Способ изготовления смешанной оксидно-нитридо-карбидной режущей керамики

Название	Способ изготовления смешанной оксидно-нитридо-карбидной режущей керамики
Разработчик (Авторы)	Пучкин Владимир Николаевич, Бурлакова Виктория Эдуардовна, Варавка Валерий Николаевич, Кудряков Олег Вячеславович, Лапшин Виктор Петрович, Туркин Илья Андреевич, Корниенко Владимир Гаврилович
Вид объекта патентного права	Изобретение
Регистрационный номер	2861623
Дата регистрации	06.05.2026
Правообладатель	Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ)
Область применения (класс МПК)	C22C 29/04 (2006.01) B22F 3/16 (2006.01) B23B 27/14 (2006.01)

Описание изобретения

Изобретение относится к изготовлению сверхтвердых, 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.

Известны (ГОСТЫ на режущую керамику ВОК-60 ГОСТ 25003-81; ВОК-63, В-3, ВОК-73 ГОСТ19043-80).

Известны (методологии) Монографии [1, 2, 3].

Приводим пример изготовления стандартных пластин.

Выпускаемая отечественная оксидно-карбидная режущая керамика марок ВОК-60, ВОК-63, В-3, ВОК-73 (смешанная, «металлическая», «черная») керамика, состоящая из оксида Al2O3 (до 60%), TiC (до 20-40%), ZrO2 (до 20-40%) и других карбидов тугоплавких металлов с некоторыми легирующими добавками. Пластины из оксидно-карбидной керамики получают горячим прессованием в графитовых пресс-формах.

Изготовление стандартных 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.

Качество и стабильность стандартных 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.

Твердость пластин в стадии поставки, HRA 92…94.

Стойкость стандартных пластин в стадии поставки при резании труднообрабатываемых и жаропрочных сталей марок 12Х18Н10Т, 14Х17Н2 и др. - 60 мин.

Механические свойства стандартных пластин в стадии поставки: напряжение изгиба σи=600 МПа; плотность 4,2 г/см3; размер зерна 2…3 мкм; твердость HRA 92… 94.

Известен способ получения керамической пластины для режущего инструмента [4], включающий прокаливание глинозема, содержащего α-Al2O3 и γ-Al2O3, 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.

Известен способ получения керамической пластины для режущего инструмента [5], включающий прокаливание глинозема, его виброизмельчение, обогащение, сушку с получением оксида алюминия модификации α-Al2O3. 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 минут в области температурного максимума полученной пластины и ее механическую обработку.

Известен способ получения керамической пластины для режущего инструмента [6] включающий прокаливание глинозема, его виброизмельчение, обогащение, сушку с получением оксида алюминия модификации α-Al2O3. Полученный оксид алюминия смешивают с легирующими компонентами при следующем соотношении компонентов, мас.%: оксид алюминия 28-30, оксид кремния 28-30, карбид титана 18-20, карбид тантала 8-10, карбид вольфрама 8-10. Далее осуществляют пластификацию и горячее прессование с получением отпрессованной пластины, спекание и отжиг с выдержкой 5-10 минут в области температурного максимума полученной пластины и ее механическую обработку.

Известны пластины из оксидно-карбидной режущей керамики марок ВОК-60, ВОК-63, ВОК-73, ВО-3 и др., выпускаемые нашей отечественной промышленностью: ВОК-60 ГОСТ 25003-81 [7]; ВОК-71 ГОСТ19043-80 [8].

Наиболее близким аналогом является оксидно-карбидная режущая керамика ВОК-60 состоящая из оксида алюминия Al2O3 (до 60%), TiC (до 20%), ZrO2 (до 20%) с некоторыми легирующими добавками: MgO и ZrO2. Исходным материалом для производства оксидной и оксидно-карбидной керамики в РФ является технический глинозем, представляющий собой смесь двух модификаций: γ-Al2O3 с плотностью 3,65 г/см3 и α-Al2O3 с плотностью 3,96 г/см3 ([8] 15 - 22).

