de hierro fundido y acero. 300HBW Su rango de uso es muy limitado, por lo que ha sido reemplazado por varias otras cerámicas compuestas a base de Al2O3.
(2) Cerámica compuesta de carburo de alúmina
Es una cerámica que se obtiene añadiendo componentes como TiC o SiC a una matriz de Al2O3 y luego prensándola en caliente y sinterizándola. Actualmente la cerámica más avanzada en el país y en el extranjero. Uno de los materiales de cuchillos cerámicos más utilizados. Las cerámicas compuestas de carburo de alúmina son adecuadas para procesar diversos materiales de acero (acero estructural al carbono, acero estructural aleado, acero de alta resistencia, acero con alto contenido de manganeso, acero para cojinetes, acero inoxidable, acero endurecido, etc.) y diversos hierros fundidos (incluidos los de fundición enfriada). hierro, hierro fundido con alto contenido de cromo, etc.), también puede procesar aleaciones de cobre, grafito, plásticos de ingeniería y materiales compuestos; el procesamiento de acero es mejor que las herramientas cerámicas a base de Si3N4, pero no debe usarse para procesar aleaciones de aluminio, aleaciones de titanio y aleación de tantalio, de lo contrario es fácil producir desgaste químico.
(3) Herramienta nano-cermet
Se fabrica añadiendo nanomateriales TiN (nitruro de titanio) y AlN (nitruro de aluminio) al tradicional cermet Al2O3/TiC. Este tipo de herramienta cerámica modificada a base de Al2O3 puede refinar los granos y optimizar las propiedades mecánicas del material. El uso ha demostrado que se trata de un nuevo tipo de herramienta con alto contenido técnico y alto valor agregado. Puede reemplazar parcialmente a K20 (YG8), P10 (YT15) y otras herramientas de carburo con una amplia gama de superficies y grandes cantidades de vida útil. se puede aumentar en más de 2 veces y el costo de producción es equivalente o ligeramente inferior a la herramienta K20 (YG8). En la actualidad, las nanocerámicas y las herramientas de corte cerámico de nanocompuestos se han convertido en un campo de frontera en la investigación y el desarrollo de materiales cerámicos de alta tecnología.
(4) Cerámica endurecida con bigotes de Al2O3/SiCw
Agregue entre un 20% y un 30% de bigotes de SiCw (con un diámetro inferior a 0,6 μm y una longitud de 10?) a la cerámica de Al2O3. La cerámica de matriz Al2O3/SiCw endurecida por bigotes hecha de monocristal de 80 μm, con una determinada estructura de fibra, una resistencia a la tracción de 7 GPa y un módulo elástico de tracción de más de 700 GPa, se puede utilizar eficazmente para corte interrumpido, torneado en desbaste y fresado. Y procesos como la expansión de orificios, adecuados para procesar materiales como aleaciones a base de níquel, hierro fundido de alta dureza y acero endurecido. Los bigotes de SiCw actúan como barras de acero en hormigón armado y pueden actuar como un obstáculo para bloquear o cambiar el desarrollo de grietas, mejorando enormemente su tenacidad.
(5) Cerámica funcional con gradiente de Al2O3/(W, Ti)C
Forma un gradiente razonable al controlar la distribución de la composición de los materiales cerámicos, produciendo así efectos beneficiosos dentro de la herramienta. Distribución de tensiones residuales para compensar las tensiones externas durante el corte. Tiene las características de alta conductividad térmica superficial, lo que favorece la transferencia de calor de corte, pequeño coeficiente de expansión térmica, buena integridad estructural y no es fácil de dañar. Cuando se utiliza para procesar materiales de acero, la vida útil de la herramienta es de 1 a 1,5 veces mayor que la de la cerámica compuesta SG-4 de Al2O3/(W,Ti)C similar. La herramienta tiene buenas propiedades de autoafilado y aún puede realizar un corte normal después. astillado.
