Strona główna

Technologia – wykład 6 28. 03. 06 MateriałY – ciąg dalszy czarne spieki ceramiczne


Pobieranie 15.2 Kb.
Data17.06.2016
Rozmiar15.2 Kb.
TECHNOLOGIA – WYKŁAD 6 28.03.06
MATERIAŁY – CIĄG DALSZY
Czarne spieki ceramiczne składają się z 40% tlenku aluminium (Al2O3) i około 50% węglika wolframu (WC) [cerrometale wolframowe] lub węglika tytanu (TiC) [cerrometale tytanowe], maja barwę czarną. Ze względów wytrzymałościowych korzystna jest mała średnica ziaren i dużo gęstość spieków, są bardziej odporne na ścieranie i pękanie od białych spieków ceramicznych. Stosowane są do dokładnej obróbki materiałów odlewanych, a także do toczenia i frezowania stali w stanie zahartowanym oraz stali wysokostopowej. Czarne spieki ceramiczne mogą pracować z chłodzeniem lub bez. Oznacza się je symbolem CM. Białe i czarne spieki ceramiczne mogą być pokrywane cienkimi powłokami materiałów trudnościeralnych. Wówczas oznacza się je symbolem CC. Spieki ceramiczne wytrzymują temperatury skrawania do 1100’C a prędkości skrawania 400 do 600 r/min.

Spiekany azotek krzemu (Si3N4)

  1. Czysty azotek krzemu – ma barwę szarą, jest stosowany do toczenia i frezowania żeliwa szarego sferoidalnego i stopowego i stopów na osłonie niklu (Cl), w silnie przerywanych procesach technologicznych, z prędkościami przekraczającymi 1000 m/min wytrzymuje nawet do 1300’C; do jego zalet należy duża przewodność cieplna i bardzo mała rozszerzalność cieplna. Narzędzie jest chłodzone cieczą. Oznacza się go symbolem CN.

  2. Azotek krzemu z dodatkiem tlenku itru (Y2O3)

  3. Azotek krzemu z dodatkiem 30% TiC, 4,5% Y2O3, 1,5% Al2O3



Sialon – związek utworzony na bazie azotku krzemu przez wprowadzenie w miejsca atomów krzemu cząsteczek tlenku aluminium(Al2O3) i bardzo często tlenku itru (Y2O3). Narzędzia wykonane ze sialonu stosuje się do toczenia i frezowania stali i stopów trudno obrabialnych stali ulepszanych cieplnie, stopów niklu, tytanu i aluminium oraz stopów wysoko żarowytrzymałych. Bardzo pozytywną cechą tych materiałów jest zmniejszanie się zużycia narzędzia wraz ze wzrastającą prędkością skrawania.


Super-twarde materiały polikrystaliczne

  1. Materiały karbonadowe – utworzone z polikrystalicznego diamentu (PCD),

  2. Materiały kompozytowe – utworzone ze spiekanego azotku boru (BN) o sieci regularnej.


Polikrystaliczny diament (PCD) – wykazuje największą twardość ze wszystkich materiałów narzędziowych, przy bardzo małej wytrzymałości na zginanie. Ma on największy wskaźnik w skali twardości Mohsa.

P
Rys 1.


odstawową postacią narzędzi są wkładki o niewielkich wymiarach zwykle o grubości w zakresie od 0,5 do 1mm i pozostałych wymiarach nie większych od kliku milimetrów. Wkładki te są łączone z częścią nośną wykonaną z materiału o mniejszej kruchości najczęściej z płytką z węglików spiekanych o znormalizowanych wymiarach. Narzędzia z PCD są stosowane do toczenia i frezowania metali nieżelaznych i stopów, węglików spiekanych, porcelany i materiałów ceramicznych, gumy, tworzyw sztucznych, drewna, stopów srebra złota i platyny z dużymi prędkościami skrawania. Narzędzia z polikrystalicznego diamentu umożliwiają uzyskiwanie bardzo gładkich powierzchni obrabianych elementów. Ich trwałość jest kilkadziesiąt a niekiedy nawet kilkaset razy wyższa niż narzędzi z węglików spiekanych. Brak możliwości obróbki żelaza, Żelazo działa na diament w podwyższonej temperaturze jak katalizator przyśpieszający grafityzacje. Polikrystaliczny diament oznaczamy symbolem (DP)
Polikrystaliczny regularny azotek boru (PCBN) - narzędzia z PCBN są wykonywane w postaci płytek o grubości 0,5 do 1mm. Połączonych dyfuzyjnie z płytką nośną z węglików spiekanych. Regularny azotek boru ma twardość nieco mniejszą od diamentu (około 1,6x) ale 3-krotnie większą od korundu, który ma twardość 9 w skali Mohsa. Wykazuje żarowytrzymałość do temperatury 1000’C nie reagując z metalami oraz stalą, jest odporny na utlenienie. Narzędzia z PCBN są wykorzystywane do obróbki stali ulepszonych cieplnie, utwardzonego żeliwa oraz stopów na osnowie niklu i kobaltu. Wykazują znacznie większą trwałość od węglików spiekanych (prawie 20x) co umożliwia stosowanie bardzo dużych prędkości skrawania. PCBN oznacza się symbolem (BN)