Недостатком оксидно-карбидной режущей керамики на основе оксида алюминия является хрупкость, низкая износостойкость и коррозионная стойкость, температурная стойкость, жаростойкость и низкая стойкость пластин особенно при обработке труднообрабатываемых сталей, сплавов и материалов.

Так же близким аналогом является способ изготовления режущей керамики, 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 [8] с. 15-22).

Основными недостатками способа являются:

1. Данный процесс более трудоемок, чем процесс получения оксидной керамики.

3. Твердость пластин получаемых данным способом 92-94 HRA, у предлагаемой авторами РК 99,5 HRA.

4. Стойкость РК ВОК-60 Т=25…30 мин., при обработке труднообрабатываемых сталей марки 12Х18Н9Т, у предлагаемой РК стойкость Т=210…240 мин.

5. Напряжение у РК ВОК-60 σв=600 МПа. У предлагаемой РК - σв=990…995 МПа.

Задачами изобретения являются:

1. Повышение межкристаллитной коррозионной стойкости, температурной износостойкости, жаростойкости, пластичности, ударной вязкости и работоспособности пластин из смешанной оксидно-нитридо-карбидной режущей керамики марки, ОА60НТКВНРК40.

2. Повышение предела текучести во время горячего прессования и спекания пластин из смешанной оксидно-нитридо-карбидной режущей керамики марки, ОА60НТКВНРК40 приблизительно в ≈1,65 раза.

3. Увеличение твердости пластин в 1,54 раза.

4. Увеличение прочности пластин до 990…995 МПа и твердости пластин до HRA 99…99,5 по сравнению с оксидной РК отечественного производства марки ВОК-60 ВОК-63, ВОК-73, ВО-3, а также высокопрочных и серых чугунов СЧ18, СЧ20, СЧ40 и выпускаемых аналогов пластин из РК за рубежом в ФРГ фирмой ««Видиа Круп»», «Карл Хертель» (ФРГ), в Швеции фирмой «Сандвик Коромант», в США фирмой «Валенайт», в Чехии фирмой «Диас Тырнов» и др. выпускаемых в РФ и за рубежом в ФРГ фирмой «Видиа Круп», «Карл Хертель» (ФРГ), в Швеции фирмой «Сандвик Коромант», в США фирмой «Валенайт», в Чехии фирмой «Диас Тырнов».

5. Улучшение физико-химических свойств смешанной режущей керамики марки ОА60НТКВНРК40 нового химического состава по сравнению с оксидно-карбидной режущей керамикой марок ВОК-60, ВОК-63, ВОК-73, ВО-3, выпускаемых отечественной промышленностью и др. марок, выпускаемых за рубежом в ФРГ фирмой «Видиа Круп», «Карл Хертель» (ФРГ), в Швеции фирмой «Сандвик Коромант», в США фирмой «Валенайт», в Чехии фирмой «Диас Тырнов».

6. Увеличение стойкости пластин из смешанной оксидно-нитридо-карбидной режущей керамики марки ОА60НТКВНРК40 до 210…240 минут при резании труднообрабатываемых, жаропрочных сталей 12Х18Н10Т, 40X13, 14Х17Н2 и сплавов, а также высокопрочных и серых чугунов СЧ18, СЧ20, СЧ40 и др., по сравнению с оксидно-карбидной режущей керамикой марок ВОК-60, ВОК-63, ВОК-73, ВО-3 и др., выпускаемой отечественной промышленностью и др. марок, выпускаемых за рубежом в ФРГ фирмой «Видиа Круп», «Карл Хертель» (ФРГ), в Швеции фирмой «Сандвик Коромант», в США фирмой «Валенайт», в Чехии фирмой «Диас Тырнов».

7. Установление рациональных температурных режимов резания θ=650…680°С в зоне контакта «заготовка - инструмент» при резании труднообрабатываемых сталей 12Х18Н10Т, 40X13, 14Х17Н2 и сплавов, а также высокопрочных и серых чугунов СЧ18, СЧ20, СЧ40 и др. и термодинамических закономерностей и режимов этого процесса.

