Использование керметов при обработке резанием

На российских металлообрабатывающих производствах появляется все больше и больше режущих пластин из кермета, которые во многих случаях обеспечивают лучшую производительность и стойкость по сравнению с твердосплавными пластинами с покрытием. Например, в одном из случаев нам удалось увеличить стойкость инструмента на 400% при обработке стали 40Х. Также постоянно расширяется область применения кермета. С одной стороны значительно улучшились свойства самих керметов. С другой стороны заготовки по своей конфигурации часто очень близки к форме детали, поэтому не требуется удаление больших припусков.

     Кермет – это гибридный материал. Он обладает твердость как у керамики  и прочностью как у металла. Для обеспечения твердости используются частицы карбида титана (TiC), нитрида титана (TiN) и карбонитрида титана (TiCN). Благодаря термической и химической стабильности этих частиц керметы обладают высокой износостойкостью. В состав керметов могут входить также вольфрам, тантал, никель, кобальт, алюминий, молибден, ванадий и другие металлы. В качестве связки для твердых частиц, как правило, используются никель, кобальт и молибден. Применение металлической связки обеспечивает керметы лучшей сопротивляемостью выкрашиванию по сравнению с керамикой, поэтому область применения шире.

     Все-таки область применения керметов не так широка как область применения твердого сплава. В основном керметы используются для чистовой и легкой получистовой обработки стали и нержавеющей стали. Подача ограничена значением 0,3 мм/об.

     Эволюция керметов

     Основная задача для разработчиков керметов – увеличение их прочности при сохранении высокой износостойкости инструментального материала.

     В 1956 году производители инструмента сделали ставку на новый кермет с частицами TiC и никелевой связкой, включающей в себя также молибден и углерод. Этот инструментальный материал показывал хорошие результаты при работе с большими скоростями резания, но выкрашивался при обработке с ударом. Потребители сравнивали кермет с твердым сплавом, который мог работать в гораздо более тяжелых условиях (большие съемы, экзотические обрабатываемые материалы, невысокая жесткость станков). В тяжелых условиях керметы выкрашивались, поэтому тогда их применение не получило широкого распространения.

     В 60-е годы керметы получили достаточное распространение в Японии, где гамма обрабатываемых материалов не была так широка, заготовки были приближены по форме и размерам к конечным деталям и станки были достаточно жесткими.

     Следующим улучшением для керметов стало добавление в их состав частиц TiN в 1973 году, что сделало структуру материала более мелкой, и высокотемпературная стойкость увеличилась.

     Высокоскоростная обработка

     Все эти преобразования сделали кермет идеальным инструментальным материалом для высокоскоростной обработки стали. При такой обработке температура в зоне резания может достигать 1000° С. Такая температура будет слишком большой для обыкновенной твердосплавной пластины, но для работы кермета является приемлемой. Основной причиной сохранения высокой твердости при высокой температуре является наличие в керметах частиц TiC, которые сравнимы по твердости с оксидами и нитридами, используемыми при производстве керамики.

     Режущие пластины из кермета обладают большой устойчивостью к лункообразованию на передней поверхности, которое вызывается термохимической реакцией между стружкой и материалом пластины. Применяя пластины из кермета, можно также справиться с наростообразованием.

     Пластины из твердого сплава имеют преимущество над пластинами из кермета в прочности.  Но в последнее время были разработаны марки керметов, обладающие достаточно высокой прочностью, что позволяет использовать их и при фрезеровании.

     Высокая скорость резания – не единственная причина для использования керметов. Пластины из кермета можно также использовать для получения зеркальной поверхности. При чистовой обработке режущая кромка долгое время остается очень острой благодаря способности керметов противостоять окислению, что благоприятно сказывается на качестве поверхности.

     Покрытия для керметов

     До последнего времени не рассматривали идею по нанесению покрытия на пластины из кермета. Предполагали, что покрытие не окажет значительного воздействия на работу инструмента из кермета, так как основа сама по себе содержит компоненты, используемые в покрытиях для твердосплавных пластин. Последние исследования показали, что стойкость покрытых пластин из кермета выше стойкости непокрытых пластин в определенных условиях.

     С начала 50-х годов прошлого века исследования и разработки инструментальных компаний сделали кермет гораздо более привлекательным для металлообработчиков. Но с ростом разнообразия инструментальных материалов стало достаточно тяжело выбрать оптимальную марку твердого сплава, кермета, керамики, кубического нитрида бора или другого инструментального материала. Постепенно акцент смещается именно в сторону правильного выбора и применения металлорежущего инструмента, поэтому при освоении новой технологии или усовершенствовании старой лучше всего обратиться к специалистам в области металлорежущего инструмента и получить оптимальное решение поставленной задачи.

     Автор статьи: Генеральный директор компании Мир Станочника, Дмитрий Тренев