Développement et tendance technique des matériaux d'inserts en céramique

Développement et tendance technique des matériaux de lame en céramique

En usinage, l'outil a toujours été appelé « dents de fabrication industrielle », et les performances de coupe du matériau de l'outil sont l'un des facteurs clés déterminant son efficacité de production, son coût de production et la qualité de son traitement. Par conséquent, le choix correct du matériau de l'outil de coupe est important. Les couteaux en céramique, avec leur excellente résistance à la chaleur, leur résistance à l'usure et leur stabilité chimique, présentent des avantages que les outils traditionnels ne peuvent égaler dans le domaine de la coupe à grande vitesse et de la coupe de matériaux difficiles à usiner, et les principales matières premières des couteaux en céramique sont l'Al et le Si. On peut dire que le riche contenu de la croûte terrestre est inépuisable et inépuisable. Par conséquent, les perspectives d’application des nouveaux outils en céramique sont très larges.

Premièrement, le type d'outils en céramique

Les progrès des matériaux d'outils en céramique se concentrent sur l'amélioration des performances des matériaux céramiques d'outils traditionnels, le raffinage des grains, la composition des composants, le revêtement, l'amélioration du processus de frittage et le développement de nouveaux produits, afin d'obtenir une résistance à haute température, une résistance à l'usure et une résistance. Excellentes performances de déchiquetage et peuvent répondre aux besoins d'usinage de précision à grande vitesse. L'Institut Henan des matériaux super durs peut grossièrement diviser les matériaux d'outils en céramique en trois catégories : l'alumine, le nitrure de silicium et le nitrure de bore (outils en nitrure de bore cubique). Dans le domaine de la coupe des métaux, les lames en céramique d'alumine et les lames en céramique de nitrure de silicium sont collectivement appelées lames en céramique ; dans les matériaux inorganiques non métalliques, les matériaux en nitrure de bore cubique appartiennent à une large classe de matériaux céramiques. Voici les caractéristiques des trois types de céramiques.

(1) Céramique à base d'alumine (Al2O3) : Ni, Co, W ou similaire sont ajoutés comme liant métallique à la céramique à base de carbure, et la force de liaison entre l'alumine et le carbure peut être améliorée. Il a une bonne résistance à l'usure et à la chaleur, et sa stabilité chimique à haute température n'est pas facile à interdifférencier ou à réaction chimique avec le fer. Par conséquent, les fraises en céramique à base d'alumine ont la gamme d'applications la plus large, adaptée à l'acier et à la fonte. Usinage à grande vitesse de ses alliages ; en raison de sa résistance améliorée aux chocs thermiques, il peut également être utilisé pour le fraisage ou le rabotage dans des conditions de coupe interrompues, mais il ne convient pas au traitement des alliages d'aluminium, des alliages de titane et des alliages de niobium, sinon il est sujet à l'usure chimique.

(2) Coupeur en céramique à base de nitrure de silicium (Si3N4) : Il s'agit d'une céramique fabriquée en ajoutant une quantité appropriée de carbure métallique et d'un agent de renforcement métallique à une matrice de nitrure de silicium, et en utilisant un effet de renforcement composite (également appelé effet de renforcement de dispersion). Il se caractérise par une dureté élevée, une bonne résistance à l'usure, une bonne résistance à la chaleur et une bonne résistance à l'oxydation, et la réaction chimique entre le nitrure de silicium et les éléments en carbone et en métal est faible, et le facteur de frottement est également faible. Convient pour la finition, la semi-finition, la finition ou la semi-finition.

(3) Céramique de nitrure de bore (coupeur de nitrure de bore cubique) : dureté élevée, résistance à l'usure, bonne résistance à la chaleur, bonne stabilité thermique, bonne conductivité thermique, faible coefficient de frottement et faible coefficient de dilatation linéaire. Par exemple, l'outil en nitrure de bore cubique Hualing de qualité BN-S20 est utilisé pour l'ébauche de l'acier trempé, la qualité BN-H10 est utilisée pour la finition à grande vitesse de l'acier trempé, la qualité BN-K1 est traitée en fonte de haute dureté, la qualité BN-S30 de cendres de coupe à grande vitesse. La fonte est plus économique que les inserts en céramique.

Deuxièmement, les caractéristiques des outils en céramique

Les caractéristiques des outils en céramique : (1) bonne résistance à l’usure ; (2) résistance à haute température, bonne dureté rouge ; (3) la durabilité de l'outil est plusieurs fois, voire plusieurs fois supérieure à celle des outils traditionnels, réduisant le nombre de changements d'outils pendant le traitement, garantissant une faible conicité et une haute précision de la pièce à usiner ; (4) peut non seulement être utilisé pour l'ébauche et la finition de matériaux de haute dureté, mais également pour l'usinage à fort impact tel que le fraisage, le rabotage, la coupe interrompue et l'ébauche à blanc ; (5) Lorsque la lame en céramique est coupée, le frottement avec le métal est faible, la coupe n'est pas facile à coller à la lame, le bord accumulé n'est pas facile à se produire et une coupe à grande vitesse peut être effectuée.

Par rapport aux inserts en carbure cémenté, les inserts en céramique peuvent résister à des températures élevées de 2000°C, tandis que les alliages durs deviennent mous à 800°C ; les outils en céramique ont donc une stabilité chimique à plus haute température et peuvent être coupés à grande vitesse, mais l'inconvénient réside dans les inserts en céramique. La résistance et la ténacité sont faibles et faciles à briser. Plus tard, les céramiques au nitrure de bore (ci-après appelées outils en nitrure de bore cubique) ont été introduites, qui sont principalement utilisées pour le tournage, le fraisage et l'alésage de matériaux très durs. La dureté des fraises en nitrure de bore cubique est bien supérieure à celle des inserts en céramique. En raison de sa dureté élevée, il est également appelé matériau super dur avec diamant. Il est couramment utilisé pour traiter des matériaux d'une dureté supérieure à HRC48. Il a une excellente dureté à haute température - jusqu'à 2000 ° C, bien qu'il soit plus cassant que les lames en carbure cémenté, mais a une résistance aux chocs et à l'écrasement considérablement améliorée par rapport aux outils en céramique d'alumine. De plus, certains outils spéciaux en nitrure de bore cubique (tels que Huachao Super Hard BN-K1 et BN-S20) peuvent résister à la charge de copeaux de l'usinage grossier et à l'impact de l'usinage et de la finition intermittents. L'usure et la chaleur de coupe, ces caractéristiques peuvent répondre au traitement difficile de l'acier trempé et de la fonte de haute dureté avec des outils en nitrure de bore cubique.