Nekovinski rezalni materiali

Keramika – Si₃N₄ in Al₂O_3.

Prednosti rezalnih ploščic iz keramike v primerjavi s karbidnimi trdinami so predvsem visoka hitrost obdelave, dolgi obstojni časi in s tem velika učinkovitost ter velika kemijska stabilnost tudi pri povišani temperaturi. Uveljavila se je zlasti v velikoserijski obdelavi na sodobnih numerično krmiljenih obdelovalnih strojih.

Glavna pomanjkljivost keramike je predvsem njena krhkost ter občutljivost na mehanske udarce in termične šoke.

Najbolj razširjena keramična rezalna materiala sta Al₂O₃ in Si₃N₄(silicijev nitrid). Šele v zadnjih letih so bili odkriti načini za učinkovito odpravo krhkosti keramike z ojačitvenimi vlakni

Oksidna keramika, ki je sestavljena predvsem iz aluminijevega oksida Al₂0₃, je precej krhka.

Glavna sestavina nitridne keramike je Si₃N₄. Ta rezalni material je po sintranju precej bolj žilav od oksidne keramike.

Materiali so v rabi bodisi čisti bodisi z dodatki. Keramika je sintran material pod tlakom do visoke gostote. Pore namreč večajo krhkost, ker delujejo kot razpoke in znižujejo elastični modul. Zato mora bit keramika homogena in brez slučajnostnih defektov.

Ploščice iz rezalne keramike prepoznamo, ker nimajo luknje. Luknja namreč oskabi ploščico,

Glavna prednost keramike je, da je stabilna tudi pri visokih temperaturah in pri tem ohranja svojo trdoto (visoka tlačna trdnost), ima dobro odpornost proti obrabi in je kemično stabilna pri povišanih temperaturah. Za izdelavo keramičnih rezkalnih orodij se uporablja postopek sintranja. Drobnozrnat prah se stisne pod visokim tlakom in omejuje pri temperaturah med 1200–1800 °C. Lastnosti keramičnega orodja so odvisne od sestave, gostote strukture, velikosti in porazdelitve zrn ter temperature sintranja.

Čeprav je danes le razmeroma majhen delež rezalnega orodja iz keramike, pa obstajajo določene obdelave in materiali, za katere je keramično rezalno orodje idealna izbira. Čista oksidna keramika je npr. lahko primerna za fino obdelavo železove litine, mešano keramiko pa lahko uporabimo za določene obdelave kaljenega jekla, sive litine in raznih toplotno obstojnih superzlitin.

Z materialom Si₃Ni₄ se zaradi razmeroma visoke žilavosti obdeluje predvsem železova litina.

Keramika Al₂0₃, ojačena z viskerji iz silicijevega karbida, je primerna za obdelavo nikljevih zlitin, Inconel718.

Zlitina na osnovi niklja Inconel 718 se uporablja v najzahtevnejših pogojih delovanja, ob visokih tlakih in visokih temperaturah. Inconel 718 se pogosto uporablja v plinskih turbinah za turbinske lopatice v turbokompresorjih kot rotor, v jedrskih elektrarnah, v dirkalnih avtomobilih, orožju, visokotemperaturnih toplotnih izmenjevalcih itd.

Diamant – PCD

Danes se diamant predvsem uporablja za obdelavo lahkih kovin (aluminij in njegove zlitine), težkih kovin (baker, cink, titan..), plemenitih kovin (platina, zlato, srebro…) in ostalih materialov (guma, umetne mase, trdi les…).

Monokristalni diamant je namenjen za fino obdelavo, ker imazelo ostre robove. Obrabe praktično ni.

Za odrezovanje železnih materialov ni primeren, ker se pri visokih temperaturah poveča afiniteta diamanta (ogljika) do jekla pride do difuzjske obrabe in rezalni rob orodja postane neuporaben.

Kubični borov nitrid – CBN

Kubični borov nitrid (cBN) je izjemno trd umeten material, ki v naravi ni prisoten v nobeni obliki. Ker je izjemno trd (trši je le diamant), ohrani svojo trdoto pri povišanih temperaturah in ne reagira z železom, je cBN idealen material za obdelavo trdih in abrazivnih materialov na osnovi železa.

Tudi za borov nitrid velja, da lahko obstaja v različnih kristalnih rešetkah . Tako ga poznamo kot prah, poznan pod imenom beli grafit, ali kot drugi najtrši material – CBN.

Izdelava ploščic iz CBN materiala poteka v 4 fazah:

Sintranje pri 50.000 barih z osnovnim CBN zrnom manjšim od 1m m in vezivom, ki je posebna vrsta keramike. Tako dobimo rondelo.
Rondelo z žično erozijo razrežejo na ploščice
Lotanje ploščic na držalo noža
Brušenje rezilnih robov

Daje boljše rezultate pri visokih temperaturah, pri nizkih temperaturah ne reže dobro. Rezalno hitrost lahko dvignemo, temperatura narašča in trdota obdelovanca pade!

Je alternativa diamantu, tam kjer se diamanta ne sme uporabljat. Cenejša varianta je kjer je CBN samo nalotan na konice. Prevleka na CBNje zato, da lažje opazimo obrabo. Ko prevleka izgine je ploščica obrabljena

PCD	CBN
polikristalni diamant	Polikristalni kubični borov nitrid
najtrši material na planetu	drugi najtrši znani material
PCD je sintetični diamant, proizveden s sintranjem kosov diamantnega prahu mikronske velikosti s kovinskim vezivom, običajno kobaltom, pod ekstremnim pritiskom in temperaturami. Kobalt dodaja žilavost materialu in naredi material električno prevoden. Karbidni substrat zagotavlja spajkajočo plast materiala.	CBN se proizvaja s sintranjem mikronskih kosov kubičnega borovega nitrida s keramičnimi materiali pod ekstremnimi tlaki in temperaturami. Karbidni substrat zagotavlja spajkajočo plast materiala.
PCD se priporoča za obdelavo neželeznih in nekovinskih materialov, kot so aluminij, medenina, kompozitni materiali, baker, steklena vlakna, zelena keramika in karbidi.	CBN je izjemno odporen proti obrabi in ima visoko toplotno stabilnost. CBN se priporoča za obdelavo železnih materialov, kot so kaljena jekla, lito železo, kovine v prahu in superzlitine.

127