AI203-AION-SiC, ceramic composite for cutting tool: elaboration and mechanical properties

AI2O3-AION-SiC, composite céramique pour la coupe : élaboration et caractérisations mécaniques

Djamal Djenkal (1)

1 Mines Saint-Étienne MSE - École des Mines de Saint-Étienne

The ceramic cutting tools allow, by the increase of the cutting speeds, the improvement of the machining efficiencies. This work consisted of developing a matrix composite alumina 80-aluminum oxynitride 20 vol. Percent reinforced by silicon carbide in two morphologies: powder and wafer. The studies focused on improvements in the manufacturing process2 and the evaluation of the frictional and cutting behavior of a hard steel (z38cdv5) and a nickel base superalloy (INCONEL718). In addition to the advantage of in situ formation of aluminum oxynitride (alumina-aluminum nitride reaction) during sintering on the final densification, it is shown that homogenization by attrition leads to a certain strengthening of the matrix. The mechanical properties of the optimized powder material are maintained up to 1000c. Concerning the platelet composite, a reactivity identical to that of the powder composite is observed, but at a lower temperature. The maximum toughness values ​​(7 mla.m) are obtained for a mean diameter of 8 microns and a platelet content of 20 vol. % In the friction conditions tested (low pressure), the wear of the composites facing the steel is negligible, compared to the Inconel the wear is no longer negligible and depends on the granularity of sic and oxynitride level . The cutting tests, carried out at the central school of Nantes, materials laboratory, show the interest of the reinforced composites by the powder for the turning of steel of high hardness

Les outils de coupe céramiques permettent, par l'augmentation des vitesses de coupe, l'amélioration des rendements d'usinage. Ce travail a consiste a développer un composite a matrice alumine 80- oxynitrure d'aluminium 20 vol. Pourcents renforce par du carbure de silicium sous deux morphologies: poudre et plaquette. Les études ont porte sur les améliorations du procéd2 de fabrication et l'évaluation du comportement en frottement et en coupe d'un acier dur (z38cdv5) et un superalliage base nickel (INCONEL718). Outre l'intérêt de la formation in situ de l'oxynitrure d'aluminium (réaction alumine-nitrure d'aluminium) au cours du frittage sur la densification finale, il est montre qu'une homogénéisation par attrition conduit a un certain renforcement de la matrice. Les propriétés mécaniques du matériau a poudre optimise sont maintenues jusqu'a 1000c. Concernant le composite a plaquette, on observe une réactivité identique a celle du composite a poudre, mais a une température plus basse. On obtient les valeurs maximales de ténacité (7 mla. M) pour un diamètre de moyen de 8 microns et une teneur en plaquettes de 20 vol.%. Dans les conditions de frottement testées (faible pression), l'usure des composites face a l'acier est négligeable, face a l'Inconel l'usure n'est plus négligeable et dépend de la granularité de sic et du taux d'oxynitrure. Les essais de coupe, réalisés a l'école centrale de Nantes, laboratoire matériaux, montrent l'intérêt des composites renforces par la poudre pour le tournage d'acier de haute dureté

Mots clés: composite; aluminum oxynitride; silicon carbide; machining; friction

Mots clés: oxynitrure d'aluminium; carbure de silicium; usinage; frottement

Domaines: Sciences de l'ingénieur [physics]; Matériaux

Djamal Djenkal. AI2O3-AION-SiC, composite céramique pour la coupe : élaboration et caractérisations mécaniques. Sciences de l'ingénieur [physics]. Ecole nationale superieure des Mines de Saint-Etienne; Institut national polytechnique de Grenoble (INPG), 1996. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01744506⟩