新型陶瓷刀具材料的应用

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1、新型陶瓷刀具材料的应用刀具的性能是影响切削加工效率、精度、表面质量等的决定性因素之一。在现代化加工过程中，提高加工效率的最有效方法是采用高速切削加工技术；随着现代科学技术和生产的发展，越来越多地采用超硬难加工材料，以提高机器设备的使用寿命和工作性能。而陶瓷刀具则以其优异的耐热性、耐磨性和化学稳定性，在高速切削领域和难加工材料方面显示了传统刀具无法比拟的优势。新型陶瓷刀具更由于有很高的硬度(HRA93～95)，从而可加工硬度高达HRC65的各类难加工材料，免除退火加工所消耗的电力和时问；可提高工件硬度，延长机器设备的使用寿命。陶瓷刀具的主要原料AlO和Si是地壳中最丰富的成分

2、，可以说是取之不尽，用之不竭的，因此新型陶瓷刀具的应用前景十分广阔。1氮化硅基陶瓷刀具1.单一Si3N4陶瓷刀具此类陶瓷刀具主要是以Mgo为添加剂的热压陶瓷。其硬度为9l～93HRA，耐磨性介于一般陶瓷和立方氮化硼之间，抗弯强度为0.7～0.85GPa，介于一般陶瓷和YT30之间，冲击韧度相当于Y130，耐热性可达1300℃～1400℃，具有良好的抗氧化性。此外，Si陶瓷有自润滑性能，摩擦系数较小，抗粘接能力强，不易产生积屑瘤，且切削刃可磨得锋利。能加工出良好的表面质量，特别适合于车削易形成积屑瘤的工件材料，如铸造硅铝合金等。2.复合Si3N4陶瓷刀具由于Si3N4陶瓷以共

3、价键结合，晶粒是长柱状的，因此有较高的硬度、强度和断裂韧性，同时它有较小的热膨胀系数(=3×10-6/℃)，所以有较好的抗机械冲击性和抗热冲击性。Si3N4刀具特别适合于铸铁、高温合金的粗精加工、高速切削和重切削，其切削耐用度比硬质合金刀具高几倍至十几倍。在汽车发动机铸铁缸体等加工中应用越来越普遍。但是Si3N4陶瓷的硬度并不是特别高(HRA92.5)，在加工硬度较高的工件时，如冷硬铸铁(HS65-80)、高铬铸铁(HS80-90)等，纯Si3N4

4、陶瓷刀具的耐用度是较低的。为改善其耐磨性。加人TiCN、TiCN+TiN作为硬质弥散相，以提高刀具材料的硬度，同时保留较高的强

5、度和断裂韧性，称为复合氮化硅陶瓷刀具。与单s3N4陶瓷刀具相比，复合氮化硅陶瓷刀具的抗氧化能力、化学稳定性、抗蠕变能力和耐磨性都有了很大提高，且易于制造和烧结。是今后陶瓷刀具的重点发展方向。3.Sialon陶瓷刀具目前许多国家竞相开发一种新型Si基陶瓷刀具：赛隆(Sialon)刀具。赛隆刀具是英国LucasAyMon公司研制成功的一种单相陶瓷刀具，以Si3N4为硬质相Al203为耐磨相，并添加少量助烧剂Y203，经热压烧结而成，有很高的强度和韧性(抗弯强度可达1200MPa，硬度达1800HV)，Sialon陶瓷刀具具有良好的抗热冲击性能，与Si3N4相比。Sialon陶瓷

6、刀具的抗氧化能力、化学稳定性、抗蠕变能力与耐磨性能更高。耐热温度较高达1300℃以上，具有较好的抗塑性变形能力。其冲击强度接近于涂层硬质合金刀具，巳成功应用于铸铁和高温合金等难加工材料的加工。目前国际上赛隆(Sialon)陶瓷材料的研究非常活跃，在改进制备工艺，进行复相、超细颗粒、自增韧．刀具材料等的研制方面巳取得了较好的成果。与Si3N4相似，Sialon陶瓷也具有2种晶体结构，a-Sialon为等轴晶具有较高的硬度和耐磨性能，b-Sialon为柱状晶断裂韧性和热传导能力相对较好，(a+b)-Sialon复相陶瓷刀具综合了两相优点，切削性能更优异，重载条件下其耐磨性能优于

7、单相陶瓷刀具目前有2种制备自增韧a-Sialon陶瓷的方法：①通过控制成核过程的热力学特点，在烧结体内原位生长柱状-Sialon晶粒以得到自增韧Sialon陶瓷；②采用燃烧合成工艺，制备单相柱状-Sialon粉体，将此粉体按照适当比例添加到原料中制备自增韧-Sialon陶瓷。为降低烧结温度，一般要加入各种烧结助剂。比较常用的烧结助剂有：Y2O3等氧化物和多种稀土元素，一般同时采用2种或2种以上的烧结助剂。Sialon陶瓷刀具适用于高速切削、强力切削、断续切削；不仅适合于干切削，也适合于湿式切削Sialon陶瓷可成功地用于铸铁、镍基合金、钛基合金和硅铝合金的加工，是高速加工铸

8、铁和镍基合金的理想刀具材料。由于它和钢的化学亲和性大，Sialon陶瓷刀具不适合加工钢。1.Si3N4晶须增韧陶瓷刀具晶须增韧陶瓷是在Si3N4基体中加入一定量的碳化物晶须而成，从而可提高陶瓷刀具的断裂韧性。如我国北京方大高技术陶瓷有限公司生产的FD03刀片及湖南长沙工程陶瓷公司生产的SW21牌号均属这一类。FD03刀片是在Si3N4陶瓷基体中加入了硬质弥散颗粒TiC，SW21刀片是在Si3N4中加入了一定量的SiC晶须，故有较好的使用性能。国外一些切削专家认为，用Si3N4基陶瓷切削钢材效果不如Al2O3基复合陶