Investigation on Cutting Tool Performance of α-Si3N4 - β SiAlON Ceramics

Abstract

One of the ceramic products is ceramic cutting edges and these are used as cutting tools for fabrication of metal products (ferrous and non ferrous metals) at very high speeds. These cutting tools can mainly be classified silicon nitride, alumina, mixed-ceramics, titanium carbonitride, cubic boron nitride and hard ceramic particle reinforced metals. Ceramic cutting tools offer a high productivity because of their superior hardness, fracture toughness and resistance of elevated temperature which allows higher cutting speeds. In addition to these, resistance to chemical attacks is important in selection of cutting tool materials. In this research, high dense Si3N4 ceramic parts were fabricated, and cutting performance of the produced α/β Si3N4 ceramics were investigated. The microstructure analyses were carried out by SEM and optical microscopy.

Keywords

• Cutting tool
• cutting performance
• silicon nitride
• pressureless sintering

α-Si3N4-β SiAlON Seramiklerinin Kesici Takım Potansiyelinin İncelenmesi

Abstract

Günümüzde kullanılan önemli ileri teknoloji seramik ürünlerden birisi de kesici uçlar olup bunlar demir esaslı veya demir dışı metal ürünlerin yüksek hızlarda işlenerek üretilmesinde kesici takım olarak kullanılmaktadır. Bu kesici takımlar temelde silisyum nitrür, sialon, alümina, titanyum karbonitrür, kübik bor nitrür ve sert seramik partikül takviyeli metal matriks kompozitlerdir. Seramik kesici takımları öne çıkaran önemli faktörler yüksek sertlik, kırılma tokluğu ve yüksek sıcaklıklara dayanım olup bu özellikleri sayesinde daha yüksek kesme hızlarında işleme imkanı sağlar. Silisyum nitrür seramiklerin bu özellikleri taşıması ve buna ek olarak kimyasal saldırılara yüksek dayanım özelliği kesici takım malzemesi olarak seçiminde en önemli faktörlerden biri olmuştur. Bu çalışmada, yüksek yoğunluğa sahip kesici uç formunda Si3N4 seramik parçalar üretildi. Daha sonra bu parçalar farkı kesme şartlarında test edilerek kesici takım performansı incelendi. SEM ve optik mikroskop kullanılarak mikroyapı incelemeleri gerekleştirildi.

Keywords

• Kesici uç
• işleme performansı
• silisyum nitrür
• basınçsız sinterleme

References

1. [1] Jack KH., Wilson WI., Ceramics Based on the SiAl-O-N Related System, Nature 238 (1972) 28–29.
2. [2] Lange, FF. Phase Relation in the System Si3N4- SiO2-MgO and Their Interrelation with Strength and Oxidation, J Am. Ceram. Soc. 61 (1978) 53–56
3. [3] Rosenflanz, J. Am. Ceram. Soc. 85 (2002) 2379– 2381
4. [4] Izhevskiy, V.A., et al. Progress in SiAlON Ceramics, J. Eur. Ceram. Soc. 20 (2000) 2275-2295 [5] Chihara K., et al. High-temperature compressive deformation of β-SiAlON polycrystals containing minimum amount of intergranular glass phase, Materials Science and Engineering B 148 (2008) 203– 206 [6] V.A. Izhevskiy, et al., J. Eur. Ceram.Soc. 20 (2000) 2275–2295
5. [7] Sorrell, C. C., J. Aust. Ceram. Soc., 1982, 18, 22,
6. [8] Ziegler, G., Heinrich, J. and Wötting, G., J. Mater. Sci., 1987, 22, 3041–3086.
7. [9] Advanced Silicon nitride & Sialon Ceramics, International Syalons Limited, Newcastle, England
8. [10] Sorrel, CC., Mccartney, ER., Engineering Nitrogen Ceramics: Silicon Nitride, β-SiAlON and Cubic Boron Nitride, Materials Forum, 1986, pp 148- 161].

9. [11] www.hitachimetals.com
10. [12] Burden, SJ., Ceramic Cutting Tools, Ceram. Eng. Sci. Proc. 1982, 3(7-8), 35136
11. [13] Whitney, E.D. (1994) Ceramic Cutting Tools, Noyes Publications, New Jersey.
12. [14] Acikbas NC., Effect of sintering conditions and heat treatment on the properties, microstructure and machining performance of α-β-SiAlON ceramics, Journal of the European Ceramic Society 32 (2012) 1321–1327
13. [15] Bitterlich B., et al. SiAlON based ceramic cutting tools, Journal of the European Ceramic Society 28 (2008) 989–994
14. [16] Demir, A "Effect of Nicalon SiC fibre heat treatment on short fibre reinforced beta-SiAlON ceramics", Journal of the European Ceramic Society ,Vol. 32 ,pp. 1405 - 1411
15. [17] Caliskan, F; Tatli, Z; Genson, A; Hampshire, S "Pressureless sintering of beta-SiAlON ceramic compositions using fluorine and oxide additive system", J. Eur. Ceram. Soc., Vol. 32, pp. 1337 – 1342