Scule și Dispozitive

Materiale mineralo-ceramice

Paralel cu dezvoltarea aliajelor dure din carburi metalice şi compuşi metalici, s-a dezvoltat şi ramura materialelor dure mineralo-ceramice, care sunt mult mai ieftine decât carburile metalice, fapt pentru care prezintă un interes deosebit, în special pentru construcţia de scule aşchietoare, cum sunt plăcuțe pentru: cuţite de strung, freze, discuri abrazive etc., cît şi pentru construcţia pieselor care trebuie să aibă rezistență ridicată la uzare: role, căi de ghidare, bucșe. Problema prezintă interes şi prin faptul că aceste materiale dure, nemetalice: diamant, nitrura cubica de bor, corindonul, carborundul etc. pot înlocui în construcţia de scule, cât şi în alte domenii, materialele dure metalice sau, în alte cazuri, pot fi combinate cu ele. Utilizarea pentru aşchiere a unor materiale nemetalice (în afară de diamant) a fost începută (scule din corindon) încă din anul 1932, pentru tăierea ceramicii şi a materialelor plastice, după care au fost făcute încercări de utilizare a unor asemenea materiale şi pentru aşchierea metalelor. Rezultate evidente şi superioare s-au obţinut însă mult mai târziu, începând din anul 1946, când sistematic s-a trecut la aşchierea metalelor cu scule armate cu materiale mineralo-ceramice naturale şi sintetice, ca: cuarţuri, oxidul de aluminiu aglomerat, novoculitul, carbura de bor aglomerată etc.

Mod de obţinere

Diamantul, ca un material mineral, este obţinut pe cale naturală şi sintetică şi are o largă utilizare în tehnologia de prelucrare prin aşchiere, ca material sinterizat sau ca diamant monocristal sau policristal. Aliajele diamantate sinterizate se obţin din granule de diamant cu liant de pulbere metalică, aliaje metalice (bronz, nichel, fier etc.) sau aliaje dure (molibden, wolfram, tantal etc.). De asemenea, se folosesc şi lianţi organici.

În acest caz, se amesteca răşina sintetică cu granule de diamant, care apoi sunt sinterizate prin presare la temperatura de 150°-250°C. Când liantul este o pulbere metalică, se amestecă cu granule de diamant, se presează şi apoi se sinterizează într-un mediu neutru sau reducător.

Dacă sinterizarea a fost fără faza lichidă, se poate aplica procedeul de impregnare cu un alt metal sau aliaj lichid (cupru, bronz etc.). Când liantul este bronz, amestecul conţine 1/2 părţi pulbere de diamant, 8 părţi pulbere de cupru şi 1 parte pulbere de staniu. Se face o presare de 1-2 tf/cm2 şi apoi se sinterizează la o temperatura de 800-900°C în atmosferă reducătoare, după care se face din nou o presare la o temperatură de 600-800°C

Când liantul este din carburi metalice, 80-90% carburi de WC cu 10-12% C şi conţine 5-20% pulbere de diamant, presarea şi sinterizarea se face la temperaturi de 1400-1550°C. De subliniat că mai frecvent este utilizat ca liant pulberea de fier cu granulaţie sub 60 μm, care se amestecă cu carbura de siliciu cu granulaţie de 0,4-0,5 μm.

Asemănător se obţine şi nitrura cubică de bor (NCB), care este tot mai larg utilizată. Un interes deosebit îl prezintă nu numai obţinerea unor materiale abrazive, ci şi obţinerea unor plăcuţe din materiale mineralo-ceramice cu proprietăţi ridicate de aşchiere, care se fac atât de simţite în construcţia sculelor aşchietoare pentru prelucrarea diferitelor materiale.

În ultimii ani, s-au obţinut rezultate îmbucurătoare în acest domeniu. Astfel, din oxidul de aluminiu (A1203) şi alți oxizi, se obţin plăcuţe mineralo-ceramice şi scule care permit să se aşchieze materialele (oţeluri, fonte etc.) cu viteze de 500- 1 200 m/min şi chiar mat mari. Aceste plăcuţe ceramice se obţin din pulbere de oxid de aluminiu (A1203), cu o granulaţie foarte fină funcţie de marca plăcuţei (SPK) care a evoluat în timp, fapt ce a dus la îmbunătăţirea proprietăţilor fizicomecanice

ale plăcuţelor ceramice. De subliniat că o influenţă deosebită o are şi distribuţia relativă a acestor granule (fig. 2.7), care asigură şi o structură fină şi uniformă a plăcuţelor (fig. 2.8).

Materialele ceramice din pulberea de oxid de aluminiu se obţin prin amestecarea omogenă a pulberii cu un liant: ulei oleic, celuloză, metale etc. Acest amestec este presat în matriţe de diferite forme (plăcuţe pentru scule, bucşe, pastile etc.) la rece sau la cald şi apoi sunt sinterizate la diverse temperaturi (tabelul 1.9), în funcţie de aglomeratul de oxid de aluminiu (1360 1825°C), timp de 2-10 minute, în funcţie de mărimea piesei. De menţionat că timpul de sinterizare are o mare influenţă asupra caracteristicilor pieselor. După sinterizare, produsele obţinute sunt rectificate, rodate sau lepuite şi apoi sortate.

În amestec cu oxidul de aluminiu sunt folosite şi alte tipuri de oxizi, în special oxidul de zirconium (ZrO2), care îmbunătăţeşte simţitor proprietăţile fizico-mecanice ale materialelor ceramice.