Materiały narzędziowe

Materiały narzędziowe

1. STALE NARZĘDZIOWE
2. WĘGLIKI SPIEKANE
3. WĘGLIKI POKRYWANE
4. CERMETALE
5. SPIEKI CERAMICZNE
6. MATERIAŁY SUPERTWARDE

Kryteria doboru materiału

Kryteria doboru materiału

narzędziowego

narzędziowego

• wymagana okresowa lub wymiarowa trwałość ostrza

- przy zachowaniu tej samej okresowej trwałości ostrza
materiał limituje wartość dopuszczalnej v

c

, a więc i

wydajność skrawania

• własności

materiału

obrabianego

-

twardość,

wytrzymałość , ścierność, inne zjawiska fizyko-chemiczne

• rodzaj obróbki - od pola powierzchni przekroju

poprzecznego warstwy skrawanej zależne jest obciążenie
ostrza

• względy techniczno-ekonomiczne - analiza kosztów

1.

1.

STALE NARZĘDZIOWE

STALE NARZĘDZIOWE

 

W

W

Ę

Ę

GLOWE

GLOWE

 

STOPOWE

STOPOWE

 

PŁYTKO

HARTUJĄCE

SIĘ

 

GŁĘBOKO

HARTUJĄCE

SIĘ

 

DO PRACY

NA ZIMNO

 

DO PRACY

NA GORĄCO

 

SZYBKO-

TNĄCE

N.....E

N.......

N......

W.......

S.......

N7E
N8E
N9E

N10E
N11E
N12E

 

N5

N6
N7
N8
N9

N10
N11
N12

NV

NMW

NCV1

NCS
NC5
NC6
NC4

NC10
NC11

NCWV

NW1

WM1

WCV

WC4
WC2

WCZ

WCMB

WNL

WWS

WWN1
WNW2

SW12

(SW18)

SW2M2

SW7M

SK5M

(SK5MC)

SK8M

(SK5V)

SK10V

HSS - Stale szybkotnące

Symbol

Skład chemiczny [%]

C

Cr

W

Mo

V

Co

HSS

0,9

4,1

6,4

5,0

1,8

 

HSS Co5

0,9

4,1

6,4

5,0

1,8

4,8

HSS Co8

0,9

4,1

6,4

5,0

1,8

8,0

HSS
Co10

1,3

4,0

9,3

3,6

3,2

10,0

HSS
PM/F

1,6

4,75

10,5

2,0

5,0

8,0

 

Symbol

Właściwości

Odporność na

temp.

Odporność na

zużycie

Wytrzymałość

HSS







HSS Co5







HSS Co8







HSS Co10







HSS PM/F







2. WĘGLIKI SPIEKANE



           

do obróbki skrawaniem (gatunki

S, U, H)


           

do obróbki plastycznej (G)



           

do wierceń górniczych (B)

70-96%

węglików metali wysokotopliwych

(

wolfram, tantal, tytan, niob

) +

kobalt

jako

osnowa

K - (K05 - K30) Do materiałów typu żeliwo, metali nieżelaznych i materiałów
niemetalowych-zawiera WC+Co - (H03, H10S, H20S)
P - Do obróbki stali i materiałów dających wiór wstęgowy-zawierają WC+ TiC
+Co (NbC + TaC) - TiC zmniejsza skłonność materiału do szczepiania z
ostrzem - ( S10S , SM25 , S30S , S40S )
M - (M10) Do obróbki stali, staliw, stali manganowych, żeliw szarych
stopowych , ciągliwych, stali nierdzewnych austenitycznych – (U10S)

GRUPY ZASTOSOWAŃ WG
ISO

Schemat sk

Schemat sk

ł

ł

adu w

adu w

ę

ę

glika

glika

spiekanego

spiekanego

WC

TiC - WC

2 

m

(TaC + NbC)
mieszanka
węglików

Co WC

+ CrC
+ VC

mieszanka
kryształów

micrograin

micrograin

micrograin

WC 6%Co

1 - 3

1600

2000

WC 6%Co

0,2 - 1,0

1800

1600

3000

3700

WC 10%Co

Niektóre w

Niektóre w

ę

ę

gliki wolframu w osnowie

gliki wolframu w osnowie

Co

Co

WC 6%Co

1800

3200

4000

1730

WC 6%Co

Węgliki

Stopy

Wielkość
ziarna [m]

Twardoś

ć
HV 30

Wytrzymałość na
pękanie

[

N/mm

2

]

Konwencjonalne

Drobno ziarn.

0,8

0,7

0,4

Wytrzymałość na pękanie

Wytrzymałość na pękanie

0

1000

2000

3000

4000

5000

Konwencjonalne

Drobnoziarniste

Ultra drobnoziarniste Ultra drobnoziarniste

W

yt

rz

ym

a

ło

ść

n

a

p

ę

ka

n

ie

[

N

/m

m

2

]

Ś

Ś

rednia wielko

rednia wielko

ść

ść

ziarna

ziarna

0,6

0,8

1,0

1,2

m

0

0,7 µm

Wielk. ziaren

Ilość

ziaren %

3. WĘGLIKI SPIEKANE

POKRYWANE

Powłoki pojedyńcze o grubości kilku

m

TiC, TiN, TiCN, TiAlN, TiAlCN, Al

2

O

3

,

ZrN, HfN

Wielowarstwowe:

skrawność 5-10 razy lepsze od niepowlekanych

do 2 razy lepsze od powlekanych pojedynczo lub

podwójnie

METODY POWLEKANIA

CVD

(metoda chemiczna - r

n

=50-100m)

