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Wear mechanisms of ceramic cutting tools when machining ferrous and non-ferrous alloys

1990; Elsevier BV; Volume: 6; Issue: 5 Linguagem: Inglês

10.1016/0955-2219(90)90019-c

1873-619X

G. Brandt, A. Gerendas, Magdalena Mikus,

Advanced ceramic materials synthesis

Three ceramic cutting tool grades CC 670 (based on alumina and silicon carbide whiskers) and CC 680 (based on silicon nitride) were used for the evaluation of tool life and wear mechanisms when machining a heat-resistant alloy, Inconel 718. Tool life for both grades was determined by flank wear and depth-of-cut (DOC) notch wear except at high feed rates. Flank wear was determined by chemical interaction with the workpiece material for both cutting tool materials tested. DOC notch wear was mainly determined by seizure and pull-out of tool material fragments. Comparative tests were also performed on steel SS 2541 (similar to AISI 4340) with grade CC 670 where both flank and crater wear were found to limit tool life. The main reason for the rather good wear resistance of silicon carbide reinforced alumina in Inconel 718 in contrast to its behaviour in steel was the formation of magnesia-based protective coatings. Die Standzeiten und die Verschleiβmechanismen beim Bearbeiten der hitzebeständigen Inconel 718 Legierung wurden für drei Sorten Schneidkeramik CC 670 (ein Verbund aus Aluminiumoxid und Siliziumkarbid-Whiskern) und CC 680 (basierend und Siliziumnitrid) bestimmt. Die Standzeiten beider Sorten ausgenommen bei hohen Vorschüben, waren vom Flankenabrieb und vom Verschleiβ im Kerbgrund (DOC) abhängig. Der Flankenabrieb wurde bei den beiden untersuchten Schneidwerkstoffen durch chemische Reaktion mit dem Werkstück verursacht. Der Verschleiβ im Kerbgrund wurde hauptsächlich durch Festfressen und durch Ausbrüche des Schneidwerkstoffs verursacht. Ferner wurden mit der Sorte CC 670 Vergleichstests an Stahl 2541 (vergleichbar mit AISI 4340) durchgeführt, wo sowohl der Flankenabrieb als auch der Kraterabrieb die Standzeit verkürzten. Die Hauptursache für die relativ gute Verschleiβbeständigkeit des SiC-verstärkten Aluminiumoxids beim Bearbeiten von Inconel 718, im Gegensatz zur Stahlbearbeitung, war die Ausbildung einer MgO-haltigen Schutzschicht. On a étudié la durée de vie et les mécanismes d'usure mis en jeu lors de l'usinage de l'alliage à haute température Inconel 718 à l'aide des nuances CC 670 (basée sur l'alumine et les whiskers de carbure de silicium) et CC 680 (basée sur le nitrure de silicium). Les durées de vie dans le cas de l'utilisation de l'une ou l'autre des nuances ont été déterminées par essai d'usure en dépouille et par essai de profondeur d'entaille (essai DOC), en excluant l'avances élevées. L'usure en dépouille a été évaluée pour les deux matériaux testés par interaction chimique avec la pièce. L'usure d'entaille DOC a été établie principalement par fixation et arrachement de fragments du matériau de coupe. Des essais comparatifs ont également été réalisés sur l'acier SS 2541 (identique à l'AISI 4340) à l'aide de la nuance CC 670; dans ce cas la durée de vie du matériau est limitée à la fois par l'usure en dépouille et par l'usure en cratère. La formation d'une couche protectrice à base de magnésie explique que la résistance à l'usure de la nuance CC 670 soit plus élevée dans le cas de l'Inconel 718 que dans celui de l'acier.