8. Испытание и определение рациональных режимов резания на станках с ЧПУ. Рациональные режимы резания установлены следующие: V=90…110 м/мин; S=0,07…0,097 мм/об; t=0,1…0,5 мм., при которых, износостойкость режущего инструмента, оснащенного пластинами из смешанной оксидно-нитродо-карбидной режущей керамики марки, ОА60НТКВНРК40, при обработки труднообрабатываемых сталей с использованием специальной 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 максимальна.

Сущность изобретения заключается в том, что способ изготовления режущей пластины из смешанной оксидно-нитридо-карбидной керамики, характеризуется тем, что смесь оксида алюминия и нитрида титана прокаливают при температуре 1850-1950°С, подвергают прокаленную смесь тонкому виброизмельчению на виброустановке в течение 3,6-4,8 ч до получения до 90-95% зерен размером 0,6-0,8 мкм и сушат, после сушки в виброизмельченную смесь вводят карбид вольфрама и карбид ниобия 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 MgO, оксида кремния SiO2, оксида кальция СаО и оксида натрия Na2O и подвергают распылительной сушке с получением смеси, после чего полученную смесь прессуют с формированием режущей пластины, которую подвергают спеканию при температуре 4100-4300°С и кратковременному отжигу при температуре θ=1850-1950°С с выдержкой 12,0-17,0 мин, после чего подвергают спеченную режущую пластину механической обработке с получением шероховатости граней, равной Ra=0,04-0,06 мкм, при этом смешанная оксидно-нитридо-карбидная керамика для изготовления режущей пластины содержит тугоплавкие компоненты, при следующем соотношении, мас.%:

Применяемые катализаторы в процессе спекания пластин и их присутствие при этом способствует спеканию сплава данной пластины, так как карбиды ниобия, вольфрама и, нитрид титана тугоплавкие и при спекании при высокой температуре Т=43000°С. Для справки карбид ниобия NbC имеет температуру плавления Т=35000°С, нитрид титана TiN имеет температуру плавления Т=29500°С, карбид вольфрама WC, имеет температуру плавления 26000°С. Поэтому и выбрана рациональная температура спекания Т=43000°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 кремния, оксида магния.

Характеристики химических компонентов:

Оксид алюминия Al2O3 до 60%, - 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 теплоемкость стандартная; молярная энтропия S0=50,92 Дж × моль-1 × K-1, стандартная молярная энтальпия образования ΔН = 113 кДж × моль-1, стандартная молярная энергия Гиббса образования ΔG=1582 кДж × моль-1, молярная энтальпия плавления ΔНпл = 113 кДж × моль-1 не растворяется в Н2О (в воде).

Карбид ниобия NbC до 10% - молекулярная масса М=104,92; цвет серый, кб., плотность ρ=8,57 Г/см2; температура плавления tпл≈2470°С; температура кипения tкип≈4760°С, стандартная молярная теплоемкость стандартная молярная энтропия S0=36,6 Дж × моль-1 × K-1, стандартная молярная энтальпия образования ΔН=0 кДж × моль-1, стандартная молярная энергия Гиббса образования ΔG=0 кДж × моль-1, молярная энтальпия плавления ΔНпл=28, молярная энтальпия испарения ΔНисп=662, плотность газов ρ=0,12980, не растворяется в Н2О, HCl, HNO3 (в воде) и в кислотах HCl. H2SO4, реагирует с HF, HF+HNO3, гор. H2SO4 расплавляется щелочью.

Нитрид титана TiN до 15%; - молекулярная масса М=61,91; желтов. кор., кб., плотность ρ=5,43 Г/см2; температура плавления tпл=2950°С возг; температура фазового перемещения α→β, 573°С, стандартная молярная теплоемкость стандартная; молярная энтропия S0=30,3 Дж × моль-1 × K-1, стандартная молярная энтальпия образования ΔН=323 кДж × моль-1, стандартная молярная энергия Гиббса образования ΔG= -294,4 кДж × моль-1, не растворяется в Н2О (в воде), гор. в КОН, HF, в присутствии окислителей.

