dr. Sipos Sándor dr. Sipos Sándor

Átírás

1 Korszerű szerszámanyagok A gépiparban használt korszerű szerszámanyagok három csoportja: acélalapú, kemény és szuperkemény szerszámanyagok 1

2 Acélalapú szerszámanyagok ötvözetlen szerszámacélok (S-sorozat) csak kéziszerszámokhoz! ötvözött szerszámacélok: - mangánötvözésűek (M1, M2 stb.) alakos szerszámok, idomszerek - volfrámötvözésűek (W1 W9) nagyobb teljesítőképesség - krómötvözésűek (K-sorozat) melegmegmunkáló szerszámok (NK stb.) hidegmegmunkáló szerszámok (K1 stb.) Növekvő teljesítőképesség Acélalapú szerszámanyagok Gyorsacélok hagyományos minőségek: W + Cr + V ötvözéssel HRC keménység, alkalmazási határhőmérséklet 550 C növelt teljesítőképességű változatok: speciális öntési módszerek: elektrosalakos átolvasztás (ESU) Mo és Co ötvözésű minőségek: hőmérsékleti határ 700 C porkohászati gyorsacélok PVD (Physical Vapor Deposition) módszerű vékonyréteg felvitel Acélkompozitok rúgóacél magra, porkohászait úton felvitt réteg: Coronite 2

3 Bevonatolás Célja: Acélalapú szerszámanyagok kedvezőbb megjelenés (dekoratív bevonatok, show-effektus ) és fokozott korróziós ellenállás, az alkalmazás közbeni súrlódáscsökkenés, a szerszámok hő- és érintkezési elszigetelése a munkadarabtól az adhéziós hegedés mérséklése és a fizikai kémiai reakciók elkerülése céljából, nagyobb kopási ellenállás elérése (amely nagyobb tartósságot, növelt forgácsolási adatokat, fokozott termelékenységet stb. eredményez) a szerszámoknál, az előzőek miatti gyorsabb megtérülés és nagyobb nyereség a felhasználóknál, a bevonatos szerszámok értékesítésekor realizálható extraprofit a szerszámgyártóknál. Acélalapú szerszámanyagok Bevonatolás: fizikai rétegfelvitel alacsony hőmérséklet (<500 C) jelentős vákuum (< 1 Pa) elektromos polarizáció 2 6 µm réteg legfontosabb bevonatok: TiN - olcsó, univerzális TiCN - jobb, de... TiAlN - hőálló, hűtés nincs TiAlCN - a legjobb (?) AlTiN - a legjobb (?) 2 3

4 Kemény szerszámanyagok Keményfémek Kerámiák Cermetek bevonat nélküli bevonatolt különleges Nitridkerámiák (Si 3 N 4 ) Oxidkerámiák Sialon-kerámiák TiC alapú TiCN alapú Tiszta oxid (Al 2 O 3 ) Keverék (Al 2 O 3 +TiC/TiCN) Kevert oxid (Al 2 O 3 + +ZrO 2 +Y 2 O 3 + ) Wisker kerámia (Al 2 O SiC egykristályok) Keményfémek Lapkagyártás fázisai: 1. Co + WC + egyéb: TiC+TaC+NbC Alakadás előzsugorítás 3. Zsugorítás végleges keménység 4. Köszörülés élszögek, pontosság 5. Bevonatolás CVD-eljárással 4

5 Keményfémek CVD-bevonatolás Változatai: K ö r ü l m é n y e i : CVD - hagyományos MTCVD - csökkentett hőmérsékletű P(A)CVD - plazmával segített bevonás MLCVD - többrétegű bevonatképzés Tényezői: a bevonati réteg anyaga (lásd ábra!) a rétegek száma (2 100) rétegvastagság(ok) (20 nm 2 µm) a rétegek sorrendje Bevonatolt keményfémek TiN -bevonat Al 2 O 3 - bevonat ZrCN - bevonat 48 darab ZrCN + TiCN nanoréteg TiCN - bevonat NbC TaC TiC WC Keményfém Co 5

