ŘEZNÉ MATERIÁLY SLO/UMT1 Zdeněk Baďura
Současný poměrně široký sortiment materiálu pro řezné nástroje ( od nástrojových ocelí až po syntetický diamant) je důsledkem dlouholetého intenzivního výzkumu a vývoje. Má velmi úzkou souvislost s rozvojem konstrukčních materiálů určených k obrábění.
Oblasti použití řezných materiálů
Hodnoty vybraných řezných materiálů
Kriteria při volbě nástroje • Složitost tvaru obrobku a obrobitelnost jeho materiálu • Druh operace obrábění • Možnosti volby řezných parametrů • Výkon obráběcího stroje • Požadované parametry obrobeného povrchu (drsnost, rozměrová a tvarová přesnost) • Náklady
• Rychlořezné oceli: mají nejvyšší houževnatost, ale ve srovnání s ostatními materiály je jejich tvrdost nízká. Jsou z nich vyráběny nástroje pro obrábění nízkými rychlostmi, nástroje vystavené nárazům při přerušovaném řezu, tvarově složité nástroje, které nelze vyrobit z jiných řezných materiálů (tvarové nože, frézy, vrtáky, závitořezné nástroje)
• Slinuté karbidy: výroba práškovou metalurgií spékáním karbidů (WC, TiC, CrC,…), jako pojivo se používá Co lepší otěruvzdornost než rychlořezné oceli, mají sklon k vydrolování břitů, obtížně obrobitelné – Rozdělení: P – (modrá) SK pro obrábění materiálů dávající plynulou třísku K- (červená) SK pro obrábění materiálů dávající krátkou třísku M- (žlutá) SK pro obrábění materiálů dávající plynulou i krátkou třísku
SK mohou být použity pro obrábění vysokými posuvnými rychlostmi a pro těžké přerušované řezy. Nemohou být použity pro vysoké řezné rychlosti, zejména kvůli nízké termochemické nestabilitě. Pouze malý počet SK je použit používán pro lehké dokončovací práce.
• Povlakované SK Na podkladový materiál (SK-K,M,P) se nanáší tenká vrstva materiálu s vysokou tvrdostí a vynikající odolností proti opotřebení. Tyto vlastnosti plynou z toho, že povlakový materiál neobsahuje žádná pojiva a má o jeden nebo více řádů jemnější zrnitost a méně defektů. Metody povlakování: PVD ( Physical Vapour Deposition) CVD (Chemical Vapour Deposition)
Rozdělení povlakovaných SK: - 1. Generace: jednovrstvý povlak (nejčastěji TiC) asi 7μm - 2. Generace: jednovrstvý povlak (TiC, TiCN, TiN) až 13 μm - 3. Generace: 2-4 vrstvy (TiC-Al2O3, TiCTiN,TiC-TiN, …) - 4. Generace: speciální vícevrstvý (až 10 vrstev a mezivrstev), stejné materiály jako u 3.Generace
2. Generace (Sandvick-Coromant, Švédsko)
3. Generace (Kennametal, USA)
4. Generace (Valenite, USA)
4. Generace (SHM Šumperk, ČR)
Základní vlastnosti povlaků
Nanokompozitní povlaky - pravidelné střídání dvou vrstev s rozdílnými fyzikálními vlastnostmi - tloušťky monovrstev jsou velmi malá (kolem 10 nm) - povlaky jsou často z více druhů materiálu - při optimálním poměru jednotlivých složek je vytvořena termodynamicky stabilní struktura s unikátními fyzikálními vlastnostmi
Struktura nanokompozitního povlaku (Platit, Švýcarsko)
• CERMETY – Název CERMET vznikl složením ceramics a metal – Tento materiál měl podle názvu kombinovat nejlepší vlastnosti keramiky ( tvrdost) a nástrojových ocelí (houževnatost) – Základní složení TiN+TiC+Ni,Mo – Hlavní výhodou je vysoká tvrdost i při vyšších teplotách, jsou levnější než SK, odolnost proti tvorbě nárůstku (Dokončovací práce, jsou schopny vytvořit nízkou povrchovou drsnost)
• Řezná keramika – Oxidická keramika • Čistá (Al2O3) • Polosměsná (Al2O3 + ZrO2 + CoO …) • Směsná (Al2O3 + TiC+(ZrO2,TiN …))
– Nitridová (Si3N4 + (Y2O3…)) – Vyztužená (oxidická nebo nitridová vyztužená pomocí whiskerů ( v rozsahu 20-30 objem.%. )) K základním vlastnostem polykrystalických keramických materiálů patří malý rozměr zrna (velmi často pod 1 μm), vysoká tvrdost, nízká houževnatost (důvod zvýšené křehkosti) a nízká měrná hmotnost
Keramika Al2O3
Keramika Al2O3+TiC
Keramika Si3N4
Keramika Si3N4 vyztužená SiCw
Uplatnění- obrábění šedé litiny, tvárné litiny, cementovaných ocelí, nástrojových a rychlořezných ocelí Vysoké řezné rychlosti, vysoké teploty, hlavně dokončovací práce
• Supertvrdé nástrojové materiály – Pod všeobecný název supertvrdé materiály lze zahrnout dva synteticky vyrobené materiály a to polykrystalický diamant (PD) a polykrystalický kubický nitrid boru (PKNB ). – Vzhledem k vynikajícím mechanickým vlastnostem (pevnost v tlaku, tvrdost ) lze PD i PKNB s výhodou použít jako řezné nástrojové materiály pro speciální aplikace.
• Protože diamant má poměrně nízkou teplotní stálost (při dosažení teplot nad 800 ºC se mění na grafit), nesmí být používán pro obrábění materiálů na bázi železa (oceli, litiny), kde dochází k difúzi mezi nástrojem a obráběným materiálem • Aplikační možnosti PD : hliníkové slitiny zejména s vysokým obsahem křemíku, který působí na nástroj velmi silným abrazivním účinkem, bronzy, mosazi, kompozity vyztužené různými druhy vláken (skleněná, uhlíková, polyetylénová, atd.), titan a jeho slitiny, keramika, tvrdé přírodní materiály (žula, mramor, apod.).
Průmyslově je diamant vyráběn z velmi čistého grafitu, kubický nitrid boru z nitridu boru. Grafit i nitrid boru mají hexagonální mřížku a podobají se i některými vlastnostmi, jako je velmi nízká tvrdost, nízký koeficient tření a dobrá elektrická vodivost. Působením vysoké teploty a tlaku se hexagonální mřížka grafitu i nitridu boru transformuje na mřížku kubickou.
Mřížka PD a PKNB
Děkuji za pozornost
• Zdroje – Nauka o materiálnu II (Ptáček a kolektiv, CERM 2002) – Technologické procesy obrábění (Prokop,Kocman, CERM 2001) – Technologie 1,2 (Humár, CERM 2003) – Materiály pro řezné nástroje (Humár, CERM 2006)
