Wstawki ceramiczne są doskonałymi narzędziami do osiągania lustrzanego wykończenia powierzchni podczas tokarkowych operacji obróbki. Najpierw zdefiniujmy, czym są materiały cermet (kompozyty ceramiczno-metalowe).

Dosłownie termin ten oznacza połączenie materiałów metalicznych i ceramicznych. Organizacja ASTM definiuje je jako heterogeniczny materiał kompozytowy składający się z metalu lub stopu oraz jednej lub kilku faz ceramicznych, przy czym faza ceramiczna stanowi około 15% do 85% całkowitego objętości.

Produkowane są poprzez mieszanie proszków karbidów metali (np. WC, TiC itp.) z wiązadłami (np. Co, Ni itp.), a następnie formowanie pod ciśnieniem i spiekaniu.

I. Charakterystyka cermetów

1. Wysoka twardość: Cermety oparte na tytanowym karbonitrydzie (TiCN) charakteryzują się większą twardością niż cementowane karbidy oparte na węgliku wolframu (WC). Dlatego są zazwyczaj stosowane do obróbki takich materiałów jak żeliwo sferoidalne, żeliwo malleable, żeliwo odporne na rozciąganie, stal węglowa, stal stopowa oraz stopów tytanu.

2. Doskonała odporność na zużycie i uszkodzenia kraterowe: Wykazują bardzo niskie tempo zużycia podczas wysokoprędkościowych operacji cięcia stali.

3. Wysoka odporność na wysokie temperatury: Narzędzia cięciowe wykonane z tych materiałów mogą pracować w temperaturach od 1100°C do 1300°C. Pozwalają na prędkości cięcia porównywalne lub przekraczające te osiągane przez karbidy oparte na WC, dochodząc nawet do 200–400 m/min.

4. Wysoka odporność na utlenianie: Powstały podczas utleniania TiC dwutlenek tytanu (TiO2) działa jak substancja smarująca; dzięki temu poziom utleniania cermetów opartych na Ti(C,N) jest o około 10% niższy niż w przypadku cementowanych karbidów opartych na WC.

5. Dobra stabilność chemiczna: Podczas cięcia narzędzia cermetowe oparte na TiCN tworzą cienkie warstwy Mo2O3, molibdanu niklu oraz TiO2 na styku między narzędziem a wiórem. Nawet przy temperaturach 700–900°C adhezja jest minimalna, a powstawanie budynków wiórowych (BUE) jest mało prawdopodobne. To pomaga poprawić jakość powierzchni obrabianego przedmiotu, umożliwiając uzyskanie lustrzanego wykończenia.

Ta cecha czyni je wyjątkowo odpowiednimi do cięcia na sucho, co pozwala obniżyć koszty produkcji.

2. Dobieranie odpowiednich wstawków cermetowych

Typowe materiały cermetowe

Przy opracowywaniu procesów obróbki skrawaniem konieczne jest dokonanie właściwego wyboru pomiędzy wstawkami z cementowanego karbidu a wstawkami cermetowymi.

W przeciwieństwie do powlekanych cementowanych karbidów, cermet nie jest odpowiedni do operacji szlifowania. Gdy powstają duże wióry, występują znaczne wahania siły ścinania i oporu cięcia; to ciągłe działanie może prowadzić do niedokładności wymiarowych, a w konsekwencji – do złamania narzędzia.

Ponadto, podczas obróbki z dużymi głębokościami cięcia, uderzanie dużych zwitek wiórów o flankę narzędzia nasila zużycie wycięć, co prowadzi do uszkodzenia narzędzia cermetowego. Tak poważne zużycie wycięć jest szczególnie prawdopodobne podczas obróbki materiałów trudnych do cięcia (np. stopów żaroodpornych na bazie niklu, żelaza i kobaltu).

W konsekwencji narzędzia cermetowe są zazwyczaj nieprzydatne do obróbki materiałów trudnych do cięcia. Z tego względu narzędzia ze stali węglowej powlekaną stanowią lepszy wybór niż narzędzia cermetowe zarówno przy obróbce surowej, jak i przy obróbce materiałów trudnych do cięcia.

Na wykresie powyżej porównano żywotność narzędzi oraz objętość usuwanego materiału dla stali węglowej w przypadku narzędzi ze stali węglowej, stali węglowej powlekannej oraz cermetu. Widać, że cięcie wysokoprędkości charakteryzuje się lepszą efektywnością kosztową dzięki większej objętości usuniętego materiału. Podobnie jak narzędzia ze stali węglowej powlekaną metodą CVD, narzędzia cermetowe stanowią bardzo opłacalne rozwiązania do cięcia wysokoprędkości.

Przykłady stopów narzędziowych

Do typowych przykładów należą TP1020 i TP1030 firmy Seco; CT5015 i GC1525 firmy Sandvik Coromant; KT5020 firmy Kennametal; a także IC20N i IC520N firmy Iscar.

Czy pamiętasz, do których marek należą następujące marki — NX2525, NX3035, NS730, GT720, TN60, CT3000, CN1000, TT9080, TC430 i PV3010 — oraz czy kiedykolwiek z nich korzystałeś?