Минералокерамические материалы
Современные твердые сплавы отличаются высокими режущими свойствами благодаря тому, что в их состав входят дорогие и дефицитные металлы — вольфрам, титан, кобальт. Большое значение имеет создание инструментальных материалов, которые, обладая высокими теплостойкостью и износостойкостью, не содержали бы таких дорогих элементов.
Минералокерамика, используемая для оснащения режущих инструментов, состоит в основном (более 99%) из окиси алюминия А1203 и получается путем прессования и последующего спекания. Исходным сырьем для изготовления минералокерамики служит технический глинозем; этот материал не содержит никаких редких и дефицитных металлов и получается при производстве алюминия.
Глинозем прокаливают при температуре 1 500—1 550°, в результате чего образуется высокопрочный абразивный материал — корунд. Далее корунд измельчают до тех пор, пока около 80% частиц получат размеры не более 1 мк, а остальные частицы — не более 2 мк\\ средний размер зерен корунда после измельчения — 0,5—0,75 ж/с. Чтобы после спекания минералокерамика имела достаточную плотность и мелкозернистость, к измельченному порошку окиси алюминия добавляют 0,5—1,0% окиси магния MgO. Окись магния препятствует росту кристаллов корунда во время спекания и является хорошим связывающим средством.
Минералокерамические пластинки присоединяются к державкам инструмента различными способами: механическим путем, приклеиванием специальными клеями, припаиванием. Обычные припои, применяемые для напайки твердосплавных пластинок, в данном случае непригодны, так как не смачивают поверхность минералокерамики и не обеспечивают ее прочного соединения с металлом. Поэтому приходится использовать специальные припои, или производить предварительную металлизацию мине ралокерамических пластинок в среде вакуума.
Наиболее целесообразным и распространенным является механическое крепление минералокерамических пластинок. К припаиванию или приклеиванию следует прибегать лишь тогда, когда это обусловливается особенностями конструкции инструмента, например, для расточных резцов, некоторых многолезвийных инструментов и т. д.
Наибольшее распространение получила минералокерамика марки ЦМ332 (микролит), выпускаемая Московским комбинатом твердых сплавов.
минералокерамика ЦМ332 обладает очень высокой твердостью (примерно такой же, как наиболее износостойкие твердые сплавы) и исключительной теплостойкостью — до 1 200°.
Благодаря указанным особенностям, режущие свойства минералокерамики очень высоки и в этом отношении она превосходит твердые сплавы. Известны примеры, когда при точении стали 45 стойкость пластинок ЦМ332 оказывалась почти в 8 раз выше, чем стойкость пластинок из твердого сплава Т15К6. В отдельных случаях резцами с пластинками ЦМ332 успешно осуществляли кратковременное резание конструкционных сталей со скоростью резания около 4 000 м/мин; резцы, оснащенные наиболее износостойким твердым сплавом Т60К6, в таких же условиях мгновенно притуплялись при скорости 2 000 м/мин. При обработке закаленной стали, когда в зоне резания возникает очень высокая температура, минерало-керамика допускает применение скоростей резания в 2,5—3 раза больших, чем твердые сплавы.
При обработке чугунов преимущества минералокерамики перед твердыми сплавами в отношении режущих свойств еще более значительны.
Наряду с высокими режущими свойствами минералокерамика отличается очень низкой прочностью на изгиб — она примерно в 4 раза ниже, чем у твердых сплавов, и в 10 раз ниже, чем у быстрорежущей стали. Поэтому использование минералокерамических пластинок сопровождается частыми случаями их выкрашивания и поломок. Кроме того, минералокерамические пластинки пока еще имеют значительную неоднородность физикомеханических и режущих свойств.
В настоящее время минералокерамика во многих случаях успешно применяется опытными токарями при чистовой и получистовой обработке чугуна, цветных металлов, пластмасс, а также сталей. Имеются примеры удачного применения минералокерамики также и на обдирочных операциях.
Эффективность использования инструментов с минералокерамическими пластинками тем больше, чем относительно меньше сечение срезаемого слоя и больше скорость резания; исключительное значение при этом приобретают высокая жесткость системы станок—инструмент—обрабатываемая деталь, отсутствие резких изменений в величине сил резания, отсутствие вибраций и других причин, которые могут способствовать выкрашиванию и поломкам этого пока еще слишком хрупкого инструментального материала. Поэтому резцы с минералокера мическими пластинками следует применять на быстроходных и мощных станках, обладающих повышенной жесткостью.
Экономическая целесообразность широкого внедрения минералокерамики вместо твердых сплавов очень убедительно подчеркивается таким сравнением: техническая окись алюминия стоит в 125 раз дешевле, чем порошок карбида вольфрама, который является сырьем для изготовления твердых сплавов. Однако для широкого промышленного применения минералокерамики в качестве инструментального материала необходимо существенно (хотя бы в 1,5—2 раза) повысить ее прочность и обеспечить достаточную однородность физикомеханических и режущих свойств минералокерамических пластинок.
Одним из направлений в улучшении свойств минералокерамики является создание так называемых керметов, представляющих собой соединения окиси алюминия и металлов; так, например, получены керметы, состоящие из окиси алюминия и сложных карбидов вольфрама и молибдена.