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 теплоемкость стандартная молярная энтропия S0=35 Дж × моль-1 × K-1, стандартная молярная энтальпия образования АН = 41 кДж × моль-1, стандартная молярная энергия Гиббса образования ΔG= -39,5 кДж × моль-1, не растворяется в Н2О (в воде).

Оксид натрия Na2O≥3%; - молекулярная масса М=61,98; Б/ц, плотность ρ=2,27 Г/см2; стандартная молярная теплоемкость стандартная; молярная энтропия S0=75,3 Дж × моль-1 × К-1, стандартная молярная энтальпия образования ΔН - 415 кДж × моль-1, стандартная молярная энергия Гиббса образования ΔG= -377 кДж × моль-1, реаг. с водой Н2О.

Оксид кремния SiO2≥3% - молекулярная масса М=60,608; бц. гекс.плотность ρ=2,651 Г/см2; показатель преломления n=1,5442, температура плавления tпл=1610°С; температура кипения tкип=2950°С, переходит α→β, стандартная молярная теплоемкость стандартная молярная энтропия S0=41,84, Дж × моль-1 × K-1, стандартная молярная энтальпия образования ΔН=-910,9 кДж × моль-1, стандартная молярная энергия Гиббса образования ΔG=- 856,7 кДж × моль-1, молярная энтальпия плавления ΔНпл=8,54 кДж × моль-1, не растворяется в Н2О (в воде) и в щелочи, реаг. с HF.

Оксид магния MgO≥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 теплоемкость стандартная; молярная энтропия S0=27,1 Дж × моль-1 × K-1, стандартная молярная энтальпия образования АН - 601,5 кДж × моль-1, стандартная молярная энергия Гиббса образования ΔG = -567 кДж × моль-1, реаг. в солях NH4, реаг. с кислотами.

Оксид 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 теплоемкость стандартная; молярная энтропия S0=38,1 Дж × моль-1 × K-1, стандартная молярная энтальпия образования ΔН - 635 кДж × моль-1, стандартная молярная энергия Гиббса образования ΔG= -604,2 кДж × моль-1, реаг. с кислотами.

Рассмотрим пример изготовления пластин.

Технологический процесс изготовления предлагаемого состава пластин из смешанной оксидно-нитридо-карбидной режущей керамики марки ОА60НТКВНРК40.

Изготовление пластин из смешанной оксидно-нитридо-карбидной режущей керамики марки ОА60НТКВНРК40, для оснащения режущего инструмента осуществляется следующим образом:

Сырье для изготовления пластин из смешанной оксидно-нитридо-карбидной режущей керамики марки ОА60НТКВНРК40 подвергается испытаниям по следующей технологии, по которой определяется:

- химическая чистота (загрязнение глинозема соединениями N2O, Na2O, SiO2, СаО недопустимо);

- влажность;

- площадь поверхности зерен, которая характеризует активность материала при спекании и позволяет оценивать предполагаемую зернистость;

- прессуемость (определяется условиями переработки глинозема);

- контроль плотности спекания пластин;

- контроль зернистости пластин.

Отбор сырья для способа получения пластин из смешанной оксидно-нитридо-карбидной режущей керамики нового химического состава марки ОА60НТКВНРК40 производится по следующим критериям по химической чистоте глинозема состоящего из оксида алюминия Al2O3, так как могут попасть из глинозема (оксиды Na2O, СаО, SiO2, N2O) в сплаве недопустимы. Кроме того, отбор глинозема Na2O, SiO2, СаО производится по влажности, которая также недопустима, так как она если остается, то влияет на спекаемость пластин. Важен фактор измельчения глинозема, из оксида алюминия Al2O3 до 06…0,8 мкм. Площади поверхности зерна химических соединений с целью получения мелкозернистой структуры кристаллической решетки прессуемых пластин из смешанной оксидно-нитридо-карбидной 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).

Далее осуществляют приготовление шихты.