(6) Cerámicas compuestas como Al2O3/TiB2 y Al2O3/ZrO2
Las cerámicas que añaden TiB2, Ti(C,N), ZrO2 y otros ingredientes al Al2O3 pueden mejorar aún más la calidad del material. Propiedades físicas, mecánicas y rendimiento de corte, entre las cuales las más utilizadas son Al2O3/TiB2 y Al2O3/ZrO2. Por ejemplo, cuando se utilizan herramientas cerámicas Al2O3/TiB2 para procesar acero 40CrNiMoA, la vida útil de la herramienta es tres veces mayor que la de las herramientas Al2O3/TiC. Al procesar acero 4Cr5MoVSi, la resistencia al desgaste límite de la herramienta es el doble que la de las herramientas Al2O3/TiC. El material cerámico para herramientas Al2O3/ZrO2 tiene alta tenacidad a la fractura, resistencia al desgaste y buena resistencia al astillado. Por ejemplo, cuando la hoja CC620 se utiliza para torneado en desbaste y torneado semiacabado de materiales como hierro fundido y hierro dúctil, la velocidad de corte puede alcanzar los 900 m/min; cuando se utiliza para procesar acero aleado, la velocidad de corte para torneado en desbaste puede alcanzar; 200 m/min, y la velocidad de corte para acabado puede alcanzar 800 m/min.
2. Material cerámico para herramientas a base de nitruro de silicio (Si3N4)
La cerámica Si3N4 es una cerámica de ingeniería sin óxido con una dureza de hasta 1800-2000HV, buena dureza térmica y Puede soportar altas temperaturas de 1300-1400°C, tiene poca reacción química con elementos de carbono y metal y tiene un bajo coeficiente de fricción. Este tipo de herramienta es adecuada para cortar materiales como hierro fundido, aleaciones de alta temperatura y aleaciones a base de níquel, y es especialmente adecuada para avances grandes o cortes interrumpidos. Dado que las herramientas cerámicas puras de Si3N4 son propensas a sufrir cráteres al cortar virutas largas (como acero dulce), la nueva generación de cerámicas Si3N4 son todas herramientas cerámicas compuestas de Si3N4. La última cerámica compuesta Si3N4 se puede utilizar no solo para mecanizado en desbaste, sino también para corte interrumpido y corte con refrigerante. En la actualidad, la tasa de astillado de las herramientas cerámicas a base de Si3N4 es del 2% al 3%, lo que equivale a la del carburo cementado y puede usarse ampliamente en las líneas de producción. La desventaja de este tipo de herramienta cerámica es que su procesabilidad es peor que la de las cerámicas Al2O3 ordinarias.
(1) Cerámica compuesta de Si3N4/TiC
La tenacidad y la resistencia a la flexión son mayores que las de las cerámicas a base de Al2O3, pero la dureza no se reduce y la conductividad térmica también es mayor; que el de las cerámicas a base de Al2O3, por lo que se utiliza ampliamente en la producción.
(2) Cerámica endurecida con bigotes de Si3N4/SiCw
Se fabrica agregando una cierta cantidad de bigotes de carburo a la matriz de Si3N4, lo que puede mejorar la tenacidad a la fractura de las herramientas cerámicas. Gastar. Las marcas producidas en China incluyen SW21 (Si3N4/SiCw) y FD03 (Si3N4/TiCw). Algunos expertos en corte extranjeros creen que el uso de cerámicas a base de Si3N4 para cortar acero no es tan efectivo como las cerámicas compuestas a base de Al2O3, por lo que no se recomienda su uso para procesar acero. Sin embargo, las hojas FD03 también tienen mejores resultados al cortar acero endurecido (60-68HRC), acero con alto contenido de manganeso, acero con alto contenido de cromo y acero para rodamientos.
(3) Cerámica Sialon
Utiliza Si3N4 como fase dura, Al2O3 como fase resistente al desgaste, añade una pequeña cantidad de coadyuvante de sinterización Y2O3 y se prensa en caliente. Se fabrica mediante sinterización y a menudo se le llama Sialon. Sialon es en realidad el nombre general de una gran clase de soluciones sólidas formadas al reemplazar átomos de Si y N en Si3N4 con átomos de Al y O. Hay tres tipos principales: β-Sialon, α-Sialon y O-Sialon, especialmente el primero. dos son los más comunes. Este tipo de cerámica tiene alta resistencia a la flexión y tenacidad a la fractura, buena resistencia a la oxidación y resistencia a la fluencia a altas temperaturas, alta conductividad térmica, pequeño coeficiente de expansión térmica y buena resistencia al choque térmico. Es adecuada para torneado y fresado de hierro fundido y base de níquel. Aleaciones de alta temperatura y otros materiales difíciles de mecanizar. Además de poder utilizar avances y velocidades de corte mayores para el mecanizado de alta velocidad de hierro fundido y aleaciones de alta temperatura, se pueden usar ángulos de desprendimiento positivos dobles (el ángulo de desprendimiento lateral y el ángulo de desprendimiento posterior son positivos) en las fresas de planear.
