Наверное у каждого из нас в кухонном столе есть нож с белым лезвием, который мы часто называем керамическим. На самом деле это спресованный и спеченый мелкодисперсный корунд, он же Al2О3 . Технология изготовления таких ножей аналогична процессу производства твердосплавного промышленного инструмента: смешивание гранул, прессование и спекание. Однако сам по себе корунд в чистом виде, в силу низких прочностных свойств, подходит только для изготовления тех самых кухонных ножей. Кстати, кухонный режущий инструмент 😉 производят из т.н. белой керамики с присадками оксида магния. При производстве же промышленного инструмента применяются смеси корунда с компонентами из металлов и неметаллов, которые повышают его эксплуатационные свойства.
Рекомендации по применению режущей керамики обширны. Это практически все виды чугунов, закаленные и улучшенные стали, цветные сплавы и полимеры.
Но не всё так хорошо. Существуют причины, по которым керамический инструмент никогда не заменит твердосплавный. Вот например. У всех типов режущей керамики, которые мы далее рассмотрим, отсутствует так называемая матрица. Такая, как например кобальт в твердых сплавах или сорбитная основа в быстрорежущих сталях. Керамика представляет собой сплошное твердое тело из нескольких компонентов, которые иногда даже не являются металлами. Отсутствие связующей пластичной матрицы оказывает негативное влияние на трещиностойкость инструмента. При появлении трещины, она распространяется молниеносно, не встречая на пути никаких барьеров. По причине непрогнозируемого хрупкого разрушения, керамический режущий инструмент очень неохотно применяют в промышленности. В качестве преимущества применения режущей керамики в промышленности можно отметить тот факт, что обработку материалов таким инструментом можно производить на относительно больших скоростях резания и при больших температурах, по сравнению с БРС и твердыми сплавами. Это достигается опять же за счет отсутствия матрицы, которая бы, например в твердых сплавах, разупрочнялась при повышении температуры обработки.
Основные группы режущей керамики
На сегодняшний день, кроме белой керамики, выпускается инструмент на основе Al2О3–TiC (черная керамика), на основе Al2О3 – TiN (кортинит) и на основе Si3N4 (нитридная керамика).
Оксидно-карбидная или черная керамика на основе Al2О3–TiC
К этой группе относятся такие марки, как В3, ВОК60 и др. Твердость инструмента этой группы обычно не менее 93 HRA, а прочность не более 0,75 ГПа. Для повышения механических свойств инструмента этой группы, в композицию вводят кристаллы карбида кремния, что повышает прочность при изгибе с 0,35 до 0,8 ГПа. При этом почти в 2 раза увеличивается коэффициент трещиностойкости. Введение кристаллов карбида кремния образует сжимающие напряжения в структуре инструмента, что является очень эффективным способом блокировки распространения трещин, о которых мы говорили ранее. Кроме карбида кремния, в структуру черной керамики, чаще для упрочнения, вводят карбид вольфрама и тантала. Для замедления роста трещин или полной их блокировки, к черной керамике добавляют до 10% циркония.
Оксидно-нитридная режущая керамика или кортинит содержит около 70 % корунда Al2О3 и около 30 % нитрида титана TiN (марка ОНТ20).
Нитридокремниевая керамика на основе Si3N4 применяется при черновом точении, фрезеровании, при чистовом точении сталей с твердостью не более 60 HRC. Хотя нитридокремниевую керамику и называют одним словосочетанием, однако химсостав разных марок может значительно отличаться. Так например есть марки, в которых доля нитрида кремния достигает 95%, а в качестве регуляторов механических свойств в состав вводят оксид магния (МgО), иттрия (Y2О3) или алюминия (Al2О3). К другим маркам нитридокремниевой керамики относят сплавы, в которых может содержаться до 30% карбида титана. Это например сплав РК30. Данный сплав используют чаще при чистовом точении улучшенных легированных сталей.
