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Cómo elegir el material de herramienta cerámico adecuado

El material utilizado en las herramientas cerámicas es un material avanzado para herramientas de corte, compuesto principalmente por dos sustratos, óxido de aluminio y nitruro de silicio, y otros materiales. Por ejemplo, nuestros cuchillos de cerámica negros comunes son cerámicas compuestas 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 coincida con las propiedades mecánicas, físicas y químicas del objeto que se está procesando. ¡Aprendamos sobre los tipos y opciones de materiales para herramientas cerámicas! ¿Cuáles son los materiales de las herramientas de corte de cerámica?

La mayoría de los materiales cerámicos para herramientas modernas son cerámicas compuestas. En la actualidad, los materiales cerámicos para herramientas que se utilizan ampliamente y se encuentran en desarrollo en el país y en el extranjero se combinan básicamente y se utilizan diferentes mecanismos de endurecimiento y fortalecimiento para el diseño de microestructuras, entre ellos, los basados ​​en alúmina (Al2O3) y los basados ​​en nitruro de silicio (Si3N4). Los materiales cerámicos para herramientas son los más utilizados.

1. Materiales cerámicos para herramientas a base de alúmina (Al2O3)

(1) Cerámica de alúmina pura

El Al2O3 representa más del 99,9% de la cerámica de alúmina pura. Mayoritariamente blanca, comúnmente conocida como porcelana blanca. Esta es la cerámica temprana. Debido a su baja resistencia, poca resistencia al choque térmico y poca tenacidad a la fractura, es propenso a colapsar al cortar. Solo es adecuado para desbaste de superficies continuas y semiacabado de hierro fundido y acero por debajo de 300 HBW. Su rango de aplicación es muy limitado y ha sido reemplazado por otras cerámicas compuestas a base de Al2O3.

(2) Cerámica compuesta de carburo de alúmina

Es una cerámica sinterizada añadiendo TiC o SiC a una matriz de Al2O3. Es el material cerámico para herramientas más utilizado en el país y en el extranjero. . uno. Las cerámicas compuestas de carburo de alúmina son adecuadas para procesar diversos aceros (acero estructural al carbono, acero estructural aleado, acero de alta resistencia, acero con alto contenido de manganeso, acero para rodamientos, acero inoxidable, acero templado, etc.) y diversos hierros fundidos (incluido el hierro fundido enfriado). , hierro fundido con alto contenido de cromo, etc.), así como aleaciones de cobre, grafito, plásticos de ingeniería y materiales compuestos. Es mejor procesar acero que herramientas cerámicas a base de Si3N4, pero no es adecuado para procesar aleaciones de aluminio, aleaciones de titanio y aleaciones de tantalio, de lo contrario se producirá fácilmente desgaste químico.

(3) Herramienta Nano-cermet

Se modifica añadiendo nanomateriales TiN (nitruro de titanio) y AlN (nitruro de aluminio) al tradicional cermet Al2O3/TiC El nuevo Al2O3 La herramienta cerámica a base de cerámica puede refinar los granos y optimizar las propiedades mecánicas del material. La aplicación muestra que esta herramienta es un nuevo tipo de herramienta con alto contenido técnico y alto valor agregado. Puede reemplazar parcialmente herramientas de carburo grandes con anchos como K20 (YG8) y P10 (YT15). 2 veces, y el costo de producción es el mismo que el de K20 (YG8) y P10 (YT15) es equivalente o ligeramente menor. En la actualidad, las nanocerámicas y las herramientas cerámicas de nanocompuestos se han convertido en la vanguardia de 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 (diámetro inferior a 0,6 μm, longitud 10? Se fabrican cerámicas resistentes endurecidas con bigotes de Al2O3/SiCw de monocristal de 80 μm y tiene una cierta estructura de fibra, la resistencia a la tracción es de 7 GPa y el módulo elástico de tracción supera los 700 GPa. Puede usarse eficazmente para corte interrumpido, torneado en desbaste, fresado y escariado, y es adecuado para procesar aleaciones a base de níquel. El hierro fundido de alta dureza y el acero templado actúan como barras de acero en hormigón armado y pueden actuar como obstáculos para prevenir o cambiar el desarrollo de grietas, mejorando enormemente su tenacidad. Cerámica funcional con gradiente de Ti)C

Controla la distribución de componentes de los materiales cerámicos para formar un gradiente razonable, produciendo así una distribución de tensión residual favorable dentro de la herramienta para compensar la tensión externa durante el corte. Tiene las características de alta conductividad térmica, buena transferencia de calor de corte, pequeño coeficiente de expansión térmica, buena integridad estructural y no es fácil de dañar. La vida útil de la herramienta al procesar materiales de acero es 1 veces más larga que la de Al2O3/(W, similar). Cerámica compuesta Ti)C SG-4. -1,5 veces, la herramienta tiene buenas propiedades de autoafilado y aún puede cortar normalmente después del astillado

(6) Cerámica compuesta Al2O3/TiB2 y Al2O3/ZrO2 <. /p>

En Al2O3, agregar cerámicas que contengan componentes como TiB2, Ti(C,n) y ZrO2 puede mejorar aún más las propiedades físicas y mecánicas y la procesabilidad del material, entre ellos, Al2O3/TiB2 y Al2O3/ZrO2. son ampliamente utilizados.