POKRYWANIE NARZĘDZI CIENKIMI WARSTWAMI MATERIAŁÓW TRUDNOŚCIERALNYCH


  1. Metoda chemiczna (CVD) – prowadzi się ją w szczelnym reaktorze w temperaturze 1000’C, związki chemiczne metalu mającego stanowić podstawowy składnik warstwy trudnościeralnej (tytanu, tantalu, aluminium, chromu lub boru) reagują z węglem znajdującym się na powierzchni powlekanego przedmiotu lub z gazami znajdującymi się w atmosferze reaktora (azot lub tlen). Wysoka temperatura konieczna do przebiegu reakcji chemicznych wyklucza zastosowanie metody CVD do narzędzi wykonanych z stali szybkotnącej, stąd metodę tą stosuje się do węglików spiekanych lub spieków ceramicznych. Na których temperatura nie powoduje utraty właściwości.

  2. Metoda fizyczna (PVD) – wytwarzanie warstw tą metodą polega na bombardowaniu powierzchni przedmiotu strumieniem zjonizowanej plazmy, utworzonej z jonów metali
    (np tytan, wolfram) gazów reaktywnych (azot, tlen), oraz węgla, boru lub krzemu. Nanoszenie powłok prowadzi się na zimno lub w niskich temperaturach nie przekraczających 500’C, co umożliwia pokrywania narzędzi ze stali szybkotnącej bez obawy o utratę ich twardości. W celu uzyskania dobrej przyczepności warstwy do pokrywanego przedmiotu bardzo istotne jest uzyskanie dużej czystości pokrywanej powierzchni, gdyż połączenie warstwa
    trudnościeralna-przedmiot ma charakter adhezyjny (pokrywanie cienka warstwą) Metody PVD są stosowane do pokrywania stali szybkotnących.


Powłoki można podzielić na proste i złożone.

    • Proste (jednowarstwowe, mono-warstwowe – składają się z jednego materiału).

    • Złożone:

  1. Wielowarstwowe powłoki (multi warstwy) wytwarzane są w wyniku nanoszenia na siebie kolejnych warstw różnych materiałów, najczęściej powłok prostych o różnych własnościach.

  2. Wieloskładnikowe powłoki – sieć jednego pierwiastka jest częściowo wypełniona innym pierwiastkiem. Ze względów historycznych powłoki można podzielić na:

    • powłoki pierwszej generacji reprezentowane przez azotek tytani (TiN)

    • powłoki drugiej generacji reprezentowane przez węglikoazotek tytanu(TiCN), azotek chromu(CrN) oraz niektóre powłoki diamentopodobne(DLC)

    • powłoki trzeciej generacji będące w stadium badań laboratoryjnych i rozwoju reprezentowane przez powłoki wieloskładnikowe i wielowarstwowe

Obecnie dość typowym rozwiązaniem są powłoki trójwarstwowe. Warstwę wewnętrzną położoną najbliżej materiału ostrza o długości około 5 mikrometrów stanowi węglik tytanu (TiC) lub węglikoazotek tytanu, które zapewniają duża przyczepność warstwy do podłoża oraz dużą odporność płytki na ścieranie, warstwę pośrednią o grubości około 1 mikrometra stanowi tlenek aluminium (Al2O3) który nadaje ostrzu dużą odporność na wysoką temperaturę i chroni je przed utlenieniem, warstwę zewnętrzną o grubości 1 mikrometra stanowi azotek tytanu (TiN), który zapobiega tworzeniu się narostu na ostrzu oraz powoduje zmniejszenie tarcia między ostrzem a wiórem, przyczynia się to do znacznego zmniejszenia sił skrawania, azotek tytanu nadaje narzędziu charakterystyczny złoty kolor. Pokrywanie ostrzy cienkimi powłokami z materiałów trudnościeralnych zwiększa ich trwałość od 1,4 do prawie 3x w stosunku do materiałów nie pokrywanych, przy czym najkorzystniejsze są pokrycia wielowarstwowe.
PROCES SKRAWANIA I ZJAWISKA Z NIM ZWIĄZANE
Proces skrawania można rozpatrywać jako proces odkształceń sprężystych i plastycznych doprowadzanych do stanu w którym pod wpływem oddziaływania ostrza na materiał warstwy skrawanej następuje mechaniczne jej oddzielenie i przetworzenie w wiór. Proces skrawania charakteryzuje: podstawowe ruchy narzędzia i przedmiotu obrabianego (kinematyka skrawania), wymiar naddatku usuwanego podczas kolejnych przejść narzędzia, wymiary warstwy skrawanej, geometria ostrza.


©snauka.pl 2016
wyślij wiadomość