Ocena trwałości płytek ostrzowych ZrO2/TiB2 w trakcie skrawania na sucho stali i żeliwa

• Autorzy: Moskała N. , Pyda W. , Czechowski K.

Warianty tytułu

EN

Tool life of ZrO2/TiB2 cutting inserts during dry machining of steel and cast iron

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono wyniki prób trwałościowych płytek ostrzowych z kompozytu ziarnistego Y-ZrO2/TiB2 w trakcie skrawania na sucho stali C45 o twardości 165  6 HB oraz żeliwa specjalnego stopowego EN-GJL-XNiCuCr15-6-2 o twardości 121  2 HB. Materiał kompozytowy zawierał (12–37)% obj. submikronowych wtrąceń TiB2 i został wytworzony metodą in situ, bazującą na reakcji w fazie stałej. Zastosowano płytki ostrzowe typu SNGN 120408 T 02020, co jest zgodne z normą ISO 1832.1991. Jako próbki odniesienia wykorzystano komercyjne płytki typu TA-Z (Al2O3/ZrO2) oraz TW (Al2O3/TiC), produkcji Instytutu Zaawansowanych Technologii Wytwarzania w Krakowie. Próby trwałościowe przeprowadzono na tokarce numerycznej TZC-32 N Uniwersal. Prędkość skrawania na sucho wynosiła 150 m/min. Głębokość skrawania została ustalona na 1,0 mm, zaś posuw narzędzia wynosił 0,15 mm/obr. (stal) lub 0,10 mm/obr. (żeliwo). Jako kryterium trwałości ostrza przyjmowano czas potrzebny do stępienia narzędzia o 0,30 mm. Czas pracy płytek ostrzowych korelowano ze składem fazowym kompozytów oraz ich właściwościami mechanicznymi, a w szczególności opornością na ścieranie w teście „Dry Sand”, nawiązującym w metodyce do normy ASTM G 6585. W wyniku przeprowadzonych prób nie wykryto monotonicznej korelacji pomiędzy odpornością na ścieranie danego materiału i zawartością TiB2 a czasem pracy noża w trakcie toczenia stali C45. Jednakże kompozyt o zawartości 37% obj. TiB2 wykazywał bardzo korzystne cechy użytkowe w próbach toczenia. Było to najbardziej widoczne w kontekście wyników uzyskanych podczas badań w zakresie skrawania stali C45, w których ceramika ta wykazała się o 16% dłuższym czasem pracy niż komercyjny materiał Al2O3/ZrO2 gatunku TA-Z. Podobnymi właściwościami charakteryzował się nóż tokarski oparty na tworzywie zawierającym 20% obj. TiB2. Wymienione kompozyty Y-ZrO2/TiB2 ustępowały jednak ceramice TA-Z w trakcie toczenia żeliwa EN-GJL-XNiCuCr15-6-2.

EN

This paper presents the results of tool life tests of Y-ZrO2/TiB2 composite cutting inserts during dry machining of C45 steel (165HB 6 HB) and EN-GJL-XNiCuCr15-6-2 cast iron (121HB 2 HB). The composite contained 12-37 vol.% of sub-micrometric TiB2 inclusions and it was fabricated with in situ process, based on solid state reaction. Cutting inserts type SNGN 120408 T 02020 were used, which is compatible with ISO 1832.1991 standard. Commercial cutting plates, TA-Z (Al2O3/ZrO2 composite) and TW (Al2O3/TiC composite) made by The Institute of Advanced Manufacturing Technology in Cracow, were used as the reference samples. The tool life tests were conducted with numerical turning centre type TZC-32 N Uniwersal. A dry machine cutting velocity was 150 m/min. A depth of the cut was set to 1.0 mm, while its rate of feed was 0.15 mm/rev. and 0.10 mm/rev. for the steel and the cast iron respectively. Time required to blunt the cutting tool by 0.3 mm was used as criterion of the cutting edge lifespan. The cutting plates durability was correlated with their phase composition and also with their mechanical properties, particularly with “Dry Sand” wear resistance of the materials (test according to ASTM G 6585 standard). As result of research there was no monotonic correlation found between the wear resistance, influenced by TiB2 content, and a lifespan of composite cutting plate during turning of the C45 steel. However, the composite containing 37 vol.% of TiB2 performed very well during turning. It was especially visible in case of dry machining of the steel, in which that ceramics showed 16 % longer life than the commercial Al2O3/ZrO2 material (TA-Z grade). Similar performance was observed for cutting tool made of Y-ZrO2/TiB2 composite containing 20 vol.% of TiB2. Nevertheless above mentioned TiB2 containing composites played worse than TA-Z materials during turning EN-GJL-XNiCuCr15-6-2 cast iron.