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. Cuando se procesa 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, solidez y resistencia al desgaste, así como buena resistencia al astillado. Si se utilizan discos CC620 para torneado en desbaste y torneado semiacabado de hierro fundido, hierro dúctil y otros materiales, la velocidad de corte puede alcanzar los 900 m/min. Cuando se utiliza para procesar acero aleado, la velocidad de corte de torneado en desbaste puede alcanzar los 200 m/min y la velocidad de corte de acabado puede alcanzar los 800 m/min.

2. Material cerámico para herramientas a base de nitruro de silicio

La cerámica Si3N4 es una cerámica de ingeniería sin óxido con una dureza de hasta 1800-2000 HV, buena dureza térmica y puede resistir. 1300 HV A una temperatura alta de -1400 °C, la reacción química con el carbono y los elementos metálicos es pequeña y el coeficiente de fricción es bajo. Este tipo de herramienta es adecuada para cortar hierro fundido, aleaciones de alta temperatura, aleaciones a base de níquel y otros materiales, y es especialmente adecuada para avances grandes o corte intermitente. La nueva generación de cerámicas Si3N4 son las herramientas cerámicas compuestas de Si3N4, porque las herramientas cerámicas puras de Si3N4 son propensas a desgastarse al cortar virutas largas (como el acero con bajo contenido de carbono). 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. La conductividad térmica también es mayor que la 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 forma 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. Las marcas nacionales incluyen SW21 (Si3N4/SiCw) y FD03 (Si3N4/TiCw). Algunos expertos en corte extranjeros creen que el efecto del uso de cerámicas a base de Si3N4 para cortar acero no es tan bueno como el de las cerámicas compuestas a base de Al2O3, por lo que no se recomienda utilizar cerámicas a base de Si3N4 para procesar acero. Pero la hoja FD03 también tiene buenos resultados al cortar acero endurecido (60-68HRC), acero con alto contenido de manganeso, acero con alto contenido de cromo y acero para cojinetes.

(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 y sinterizado Generalmente se llama Theron. Sialon es en realidad el nombre general de una gran clase de soluciones sólidas formadas reemplazando átomos de Si y N en Si3N4 con átomos de Al y O. Hay tres tipos principales de sialon, a saber, β-Sialon, α-Sialon y O-sialon, especialmente los dos primeros 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, buena resistencia al choque térmico y es adecuada para hierro fundido, aleaciones de alta temperatura a base de níquel. etc. Torneado y fresado en desbaste de materiales difíciles de mecanizar. Además del mecanizado de alta velocidad de hierro fundido y aleaciones de alta temperatura con grandes velocidades de avance y velocidades de corte, se pueden utilizar ángulos de ataque positivos dobles (tanto los ángulos de ataque laterales como los ángulos de ataque traseros son positivos) en las fresas de extremo.

(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 la 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, las depresiones en forma de media luna de las herramientas cerámicas de Si3N4 se desgastan mucho. Por lo tanto, en países extranjeros, TiN, TiC, Ti(C_N) y al2o 3 se recubren sobre la superficie de cerámicas a base de Si3N4, que pueden ser un recubrimiento de una sola capa o de varias capas. El desgaste de las herramientas cerámicas recubiertas de Si3N4 es 1/3 del de las herramientas sin recubrimiento, lo que hace que el corte de hierro fundido ordinario sea más rápido 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 en forma de media luna al cortar acero. La 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 es cercana a la de las herramientas recubiertas de carburo. Mejora enormemente la tasa de eliminación de material.

Cómo elegir el material cerámico apropiado para la herramienta

1. Coincidencia de las propiedades mecánicas del material de la herramienta y el objeto de procesamiento.

La coincidencia de las propiedades mecánicas de la herramienta y la pieza de trabajo se refiere principalmente a la coincidencia de las propiedades mecánicas de la herramienta y la pieza de trabajo. Coincidencia con los parámetros de propiedades mecánicas como resistencia, tenacidad y dureza del material de la pieza de trabajo. Los materiales de herramientas con diferentes propiedades mecánicas son adecuados para diferentes materiales de piezas. 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 cerámicas permite un corte a alta velocidad, y la velocidad de corte permitida es de 2 a 10 veces mayor que la del carburo cementado.

2. Haga coincidir las propiedades físicas del material de la herramienta de corte y el objeto que se está procesando.

Por ejemplo, al procesar una pieza de trabajo con mala conductividad térmica, se debe utilizar un material de herramienta con buena conductividad térmica. Se debe utilizar para permitir que el calor de corte se difunda rápidamente. Reduzca la temperatura de corte.

3. Haga coincidir las propiedades químicas del material de la herramienta con el objeto de procesamiento.

La coincidencia de propiedades químicas del material de la herramienta y el objeto de procesamiento se refiere principalmente a la afinidad química entre el material de la herramienta. y el material de la pieza de trabajo, coincidencia de parámetros de rendimiento químico como reacciones químicas, difusión y disolución. Para mecanizar piezas de diferentes materiales son adecuadas herramientas de diferentes materiales.