При помощи дозатора и аналитических весов добавляем в основной состав, который состоит оксида алюминия Al2O3, в процентном содержании небольшие количества химических соединений нитрида-титана TiN, карбида ниобия NbC, карбид вольфрама WC, которые способствуют образованию упрочняющих фаз, повышают твердость, работоспособность и износостойкость и жаростойкость пластин при обработке труднообрабатываемых материалов и сталей марок 12Х18Н9Т, 14Х17Н2, и устойчивость против отпуска, повышают жаростойкость 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 MgO, оксида кремния SiO2, оксида кальция СаО, оксида натрия Na20, для улучшения спекаемости сплава при прессовании и затем, подвергают распылительной сушке.

В полученной массе контролируется: химическая чистота; обрабатываемость; плотность; средний диаметр зерен, который должен соответствовать среднему арифметическому значению, не превышающему 0,7 мкм.

После контроля при положительных результатах можно приступать к прессованию режущих пластин и последующему горячему спеканию.

Основной состав, который состоит из оксида алюминия Al2O3≥60%, прокаливается до 1850-1950°С, и подвергается тонкому виброизмельчению на виброустановке в течение 3,8…4,8 ч до получения зерен размером 0,6…0,8 мкм (до 90…95% в основной массе) при максимальном среднем размере частиц 0,7≤ мкм. (за данное время происходит измельчение частиц массы до максимального размера 0,8 мкм) и сушат, после сушки к основному составу добавляют, нитрид титана, карбиды, вольфрама, ниобия и осуществляют смешивание до равномерного распределения добавок по объему и образования суспензии, которую после введения в нее раскисляющих добавок катализаторов оксида магния MgO, оксида кальция СаО, оксида кремния SiO2 и оксида натрия Na2O, для улучшения спекаемости сплава при прессовании и подвергают распылительной сушке, затем из полученной смеси прессуют режущие пластины, проводят спекание при температуре 4100…4300°С и кратковременный отжиг с выдержкой 12,0 - 17,0 минут при температуре θ=1850-1950°С и подвергают спеченные пластины механической обработке с получением шероховатости граней, равной 0,04-0,06 мкм. Полученная масса обогащается и сушится.

Если выйти за пределы указанных рациональных температур θ=1850-1950°С, будет происходить изменение кристаллической структуры пластин произойдет рост зерен в сплаве, что приведет 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, оснащенного пластинами из смешанной оксидно-нитридо-карбидной режущей керамики нового химического состава марки ОА60НТКВНРК40.

Затем производится пластификация и горячее прессование пластин, из полученной смеси.

Спекаются отпрессованные пластины из смешанной оксидно-нитридо-карбидной режущей керамики нового химического состава марки ОА60НТКВНРК40, при температуре 4100…4300°С и кратковременный отжиг с выдержкой 12,0-17,0 минут при температуре θ=1850-1950°С и подвергают спеченные пластины механической обработке с получением шероховатости граней, равной 0,04-0,06 мкм.

Поскольку температуры плавления и кипения указанных химических соединений (карбидов и нитрида титана) высоки, для прессования и спекания пластин были применены рациональные температурные режимы.

Производится контроль плотности спекания пластин и контроль зернистости пластин.

В заключение производится механическая обработка пластин с получением шероховатости граней Ra=0,04-0,06 мкм.

В результате разработки и изготовления пластин повышенной прочности из смешанной оксидно-нитридо-карбидной режущей керамики нового химического состава марки ОА60НТКВНРК40, для оснащения режущего инструмента, при котором достигается следующий результат:

- повышена межкристаллитная коррозионностойкость, температуростойкость, жаростойкость, износостойкость, стойкость, пластичность, ударная вязкость и работоспособность пластин из оксидно-нитридо-карбидной режущей керамики марки в ОА60НТКВНРК40 в 3,5 раза;

- повышается предел текучести в 1,65 раза и увеличивает прочность и твердость пластин в 1,54 раза;

- улучшены физико-химические свойства смешанной оксидно-нитридо-карбидной режущей керамики нового химического состава марки ОА60НТКВНРК40 по сравнению с оксидно-карбидной РК марки ВОК-60, выпускаемой нашей отечественной промышленностью и аналогов зарубежной промышленностью;