Słowa kluczowe

PL

kompozyty ZrO2/TiB2; noże tokarskie; obróbka skrawaniem na sucho

EN

ZrO2/TiB2 composites; cutting insert; dry machining

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2013
• Tom: T. 65, nr 2
• Strony: 156--162
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz.

Twórcy

autor

Moskała N.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, KCiMO, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Pyda W.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, KCiMO, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Czechowski K.

• Instytut Zaawansowanych Technologii Wytwarzania, ul. Wrocławska 37A, 30-011 Kraków

Bibliografia

• [1] Claussen, N., Weiskopf, K., Rühle, M.: Tetragonal zirconia polycrystals reinforced with SiC whiskers, J. Am. Ceram. Soc., 68, (1986), 288‒92.
• [2] Lin, G.Y., Lei, T.C, Wang, S.X., Zhou, Y.: Microstructure and mechanical properties of SiC whisker reinforced ZrO2 (2 mol% Y2O3) based composites, Ceram. Int., 22, (1996), 199‒205.
• [3] Ding, Zh., Oberacker, R., Thummler, F.: Microstructure and mechanical properties of yttria stabilized tetragonal zirconia polycrystals (Y-TZP) containing dispersed silicon carbide particles, J. Eur. Ceram. Soc., 12, (1993), 377‒383.
• [4] Haberko, K., Pędzich, Z., Róg, G., Bućko, M. M., Faryna, M.: The TZP matrix ‒ WC particulate composites, Eur. J. Solid State Inorg. Chem., 32, (1995) 593‒601.
• [5] Pędzich, Z., Haberko, K., Babiarz, J., Faryna, M.: The TZP-chromium oxide and chromium carbide composites, J. Eur. Ceram. Soc., 18, (1998), 1939‒1944.
• [6] Pyda, W.: Nanokompozyty cyrkoniowe otrzymane z proszku zawierającego TiC krystalizowany in situ i węgiel, Mater. Ceram. / Ceram. Mater., 4, (2002), 151‒158.
• [7] Haberko, K., Pyda, W., Pędzich, Z., Bućko, M. M.: A TZP matrix composite with in situ grown TiC inclusions, J. Eur. Ceram. Soc., 20, (2000), 2649‒2654.
• [8] Vleugels, J., Van Der Biest, O.: Development and characterisation of Y-TZP composites with TiB2, TiN, TiC and TiCN, J. Am. Ceram. Soc., 82, 10, (1999), 2717-2720.
• [9] Vleugels, J., Van Der Biest, O.: ZrO2-TiX Composites, Key Eng. Mater., 132-136, (1997), 2064-2067.
• [10] Basu, B., Vleugels, J., Van Der Biest, O.: Toughness Optimisation of ZrO2-TiB2 composites, Key Eng. Mater., 206‒213, (2002), 1177-1180.
• [11] Basu, B., Vleugels, J., Van der Biest, O.: Processing and mechanical properties of ZrO2-TiB2 composites, J. Eur. Ceram. Soc., 25, (2005), 3629‒3637.
• [12] Basu, B., Vleugels, J., Van der Biest, O.: Development of ZrO2-TiB2 composites: role of residual stress and starting powders, J. Alloys Compd., 356, (2004), 266-270.
• [13] Basu, B., Raju, G.B., Suri, A.K.: Processing and properties of monolithic TiB2 based materials, Int. Mater. Rev., 51, 6, (2006), 352‒374.
• [14] Riedel, R.: Handbook of Ceramic Hard Materials, tom 2, wyd. WILEY-VCH Verlag GmbH, Weinheim, (2000), 968‒990.
• [15] Park, J., Lakes, R.S.: Biomaterials, 3rd Edition, wyd. Sringer, (2007), 145‒148.
• [16] Muraoka, Y., Yoshinaka, M., Hirota, K., Yamaguchi, O.: Hot isostatic pressing of TiB2-ZrO2(2 mol% Y2O3) composite powders, Mater. Res. Bull., 31, 7, (1996), 787‒789.
• [17] Dodd, S.P., Cankurtaran, M., Saunders, G.A., James, B.: Ultrasonic determination of the temperature and hydrostatic pressure dependences of the elastic properties of ceramic titanium diboride, J. Mater. Sci., 36, (2001), 3989‒3996.