(4) Herramientas cerámicas recubiertas de Si3N4
La tenacidad de las cerámicas a base de Si3N4 es mejor que la de las cerámicas a base de Al2O3, pero su resistencia al desgaste es ligeramente peor. Al cortar hierro fundido, el desgaste de flanco de las herramientas cerámicas de Si3N4 es mayor que el de las herramientas cerámicas de Al2O3; al cortar acero, el desgaste del cráter de las herramientas cerámicas de Si3N4 es mayor. Por esta razón, se aplican recubrimientos como TiN, TiC, Ti (C_N) y Al2O3 a la superficie de cerámicas a base de Si3N4 en el extranjero. Se pueden usar recubrimientos únicos o múltiples. La cantidad de desgaste de las herramientas cerámicas recubiertas de Si3N4 es 1/3 de la de las no recubiertas, lo que hace que la velocidad de corte del hierro fundido común sea más rápida y la vida útil de la herramienta sea más larga.
Por ejemplo, la herramienta cerámica recubierta de nitruro de silicio GC1690 de Sandvik tiene una velocidad de avance de 0,4 mm/r y una velocidad de corte de 500 m/min cuando se procesa hierro fundido gris de alta resistencia. Las herramientas cerámicas recubiertas de nitruro de silicio tienen una fuerte resistencia al desgaste por cráter al cortar acero, y su velocidad de corte puede alcanzar la velocidad de corte de las herramientas cerámicas a base de Al2O3, pero la velocidad de avance es mayor que la de estas últimas y cercana a la de las herramientas recubiertas de carburo. por lo que la tasa de eliminación de material mejora enormemente.
Cómo elegir materiales cerámicos adecuados para herramientas
1. Coincidencia de las propiedades mecánicas de los materiales de las herramientas de corte y los objetos de procesamiento
El problema de igualar las propiedades mecánicas de las herramientas de corte y procesamiento de objetos Se refiere principalmente a los parámetros de propiedades mecánicas, como resistencia, tenacidad y dureza de la herramienta y el material de la pieza de trabajo a combinar. Los materiales de herramientas con diferentes propiedades mecánicas son adecuados para procesar piezas de diferentes materiales. Los materiales de la pieza de trabajo de alta dureza deben procesarse con herramientas de mayor dureza. La dureza del material de la herramienta debe ser mayor que la dureza del material de la pieza de trabajo, que generalmente se requiere que sea superior a 60 HRC. Cuanto mayor sea la dureza del material de la herramienta, mejor será su resistencia al desgaste. El excelente rendimiento a altas temperaturas de las herramientas de corte cerámicas les permite cortar a altas velocidades, y la velocidad de corte permitida puede ser de 2 a 10 veces mayor que la del carburo cementado.
2. Haga coincidir las propiedades físicas del material de la herramienta de corte con el objeto de procesamiento.
Por ejemplo, al procesar una pieza de trabajo con mala conductividad térmica, se debe utilizar un material de herramienta con mejor conductividad térmica. Se utiliza para permitir que el calor de corte se transfiera rápidamente para reducir la temperatura de corte.
3. La coincidencia de propiedades químicas entre el material de la herramienta de corte y el objeto de procesamiento
El problema de la coincidencia de propiedades químicas entre el material de la herramienta de corte y el objeto de procesamiento se refiere principalmente a la afinidad química. Entre el material de la herramienta de corte y el material de la pieza de trabajo, es necesario hacer coincidir los parámetros de rendimiento químico, como la reacción química, la difusión y la disolución. Para mecanizar piezas de diferentes materiales son adecuadas herramientas de diferentes materiales.