Silicon nitride – molybdenum cutting tools for the cast iron machining

ABSTRACT: This article presents the result of the study of the properties of silicon nitride-molybdenum cutting tools. It describes the technological process of manufacturing composites with the use of Spark Plasma Sintering as the consolidation method. Obtained composites are characterized with high relative density and high values of Vickers hardness and fracture toughness. Dry machining tests performed on cast iron (ACO Eurobar GG FP) shows that produced cutting tools are characterized with good cutting performance comparable with commercial cutting tool. Si₃N₄ cutting tool edges wear uniformly without cracking or chipping.

KEYWORDS: silicon-nitride-molybdenum cutting tool, consolidation method, SPS, cast iron machining, dry machining, cutting performance.

STRESZCZENIE: Artykuł prezentuje proces technologiczny wytwarzania ostrzy skrawających na osnowie azotku krzemu z dodatkiem molibdenu oraz wyniki badań ich podstawowych właściwości. Konsolidacja mieszanin proszkowych została przeprowadzona z wykorzystaniem metody Spark Plasma Sintering (SPS). Otrzymane kompozyty charakteryzują się wysoką gęstością względną oraz wysokimi wartościami twardości Vickersa i odporności na kruche pękanie. Przeprowadzone próby skrawania na sucho żeliwa (ACO Eurobar GG FP) wykazały, że wytworzone ostrza skrawające charakteryzują się wysoką wartością czasu życia ostrza, a ich zużycie przebiega w sposób równomierny bez widocznych pęknięć i wykruszeń.

SŁOWA KLUCZOWE: narzędzie z azotku krzemu-molibdenu, konsolidacja, SPS, obróbka żeliwa, obróbka na sucho, wydajność skrawania.

BIBLIOGRAFIA / BIBLIOGRAPHY:

• BOCANEGRA-BERNAL M.H., MATOVIC B., Mechanical properties of silicon nitride-based ceramics and its use structural application at high temperatures, Materials Science and Engineering A527, 2010, 1314-1338.
• BRONISZEWSKI K., WOŹNIAK J., CZECHOWSKI K., JAWORSKA L., OLSZYNA A., Al₂O₃-Mo cutting tools for machining hardened stainless steel, Wear 303 (2013) 87-91.
• CHEN H., MA, Q., SHAO X., MA J., WANG C., HUANG B., Microstructure, mechanical properties and oxidation resistance of Mo5Si3-Al₂O₃ composite, Materials Science and Engineering A 592, 2014, 12-18.
• KRISHNARAO R.V., SUBRAHMANYAM J., Sintering of MoSi₂ by reacting (Mo + Si₃N₄) compacts, Materials Science and Engineering A352, 2003, 340-343.
• LUBE T., DANZER R., Advanced Ceramics for dentistry, Chapter 9 Mechanical properties and reliability of advanced ceramics, USA, Butterworth Heinemann, 2013, 173-199.
• MINGUELLA J., CUINAS D., RODRIGUEZ J.V., VIVANCOS J., Advanced manufacturing of ceramics for biomedical applications: subjection methods for biocompatible materials, Procedia Engineering 63, 2013, 218-224.
• OLSZYNA A. Ceramika Supertwarda, Warszawa, Oficyna Wydawnicza PW, 2011
• RICE R.W., Mechanical Properties of Ceramics and Composites, USA, Marcel Dekker Inc., 2000.
• SINGH S., GODKHINDI M.M., KRISHNARAO R.V., MURTY B.S., Synthesis of Si₃N₄-MoSi₂ in situ composite from mechanically activated (Mo + Si₃N₄)powders, Journal of alloys and Compounds 381, 2004, 254-257.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.85