6 Kerámiák Oxidkerámiák 1.) Tiszta oxid (Al 2 O 3 ) finomesztergálásra 2.) Kevert oxid (Al 2 O 3 +ZrO 2 +Y 2 O 3 ) simítás 3.) Keverék (Al 2 O 3 +TiC) edzett acélhoz 4.) Whisker kerámia (Al 2 O 3 +SiC egykristályok) Tulajdonságok: rendkívüli hőállóság ( 1400 C) hősokk-érzékenység rendkívüli ridegség nagy keménység (88 94 HRA) Kerámiaszemléletű forgácsolás: 1.) hűtés nélküli forgácsolás 2.) fokozatos fogásba-lépés 3.) fokozatos kilépés a fogásból Kerámiák Nitridkerámiák Alkotói: a természetben nagy mennyiségben található alapanyagokból (Si, N 2 ) készül Vegyjele: Si 3 N 4 Tulajdonságai: igen kedvező hajlítószilárdság mérsékelt hősokk-érzékenység Alkalmazás: Színe: barnás-szürke nagyoló forgácsoláshoz elsősorban öntöttvasak esztergálásához, marásához 6

7 Kerámiák Sialon-kerámiák Története: NASA: szerszámanyag űrtechnikai anyagok forgácsolásához Megoldás: Lucas Ltd. (Anglia) Szerszámok: keverék kerámia : Al 2 O 3 + Si 3 N 4 Si - Al - O - N atomlánc fúrók - öntöttvasak száraz fúrása IT 7 pontossággal (v c = 900 m/min) dörzsárak - pontosság: IT 5 (!) marók - autóipari alkalmazás Cermetek TiN (Ti,Ta,W)(C,N) (Ti,Ta,W,Mo)(C x,n y ) (Ti,Ta,Mo)(C x,n y ) Co, Ni, Mo, W mag gyűrű kötőanyag Alkalmazás: simító forgácsolás: pl. dörzsárazás, marás Előnyei: - kis fajsúly - nagy keménység és kopásállóság - jó élszilárdság - kis súrlódási tényező - jó kémiai ellenállás - csak száraz forgácsoláshoz - nagy forgácsolósebesség - kis érdességű megmunkált felület Hátrányai: - a keményfémnél kisebb szívósságú - korlátozott hővezető-képesség - nagy hőtágulás (melegrepedés) 7

8 Szuperkemény szerszámanyagok Változataik: gyémánt: természetes (egykristályos) mesterséges (egy- és polikristályos) köbös térrácsú bórnitrid: mesterséges (egy- és polikristályos) Tulajdonságaik: keménységük a gyémánté, vagy azt megközelítő rendkívül ridegek, ezért speciális élgeometriát igényelnek természetes gyémánt: csak speciális feladathoz (UP-megmunkálás) mesterséges szuperkemény anyagok: szabályos élgeometriájú szerszámok abrazív (köszörülő, dörzsköszörülő, polírozó stb.) szerszámok Szuperkemény szerszámanyagok Gyémánt C Köbös térrácsú bórnitrid (β-bn)( N B 8

9 Szuperkemény szerszámanyagok Gyémánt (D) stratégiai szerszámanyag (háborúk!) mesterséges változata: gyémánt szintézis (1953, Wentorf, GE) C, kbar nyomás: grafit (α) gyémánt (β) alkalmazása: - nemvas fémek, kemény- és műanyagok finomforgácsolása - max. 700 C-ig (térrács átbillenés és oxidáció: C + O 2 = CO 2 ) - vasalapú (Fe) anyagoknál: rendkívül gyors a diffúziós kopás Oka: Fe + 3 C= FeC 3 reakció megy végbe polikristályos változat (DP): - valamivel szívósabb, de kisebb keménységű - lapkás kivitel: keményfémlapkára sajtolva Szuperkemény szerszámanyagok Köbös térrácsú bórnitrid (β-bn)( mesterséges anyag: szintézis (1963, Wentorf, General Electric) C, kbar nyomás: α β térrács átbillenés alkalmazása: - nemesített, betétedzett, edzett acélok finomforgácsolása - hőkezelt, kemény öntöttvasak finomforgácsolása - a köszörülés alternatívája - max C-ig (térrács átbillenés és oxidáció miatt) egykristályos változat: köszörülés, gyorsacél szerszámok élezése polikristályos változatai (PCBN): - 95 % β-bn tartalom % β-bn tartalom szuperkemény kompozitok: % β-bn tartalom 9

10 Letölthető: H8kjxPqoWbsh 10