Стойкостные испытания новой керамики ZIRCA в условиях чистового точения
In work results tests of new ceramics ZIRCA of tool appointment in the course of cutting the tempered chromic steel are presented.
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
|---|---|
| Дата: | 2009 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
2009
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/22694 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Стойкостные испытания новой керамики ZIRCA в условиях чистового точения / Н.М. Прокопив, С.И. Джелялов, В.Н. Нечипоренко // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2009. — Вип. 12. — С. 460-464. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859637829993234432 |
|---|---|
| author | Прокопив, Н.М. Джелялов, С.И. Нечипоренко, В.Н. |
| author_facet | Прокопив, Н.М. Джелялов, С.И. Нечипоренко, В.Н. |
| citation_txt | Стойкостные испытания новой керамики ZIRCA в условиях чистового точения / Н.М. Прокопив, С.И. Джелялов, В.Н. Нечипоренко // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2009. — Вип. 12. — С. 460-464. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
| description | In work results tests of new ceramics ZIRCA of tool appointment in the course of cutting the
tempered chromic steel are presented.
|
| first_indexed | 2025-12-07T13:18:05Z |
| format | Article |
| fulltext |
Выпуск 12. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
460
УДК 621.9.025.7
Н. М. Прокопив, С. И. Джелялов, кандидаты технических наук, В. Н. Нечипоренко.
Институт сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля НАН Украины, г. Киев
СТОЙКОСТНЫЕ ИСПЫТАНИЯ НОВОЙ КЕРАМИКИ ZIRCA
В УСЛОВИЯХ ЧИСТОВОГО ТОЧЕНИЯ
In work results tests of new ceramics ZIRCA of tool appointment in the course of cutting the
tempered chromic steel are presented.
Как известно, Украина является государством с мощной машиностроительной отрас-
лью. Предприятия страны («Новокраматорский машиностроительный завод» (НКМЗ), «Ма-
кеевский металлургический завод», «Луцкий автомобильный завод» (ЛуАЗ), «Харьковский
тракторный завод» (ХТЗ), «Мариупольский металлургический комбинат им. Ильича»,
«Азовмаш», «Харьковский подшипниковый завод», «Мотор сич» и т. д.) используют широ-
кую номенклатуру труднообрабатываемых материалов, в том числе детали из металлических
сплавов, легированных хромом, никелем и другими компонентами, от которых требуются
высокая твердость, износостойкость и контактная прочность. Такие детали, зачастую по-
ставляются перед эксплуатацией в закаленном виде и требуют получистовой и чистовой ме-
ханической обработки. Для этой цели используется инструмент оснащенный керамикой ре-
жущего назначения. Практика применения такого инструмента свидетельствует о том, что
предприятия чаще всего используют для обработки керамику оксидно-карбидного (смешан-
ного) типа (на основе Al2O3–TiC(Ti(C,N))) [1–6], которая на отечественном рынке представ-
лена пластинами марки ВОК-71 производства Светловодского комбината твердых сплавов и
тугоплавких металлов. Наряду с этим широко применяют пластины марки СС650 (фирмы
«Sandvik Coromant», Швеция), которые по химическому составу являются примерным анало-
гом пластин марки ВОК-71. Широкое применение инструментальной керамики указанной
группы вызвано наличием у нее наиболее оптимальных физико-механических характеристик
(см. таблицу) в сочетании с высокой адгезионно-химической стойкостью к большинству
конструкционных материалов, применяемых в машиностроении.
Характеристики керамических материалов
Марка кера-
мического
материала
Твердость
HV15, ГПа
Трещиностойкость
K1с, МПа·м1/2
Теплопроводность
λ, Вт/(м·К)
Прочность
при изгибе
Rbm, МПа
ZIRCA 18,3–18,7 5,2–5,6 24–26 700–750
СС650 19,0–
19,2 4,1–4,4 24* 400–500*
ВОК-71 18,5–
18,8 4,2–4,5 20–24* 650–750*
* – справочные данные. Другие данные измерены в лаборатории ИСМ НАН Украины.