- увеличена стойкость смешанной оксидно-нитридо-карбидной режущей керамики нового химического состава марки ОА60НТКВНРК40, при резании труднообрабатываемых сталей марок 12Х18Н10Т, 40X13, 14Х17Н2 и сплавов, а также высокопрочных и серых чугунов СЧ18, СЧ20, СЧ40 и др, до 210…240 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;

- установлены температурные режимы резания при обработке труднообрабатываемых материалов и сталей 12Х18Н10Т, 40X13, 14Х17Н2 и сплавов, а также высокопрочных и серых чугунов СЧ18, СЧ20, СЧ40 и др., и термодинамические закономерности режимов этого процесса; расширен интервал температур резания в зоне резания при обработки труднообрабатываемых сталей «заготовка-инструмент» до 750°С, при которой сохраняется режущие свойства инструмента, оснащенного пластинами из смешанной оксидно-нитридо-карбидной режущей керамики нового химического состава марки ОА60НТКВНРК40, при этом не ухудшается качество и точность обрабатываемой детали и не происходит «затупления» режущего инструмента при резании;

- определены рациональные режимы резания, при которых износостойкость РИ, оснащенного пластинами из смешанной оксидно-нитридо-карбидной режущей керамики нового химического состава марки ОА60НТКВНРК40, 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.

Для экспериментальной проверки заявляемых пластин из смешанной оксидно-нитридо-карбидной режущей керамики нового химического состава марки ОА60НТКВНРК40 были изготовлены стандартные образцы пластин габаритом 10×10×4,5 мм, для оснащения резцов.

Затем была произведена обработка валов из труднообрабатываемой стали марки 12Х18Н10Т 050 на длину 100 мм резцами, оснащенными пластинами из смешанной оксидно-нитридо-карбидной режущей керамики нового химического состава марки ОА60НТКВНРК40 и резцами, оснащенными пластинами из оксидно-карбидной режущей керамики марки ВОК-60 на основе оксида алюминия.

При этом стойкость резцов, оснащенных пластинами из смешанной оксидно-нитридо-карбидной режущей керамики нового химического состава марки ОК60КТВРК40, составляла 210…240 мин, а резцов, оснащенных пластинами из оксидно-карбидной режущей керамики марки ВОК-60 на основе оксида алюминия, составляла 35…43 мин. Т.О. стойкость резцов, оснащенных пластинами из смешанной оксидно-нитридо-карбидной режущей керамики нового химического состава марки ОА60НТКВНРК40, была приблизительно 4,9 раза выше резцов, оснащенных пластинами из оксидно-карбидной режущей керамики марки ВОК-60 на основе оксида алюминия.

Составы сырья для изготовления пластин и физико-механические показатели изделий представлены в таблице 1.

Таблица 1

Составы сырья аналогов для изготовления пластин из РК и их физико-химико-механические свойства (1- Смешанная режущая керамика и способ изготовления режущей пластины из смешанной РК». Авторы/ Бурлакова А.Э., Пучкин В.Н., Туркин И.А., Корниенко В.Г./ 1. Заявка №2023112616/05(026787); 2- Стандартная режущая керамика марки ВОК-60, изготовленная по ГОСТ 25003-81.3. –Заявка №204113200 приоритет от 16 мая 2024

*- оксидно-карбидная режущая керамика ВОК-60 (см. [8] стр. 15-22).

Оксид магния, оксид кальция, оксид кремния и оксид натрия, т.к. они не входят в состав, а служат для улучшения спекаемости сплава при прессовании и измельчению зерна сплава кристаллической его решетки 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.

Техническим результатом предлагаемого решения является:

повышение межкристаллитной коррозионностойкости, температурной износостойкости, долговечности, пластичности, ударной вязкости и работоспособности пластин из смешанной оксидно-нитридо-карбидной режущей керамики ОА60НТКВНРК40;

- повышения предела текучести во время горячего прессования и спекания пластин;

- увеличения прочности и твердости пластин.

