Odporność na pękanie spieków ceramicznych stosowanych na ostrza narzędzi skrawających

Monografia ukazała się w ramach cyklu wydawniczego „Prace Instytutu Zaawansowanych Technologii Wytwarzania. Seria Zeszyty Naukowe”, nr 85, 2005 r.

W pracy przestawiono problematykę pomiaru odporności na pękanie spieków ceramicznych na przykładzie spieku alfa-Al₂O₃ i kompozytu ziarnistego z układu Al₂O₃-ZrO₂. W ramach badań własnych wyznaczono odporność na pękanie według różnych metod pomiarowych. Przeprowadzone obliczenia i pomiary własne pozwalają na weryfikację i ocenę przydatności zaproponowanych metod do wyznaczania KIC dla reprezentatywnych spieków ceramicznych, stosowanych na ostrza narzędzi skrawających. Odporność na pękanie wyznaczono w oparciu o bezpośredni pomiar długości pęknięć powstających w narożach odcisku wgłębnika twardości Vickersa przy zastosowaniu różnej siły obciążającej wgłębnik. Obliczenia porównawcze odporności na pękanie KIC wykonano według wzorów zaproponowanych przez różnych autorów. Odporność na pękanie otrzymano również stosując zmodyfikowaną metodę bezpośredniego pomiaru długości pęknięć Vickersa, podczas ich stabilnego wzrostu, na powierzchni próbki w kształcie belki poddanej trójpunktowemu statycznemu zginaniu. Według tej metody określono współczynnik chi, charakteryzujący koncentrację naprężeń szczątkowych, wytworzonych w otoczeniu odcisku wgłębnika twardości Vickersa. Obserwacje przemieszczeń i odkształceń w płaszczyźnie oraz pozapłaszczyznowych przeprowadzono przy zastosowaniu interferometrii siatkowej. Odporność na pękanie wyznaczono także metodą wgłębnikowo-wytrzymałościową, podczas niestabilnego rozwoju pęknięć. Wartości KIC otrzymane z bezpośredniego pomiaru długości pęknięć Vickersa porównano z wartościami KIC otrzymanymi metodą konwencjonalną na próbkach typu SENB (ang. Single Edge Notched Beam) z pojedynczym karbem w kształcie „U”, wytworzonym na drodze mechanicznej. Podczas stabilnego rozwoju pęknięć prowadzono też badania zachowania się krzywych R, charakteryzujących zmianę KR ze wzrostem pęknięcia. Określono parametry podkrytycznego wzrostu pęknięcia. Zbadano odporność materiału na wykruszenia powstające pod wpływem działania pęknięć bocznych, przy różnych wartościach sił obciążających wgłębnik twardości Vickersa. Próby eksploatacyjne przeprowadzono w procesie skrawania przy użyciu płytek wieloostrzowych, wykonanych z kompozytu ziarnistego z układu Al₂O₃-10% masy ZrO₂N* (ZrO₂ niestabilizowany), charakteryzującego się najwyższą odpornością na pękanie. Zastosowane płytki wykazały dobre właściwości użytkowe badanego materiału. Wyniki otrzymane z analizy badań pozwalają na ocenę przydatności spieków ceramicznych na ostrza narzędzi skrawających. Rozwiązanie przedstawionego problemu badawczego ma duże znaczenie technologiczno-produkcyjne, gdyż pozwala na wprowadzenie wiarygodnej kontroli jakości wyrobów narzędziowych i stwarza „narzędzie” do dalszych badań technologicznych w zakresie specjalnych spieków ceramicznych stosowanych do obróbki skrawaniem.