К основным проблемам инструмента, оснащенного керамикой смешанного типа, ог-
раничивающим его применение, относится низкая прочность [8–10]. Так, при обработке мар-
тенситной нержавеющей стали марки AISI 410 (HRC 60) и стали EN 24 (HRC 45) [8] на зад-
ней поверхности, пластин из керамики марки СС650 наблюдается так называемый «канавоч-
ный» износ, что объясняется низкой трещиностойкостью. Кроме того, инструмент из кера-
мического материала марки ВОК-71, применяемый при обработке серых чугунов [10], про-
являет нестабильность за счет возникновения по нижней границе фаски износа на задней
РАЗДЕЛ 3. ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ
И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ИНСТРУМЕНТЕ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
461
поверхности большого количества проточек, свидетельствующих о скалывании режущей
кромки. Проблема низкой трещиностойкости керамики проявляется также при получистовой
механической обработке деталей, склонных к поводке и короблению после термической об-
работки, а также при восстановлении рабочих поверхностей изношенных комплектующих
(подшипниковых колец, валов для колесных пар составов, шейки коленчатых валов и др.),
имеющих дефекты в виде рифлений, наплывов и других поверхностных дефектов.
Указанные проблемы усугубляются тенденциями развития современного металлооб-
рабатывающего производства: повышением скорости резания, расширением номенклатуры
используемых на предприятиях труднообрабатываемых конструкционных материалов, что
требует создания новых высокоэффективных материалов для обеспечения конкурентоспо-
собного развития предприятий. Это способствует не только повышению эффективности ме-
ханической обработки, но и снижению затрат на закупку импортного инструмента и расши-
рению экспорта инструментальных материалов отечественного производства.
Для решения данной проблемы специалистами ИСМ НАН Украины был разработан
новый керамический инструментальный материал марки «ZIRCA» [11], полученный при ис-
пользовании реакционной технологии синтеза в системе ZrO2(м)–Al–C. Состав разработан-
ного материала (Al2O3–ZrС–ZrO2(м)–Al2Zr) существенно отличается от составов материа-
лов смешанной керамики известных марок, к тому же «ZIRCA» обладает большей трещино-
стойкостью (К1с) (см. табл. 1).
Таким образом, установление потенциальных возможностей нового инструменталь-
ного материала при резании труднообрабатываемых сплавов и определение областей его
рационального применения представляет научный и практический интерес
Цель настоящей работы – установить зависимость стойкости инструмента из новой
керамики от времени по сравнению со стандартными материалами, изучить характер его из-
носа в процессе точения закаленной стали ШХ15 с различными подачами и определить воз-
можные условия его продуктивной работы.
Методика исследований.
Стойкость резцов, оснащенных многогранными неперетачиваемыми пластинами из
материала марки ZIRCA, определяли на токарно-винторезном станке повышенной точности
марки 1Э61М при обработке вала из стали ШХ15, закаленной до HRC 56–58. Для исследова-
ний изготовили пластины квадратной формы SNGN 120412 (рис. 1, а). Резцы затачивали на
универсально-заточном станке модели BW-029 алмазными кругами 12А2–45° 150×150×32
АСН 20/14 В2-01-4. Шероховатость на торцах и боковых поверхностях инструмента не пре-
вышала 0,25 мм.
а б
Рис. 1. Схематическое изображение режущей пластины формы SNGN 120412 (а) и внешний
вид крепления пластины к державке (б)
В качестве режущего инструмента применяли резец проходной прямой правый с раз-
мером державки 25×30 мм. Режущие пластины устанавливали в стальном резцедержателе
посредством механического крепления (см. рис. 1, б). Геометрические параметры режущих
пластин и углы резания, которые достигались установлением пластин в резцедержателе, бы-
ли следующие: φ = φ1 = 45°; γ = –10°; α = α 1 = 10°; λ = 0; γф = –20°.
Выпуск 12. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
462
Для сравнения использовали стандартные пластины такой же формы марок ВОК-71 и
СС650.
Износ пластин измеряли с помощью инструментального микроскопа с общим увели-
чением 120 и ценой деления 0,01 мм.
В качестве критерия износа резцов при точении был принят износ по задней поверх-
ности hз = 0,3 мм (рис. 2), который измеряли с помощью инструментального микроскопа с
отсчетной микрометрической головкой через каждые 5 мин при подаче S = 0,05 и S = 0,1
мм/об. и через каждые 2,5 мин при подаче S = 0,14 мм/об.
Рис. 2. Определение износа на задней поверхно-
сти режущей пластины
Точение проводили со скоростью 1,67 м/с, при глубине резания 0,25 мм во всех режи-
мах обработки.
Результаты
Зависимости стойкости инструмента, оснащенного исследуемыми пластинами, от по-
дачи показаны на рис. 3.
Рис. 3. Зависимости Т стойкости инструмента из керамических материалов от по-
дачи S при чистовом точении стали ШХ15 (HRC 56–58) со скоростью 1,67 м/с при глубине
резания 0,25 мм: 1– ZIRCA; 2 – СС650; 3 – ВОК-71
Результаты исследований поверхностей режущих кромок рассматриваемых пластин
(рис. 4) свидетельствуют о том, что инструмент в указанных условиях изнашиваются вслед-
ствие абразивного истирания с образованием характерной фаски на задней поверхности.