Данная способ изготовления пластин из смешанной оксидно-нитридо-карбидной режущей керамики нового химического состава марки ОА60НТКВНРК40 для оснащения режущих инструментов внедрен на ООО «МАПП» (Общество с ограниченной ответственностью «Механизация, автоматизация производственных процессов»), при обработке валов из труднообрабатываемой сталей 12Х18Н10Т и 14Х17Н2. Применение пластин, при обработке валов повысило качество и точность обрабатываемых деталей, что удовлетворяет техническим и потребительским свойствам изделий. Повысилась производительность механической обработки валов, что дало экономию в 280 тыс.руб. на предприятии - ООО «МАПП», по сравнению с применением твердосплавного, содержащего вольфрам, марок Р6М5, Р9, Р18, режущего инструмента.

Также внедрены пластины из смешанной оксидно-нитридо-карбидной режущей керамики нового химического состава марки ОА60НТКВНРК40, для оснащения режущего инструмента, при обработке валов и шестерен из труднообрабатываемых сталей 12Х18Н10Т, 14Х17Н2 и серого чугуна СЧ18 на Армавирском электромеханическом заводе ОАО «ЭЛТЕЗА», экономия составила 260 тыс.руб.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. 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.

2. В.Н. Пучкин, В.Г. Корниенко, Т.В. Кащеева, Р.Л. Пломодьяло, А.Д. Лебедь. «Исследование сверхтвердых пластин из режущей керамики нового состава для оснащения инструмента, применяемого на станках с ЧПУ» Издательство: ООО «Контур», 2023 г. - 540 с.

3. Пучкин В.Н., Алиев М.М., Лебедев В.А. Корниенко В.Г., Кащеева Т.В., Моисеев Д.В. «Новые сверхтвердые пластины из режущей керамики для оснащения инструмента и их применение». Издательство Москва; Вологда: Инфра-Инженерия, 2024. - 296 с.

4. Патент RU №2699434 С1, МПК С22С 29/12, B22F 3/16, В23В 27/14, опубл. 05.09.2019

5. Патент RU №2679264, МПК В23В 27/14, B22F 3/15, С22С 29/12, опубл. 06.02.2019

6. Патент RU №2830762, заявка 2024113200, государственной регистрации в Государственном реестре изобретений Российской Федерации от 25.10.2024 г.

7. ГОСТ 25003-81 [http://docs.cntd.ru/document/1200009570]

8. 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.

Формула изобретения

Способ изготовления режущей пластины из смешанной оксидно-нитридо-карбидной керамики, характеризующийся тем, что смесь оксида алюминия и нитрида титана прокаливают при температуре 1850-1950°С, подвергают прокаленную смесь тонкому виброизмельчению на виброустановке в течение 3,6-4,8 ч до получения до 90-95% зерен размером 0,6-0,8 мкм и сушат, после сушки в виброизмельченную смесь вводят карбид вольфрама и карбид ниобия 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 MgO, оксида кремния SiO2, оксида кальция СаО и оксида натрия Na2O и подвергают распылительной сушке с получением смеси, после чего полученную смесь прессуют с формированием режущей пластины, которую подвергают спеканию при температуре 4100-4300°С и кратковременному отжигу при температуре θ=1850-1950°С с выдержкой 12,0-17,0 мин, после чего подвергают спеченную режущую пластину механической обработке с получением шероховатости граней, равной Ra=0,04-0,06 мкм, при этом смешанная оксидно-нитридо-карбидная керамика для изготовления режущей пластины содержит тугоплавкие компоненты при следующем соотношении, мас.%:

Изобретение "Способ изготовления смешанной оксидно-нитридо-карбидной режущей керамики" (Пучкин Владимир Николаевич, Бурлакова Виктория Эдуардовна, Варавка Валерий Николаевич, Кудряков Олег Вячеславович, Лапшин Виктор Петрович, Туркин Илья Андреевич, Корниенко Владимир Гаврилович) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога