106

-    Hamowanie procesów adhezji i dyfuzji w strefie styku plastycznego, przy czym podstawowa rola powłoki to niedopuszczenie do rozpuszczania się materiału narzędziowego podłoża w materiale obrabianym.

-    Zmiany warunków tarcia zewnętrznego prowadzącej do zawężenia strefy pierwotnych odkształceń plastycznych, zmniejszenia długości styku powierzchnia natarcia - wiór. Odwrotnie, obserwuje się nieznaczny wzrost długości styku od strony powierzchni przyłożenie, gdyż nałożenie powłoki zwiększa promień zaokrąglenia krawędzi skrawającej i nasila sprężysty powrót warstwy wierzchniej materiału obrabianego. Jako czynnik osłabiający tarcie zewnętrzne powłoka przeciwdziała tworzeniu się intensywnego narostu lub powoduje jego całkowity zanik.

-    Obok osłabienia oddziaływania adhezyjnego wpływ powłoki na kształtowanie warunków styku może przejawiać się w wytwarzaniu dodatkowego momentu odginającego wiór od ostrza. Jeśli powłoka spełnia funkcję izolatora cieplnego, to powstają duże gradienty temperatury w przynarzędziowej strefie wióra, czego skutkiem jest wspomniany wcześniej efekt bimetalowy. Efekt ten jest ważnym czynnikiem przyczyniającym się do kontrolowania zwijania i łamania wióra.

-    Zmiany charakteru obciążenia ostrza. O ile maksymalne wartości naprężeń stycznych w strefie styku maleją średnio o 2(H40%, o tyle wartość naprężeń normalnych zależy od charakteru zmian siły normalnej i pola powierzchni styku. Gdy powłoka zmniejsza długość styku intensywniej niż obciążenie normalne, wtedy skutkiem jest widoczny wzrost naprężeń w pobliżu krawędzi skrawającej.

Przedstawiona analiza złożonych oddziaływań powłoki na proces skrawania uwidacznia konieczność umiejętnego regulowania cieplno-fizycznych właściwości materiału narzędziowego oraz optymalny dobór materiału podłoża oraz składników i struktury powłoki. Zagadnienia te winny być rozważane w ścisłym związku z przewodnością i pojemnością cieplną materiałów pary tribologicznej materiał obrabiany (wiór) - ostrze.

6.5.6. Spiekane materiały ceramiczne i ceramiczno-węglikowe

W ostatnich latach wzrasta ciągle zużycie ceramicznych i ceramiczno-węgliko-wych materiałów skrawających. Ocenia się, że obecnie ok. 2% ostrzy narzędzi skrawających jest wykonanych z tych tworzyw, przy czym za ich pomocą obrabia się 3,5^4% objętości skrawanych materiałów. Do tej grupy materiałów zalicza się jednofazowy, spiekany i/lub prasowany na gorąco A1₂0₃ oraz Si₃N₄, a także mieszaniny tych fe² z twardymi tlenkami, azotkami i/lub węglikami, wytwarzane zmodyfikowanymi metodami metalurgii proszków. Płytki wykonane z tych materiałów są stosowane do obróbki żeliwa i stali przy dużych prędkościach skrawania.

Spiekane materiały ceramiczne i ceramiczno-węglikowe są odporne chemicznie, stabilne w atmosferach obojętnej i utleniających, a także w wysokiej temperaturze. Przy jnałej gęstości wykazują dobrą odporność na ścieranie w temperaturze pokojowej i podwyższonej. Surowce do wytwarzania tych materiałów są łatwo dostępne, ale materiały te są wrażliwe na mechaniczne obciążenie udarowe i na zmęczenie cieplne. Żarowytrzy-małość spiekanych materiałów ceramicznych i ceramiczno-węglikowych jest jednak większa niż węglików spiekanych. W odróżnieniu od węglików spiekanych materiały te nie zawierają metalu wiążącego i dlatego ich ciągliwość jest znacznie mniejsza niż węglików spiekanych. Możliwości stosowania spiekanych materiałów ceramicznych i ceramiczno-węglikowych są determinowane przez dużą skłonność do złamania. Płytki skrawające z tych materiałów oprócz ujemnego kąta natarcia mają dodatkowo fazę wzmacniającą, o szerokości 0,2-K),3 mm. Największą zaletą spiekanych materiałów ceramicznych jest natomiast możliwość skrawania z bardzo dużymi prędkościami. Zaletę tę wykazują również supertwarde materiały narzędziowe, w tym polikrystaliczny syntetyczny diament i sześcienny azotek boru (CBN) o sieci regularnej, które należy zaliczyć do grupy najnowocześniejszych i najdroższych tworzyw narzędziowych.

6.5.6.I. Tlenkowe materiały ceramiczne

Głównym składnikiem materiałów ceramicznych stosowanych na narzędzia skrawające jest chemicznie i cieplnie stabilny tlenek aluminium a-Al₂0₃, do którego w celu ograniczenia rozrostu ziarna dodaje się w śladowych udziałach inne tlenki, np. MgO. Dodatki te stanowią fazę bezpostaciową, spełniającą rolę spoiwa, które otacza bardzo cienką warstewką kryształy AI₂0₃, decydującą o fizycznych i mechanicznych własnościach spieku. Tlenek aluminium «-Al₂0₃ odznacza się dużą twardością (powyżej 1600 HV) w temperaturze pokojowej i podwyższonej. Może pracować w temperaturze wyższej niż 1200°C. Jest pasywny w powietrzu, ale jego podstawową wadą jest kruchość i mała odporność na uderzenia mechaniczne i zmęczenie cieplne.

Znaczną poprawę ciągliwości oraz zwiększenie wytrzymałości na zginanie spieków z czystego A1₂0₃ osiągnięto przez wprowadzenie dodatków ułatwiających otrzymanie spieków o dużej gęstości oraz zastosowanie drobnoziarnistego a-Al₂0₃ o śred-mcy ziarna maksimum 1 Jim. Zmniejszenie wielkości ziarna powoduje także ponad dwukrotne zwiększenie wytrzymałości na złamanie płytek ze spiekanych materiałów ceramicznych. Wytrzymałość spieku z czystego A1₂0₃ można poprawić o około 25% ^w wyniku prasowania na gorąco lub prasowania izostatycznego na gorąco. Na rysun-^6.17 przedstawiono porównanie własności skrawnych ostrza z czystego A1₂0 prasowanego na gorąco, z ostrzami z węglików spiekanych, cermetalu zawierającego głów-^nie mieszaninę TiC i TiN oraz spieku ceramiczno-węglikowego.

Dodatek dyspersyjnych cząstek tlenu cyrkonu Zr0₂ do materiałów ceramicznych ^{na osn}owie A1₂0₃ wpływa na ich znaczne umocnienie oraz wzrost ciągliwości. Maksi-^mum występuje przy udziale objętościowym 15% tlenku cyrkonu. Obecnie materiały ^CCramiczne z dyspersyjnymi cząstkami Zr0₂ są stosowane do wykańczającego tocze-^nia elementów z żeliwa szarego, umożliwiając znaczne zwiększenie wydajności tego

115