Марка инструментального материала
ZIRCA СС650 ВОК-71
Подача S, мм/об
0,05 0,1 0,14 0,05 0,1 0,14 0,05 0,1 0,14
Интенсивность изнашивания i, мкм/мин.
5,320,18 5,920,2 7,540,13 3,870,13 4,760,15 7,250,23 6,470,21 7,020,23 10,60,33
РАЗДЕЛ 3. ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ
И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ИНСТРУМЕНТЕ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
463
а б в
Рис. 4. Внешний вид износа на задней поверхности пластин, изготовленных из керамики раз-
личных марок, при точении стали ШХ15 с подачей 0,05 мм/об: а – ZIRCA; б – СС650; в –
ВОК-71
Из данных рис. 3 следует, что стойкость разработанной керамики марки ZIRCA при
подаче 0,05 мм/об. в 1,2 раза превышает стойкость пластин марки ВОК-71; при этом она в
1,4 раза ниже стойкости инструментов из керамики марки СС650.
Было установлено, что с увеличением подачи с 0,05 до 0,1 мм/об. период стойкости
пластин из керамики марок ZIRCA и ВОК-71 уменьшается, при этом пластины марки СС650
характеризуются наибольшей, в сравнении с другими марками, интенсивностью изнашива-
ния. Это свидетельствует о большей чувствительности последней к повышению подачи, и,
соответственно температурно-силовой нагрузки на режущий клин инструмента, что, вероят-
но, объясняется более низкими прочностными показателями керамики шведского производ-
ства (см. таблицу).
Последующее увеличение подачи с 0,1 до 0,14 мм/об. приводит к снижению периода
стойкости пластин по сравнению с обработкой при подаче 0,05 мм/об. в 1,4 раза для инстру-
мента из керамики марок ZIRCA и ВОК-71, и в 1,9 раза – из керамики СС650. Однако, как
следует из данных рис. 3, влияние увеличения подачи на интенсивность изнашивания и соот-
ветственно снижение периода стойкости инструмента, оснащенного режущей керамикой
марки ZIRCA, минимально (см. рис. 3). С увеличением подачи изменяется характер изнаши-
вания пластин как из керамики марки ВОК-71 (рис. 5, а), так и марки СС650 (рис. 5, б).
а б в
Рис. 5. Внешний вид износа на задней поверхности пластин, изготовленных из керамики раз-
личных марок, при точении стали ШХ15 с подачей 0,14 мм/об: а – ВОК-71; б – СС650; в –
ZIRCA.
Как следует из данных рис. 5, а, б, изнашивание инструмента из керамики марок
СС650 и ВОК-71 сопровождается хрупким разрушением режущей кромки с выкрашиванием
фрагментов материала на отдельных ее участках. Характерное отличие изнашивания режу-
щей поверхности инструмента, оснащенного режущей керамикой марки ZIRCA, состоит в
том, что она изнашивается в течение всего периода стойкости равномерно без скалывания
(рис. 4, в). Это, вероятно, объясняется тем, что керамика марки ZIRCA имеет наиболее высо-
кую прочность и трещиностойкость, что обусловливает ее преимущества в таких условиях
обработки.
Таким образом, испытания новой керамики на стойкость в условиях чистового точе-
ния стали марки ШХ15 показали, что инструмент из керамики марки ZIRCA проявляет наи-
лучшую стабильность при обработке на всех рассмотренных подачах, о чем свидетельствует
Выпуск 12. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
464
абразивный износ на задней поверхности пластин без участков хрупкого разрушения режу-
щей кромки. Стойкость инструментов из материала марок ZIRCA и CC650 при подаче
0,14 мм/об. различается несущественно, стойкость пластин марки ВОК-71 – в 1,4 раза ниже.
Это определяет область применения керамики марки ZIRCA и свидетельствует о целесооб-
разности ее использования при чистовом точении стали марки ШХ15 (HRC 56–58) с более
высокой подачей, чем при использовании известных аналогов.
Литература
1. Каталог Sandvik Coromant. Токарный інструмент. – Дания: Stibo Graphik, 2000. – J30 p.
2. Панов В. С. Современная инструментальная керамика. Составы и области применения
(обзор) // Інструмент. світ. – 2007. – №1(33). – С. 30–33.
3. Васин С. А., Верещака А. С. Резание материалов. Термомеханический подход к сис-
теме взаимосвязей при резании. – М.: Изд-во МГТУ, 2001. – 448 с.