PVD

(powlekanie w temp. 500

o

C)

Powłoki na płytkach wieloostrzowych

Rola powłok

Dyfuzja

Utlenianie

Adhezja

Tarcie

Wykruszenia

Umocnienie krawedzi

skrawajacej

Nizsze tarcie

Wyzsza

twardosc

Bariera
chemiczna

Izolacja
termiczna

Narzedzi

e

Pokrycie

Korozja

Właściwości powłok

TiAlCN

TiC

N

TiAlN

Multilayer

TiAlN/TiN

Wytrzymałość / temperatura
utleniania

Tw

a

rd

o

ś

ć

/

o

d

p

o

rn

o

ś

ć

n

a

zu

ży

c

ie

TiN

4. CERMETALE

Mieszane spieki węglikowo –tlenkowe

(

40% Al

2

O

3

+

50% TiC

lub

WC

) na

osnowie

Co

lub

Ni



           

do obróbki ciągłej z dużymi

prędkościami skrawania
v

c

ale przy małych przekrojach warstwy

skrawanej



            

zwiększają kilka razy wydajność obróbki

wykańczającej w stosunku do
węgkików

5. SPIEKI CERAMICZNE

(ceramika narzędziowa)

• Spieki oparte na tlenku glinu (Ceramika biała

Ceramika biała

)

• Mieszane spieki tlenkowo węglikowe (Ceramika

Ceramika

czarna

czarna

)

• Spieki oparte na azotku krzemu (Ceramika szara

Ceramika szara

)

• Sialony
• Spieki z wiskerami węglika krzemu

Zaleta

wysoka twardość i odporność na ścieranie w szerokim

zakresie temperatur

Wada

mniejsza niż węgliki spiekane wytrzymałość na zginanie

A)

Ceramika biała (tlenkowa)

Ceramika biała (tlenkowa)

-

Spieki oparte na

tlenku aluminium

Al

2

O

3

odporna na wysokie temp.,

bardzo twarda lecz krucha,

mało odporna na uderzenia i zmęczenia

cieplne,

nie należy stosować cieczy obróbkowych.

B)

Ceramika czarna

Ceramika czarna

-

Mieszane spieki tlenkowo –

węglikowe

Al

2

O

3

+ 30-40% TiC (czasem
TiN)

 większa niż ceramika biała twardość, wytrzymałość

na zginanie, mniejsza kruchość,

 może zastąpić szlifowanie

,

 nie należy stosować cieczy obróbkowych.

C)

Ceramika szara (krzemowa)

Ceramika szara (krzemowa)

-

Spieki oparte

na

Si

3

N

4

 duża przewodność cieplna,

 mała rozszerzalność cieplna,

 odporna na wielokrotne nagłe zmiany

temp.

 stosujemy ciecze obróbkowe

 do toczenia i frezowania żeliw, stopów

Ni

 v

c

do 1000 m/min, posuw f do 0,3

mm/obr

D)

Sialony

Sialony

- Si

5

AlON

7

Własności mechaniczne i fizyczne zbliżone do Si

3

N

4

, a

chemiczne do Al

2

0

3

 do obróbki żeliw i stopów Ni,

 v

c

do 1000m/min, f=0,25-1 mm/obr.

E)

Spieki ceramiczne wzmocnione wiskersami

Spieki ceramiczne wzmocnione wiskersami

SiC

 większą twardością i odporność na pękanie,

zużycie ścierne, większa wytrzymałość na

zginanie,

 do obróbki stali hartowanych, żaroodpornych

stopów Ni,

20% wiskersów (d=0,1-0,5 m),

materiał bazowy

Al

2

0

3

, względnie

Si

3

N

4

W porównaniu do wcześniejszych gatunków spieków
odznacza się:

6. MATERIAŁY

SUPERTWARDE

Azotek Boru

Azotek Boru

- BN (CBN)

 syntetyczny,
 duża twardość, odporność na wysokie

temperatury,

 nadaje się do obróbki Fe, Ni (wszystkie

gatunki stali do 68 HRC, żeliwa, stopy Ni,

Co ),

 płytki wykonane jako kompozytowe i pełne.

Diament

Diament

 największa twardość,
 bardzo dobra przewodność cieplna,
 w temp. 800

0

c przechodzi w grafit i utlenia się,

 nie nadaje się do obróbki stali i stopów niklu.

A)

Diament polikrystaliczny

Diament polikrystaliczny

B)

Diament monokrystaliczny

Diament monokrystaliczny

 osadzony na płytce z węglików,
 ziarno 2-25m,

 do obróbki Al, Al + Si, Mg, Cu, Zn, węglików

spiekanych, mat. niemetalicznych,

 b. duże v

c

, daje kilkaset razy większe

wydajności niż węgliki.

Wpływ temperatury skrawania na

twardość różnych materiałów

narzędziowych

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0

500

1000

1500

Temperatura [K]

T

w

ar

d

o

ść

H

V

10

Diament

CBN

Ceramika narzedziowa

Węgliki spiekane

HSS

Zakres stosowania materiałów

narzędziowych

Udział głównych grup materiałów narzędziowych w

procesach obróbki skrawaniem w Niemczech wg stanu z

początku lat dziewięćdziesiątych