4. Панов В. С., Чувилин А. С. Технология и свойства спеченных твердых сплавов и из-
делий из них. : Учеб. пособие для вузов. – М.: Изд-во МИСИС, 2001, 428 с.
5. Осипова И. И., Шведков Е. Л. Режущая керамика. 1985–1990 гг. // Порошковая метал-
лургия. – 1992. – № 9. – С. 31 – 45.
6. Керамические инструментальные материалы / Г.Г. Гнесин, И.И. Осипова, Г.Д. Рон-
таль и др.; под ред. Г. Г. Гнесина. – К.: Техника, 1991. – 338 с.
7. Прокопив Н. М., Джелялов С. И. Режущая керамика. Состояние и перспективы разви-
тия // Вісн. Сумськ. Держ. Ун-ту. Сер. Технічні науки (Машинобудування). – 2005. – №
9(81). – С. 129–134.
8. Kumar A. Senthil, Durai A. Raja and Sornakumar T. Wear behavior of alumina based ce-
ramic cutting tools on machining steels // Tribology Intern.. – 2006. – V. 39. – Is. 3.– P.
191–197.
9. Kumar A. Senthil, Durai A. Raja, Sornakumar T. The effect of tool wear on tool life of alu-
mina-based ceramic cuttingtools while machining hardened martensitic stainless steel //
Journ. of Mater. Proces. Technology. – 2006. – V. 173. – P. 151–156.
10. Кузин В. В. Работоспособность режущих инструментов из нитридной керамики при
обработке чугунов. // Вестн. машиностроения. – 2004. – № 5. – С. 39–43.
11. Джелялов С. І. Закономірності формування структури та властивостей керамічного ма-
теріалу інструментального призначення в системі ZrO2–Al–C. – Автореф. дис. … канд.
техн. наук; спец. 05.03.01 «Матеріалознавство». – К., 2008. – 20 с.
Поступила 09.06.09
УДК 621.793
В. И. Зеленин1 , Н. Г. Третяк1, В. А. Лукаш2, Н. М. Прокопив2кандидаты технических на-
ук, М. А. Полещук1, Е. В. Зеленин1, П. М. Кавуненко1, И. М. Попович1,
1Институт электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины, г. Киев,
2Институт сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля НАН Украины, г. Киев
ИНСТРУМЕНТЫ ДЛЯ НАПЛАВКИ МЕДИ ТРЕНИЕМ С ПЕРЕМЕШИВАНИЕМ
The paper presents the design of the tool and materials, hard tungsten-containing alloys of
VK type, for manufacture of the work tool for the process of friction stir welding (FSW).
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-22694 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | XXXX-0065 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T13:18:05Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Прокопив, Н.М. Джелялов, С.И. Нечипоренко, В.Н. 2011-06-27T21:15:42Z 2011-06-27T21:15:42Z 2009 Стойкостные испытания новой керамики ZIRCA в условиях чистового точения / Н.М. Прокопив, С.И. Джелялов, В.Н. Нечипоренко // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2009. — Вип. 12. — С. 460-464. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. XXXX-0065 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/22694 621.9.025.7 In work results tests of new ceramics ZIRCA of tool appointment in the course of cutting the tempered chromic steel are presented. ru Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности Стойкостные испытания новой керамики ZIRCA в условиях чистового точения Article published earlier |
| spellingShingle | Стойкостные испытания новой керамики ZIRCA в условиях чистового точения Прокопив, Н.М. Джелялов, С.И. Нечипоренко, В.Н. Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности |
| title | Стойкостные испытания новой керамики ZIRCA в условиях чистового точения |
| title_full | Стойкостные испытания новой керамики ZIRCA в условиях чистового точения |
| title_fullStr | Стойкостные испытания новой керамики ZIRCA в условиях чистового точения |
| title_full_unstemmed | Стойкостные испытания новой керамики ZIRCA в условиях чистового точения |
| title_short | Стойкостные испытания новой керамики ZIRCA в условиях чистового точения |
| title_sort | стойкостные испытания новой керамики zirca в условиях чистового точения |
| topic | Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности |
| topic_facet | Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/22694 |
| work_keys_str_mv | AT prokopivnm stoikostnyeispytaniânovoikeramikizircavusloviâhčistovogotočeniâ AT dželâlovsi stoikostnyeispytaniânovoikeramikizircavusloviâhčistovogotočeniâ AT nečiporenkovn stoikostnyeispytaniânovoikeramikizircavusloviâhčistovogotočeniâ |