陶瓷刀具性能及发展

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1、陶瓷刀具的性能应用与发展摘要：随着机械行业的不断发展，切削行业的不断发展，对切削刀具的要求也逐渐提高。刀具的发展经历了工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷材料、超硬材料5个阶段。陶瓷材料作为当今世界重要的切削刀具在机械加工领域起着相当重要的作用。本文主要介绍现在应用比较广泛的三种陶瓷刀具的性能、应用以及陶瓷刀具的发展新成果与发展方向。关键词：陶瓷刀具；切削性能；应用领域；新成果1＞引言陶瓷材料是现在重要的切削刀具之一，主要包括氧化铝基陶瓷、氮化硅基陶瓷以及金属基陶瓷。主要用于硬质合金无法加工的难加工金属材料、大型铸铁和钢

2、件等材料的切削加工。相对于其他的切削刀具，陶瓷刀具材料具有较高的硬度、耐磨性、耐热性以及抗氧化能力。此外陶瓷刀具还有较高的红硬性、与金属亲和力小等特点。这些都使得陶瓷刀具的切削效果与效率大大提高。但陶瓷刀具也有较大的缺点，陶瓷刀具脆性大，耐热冲击性能也较差。2、氧化铝基陶瓷刀具氧化铝基陶瓷包括纯AI2O3陶瓷、A12O3+ZrO2^A12O3+TzC以及晶须增韧的氧化铝陶瓷。2.1性能纯氧化铝陶瓷是指仅含少量氧化物的高纯度氧化铝陶瓷。这种氧化铝陶瓷具有较好地耐磨性，但由于强度较低，适用面较窄。因此通常用ZrO2.T

3、°C晶须来增韧。强化后的氧化铝陶瓷韧性明显改善，硬度也得到较大提升。与硬质合金刀具相比，它有良好的化学稳定性、耐磨性和耐热性。在相同的加工条件下，磨损较小，加工表面质量也较好。2.2应用领域纯的氧化铝陶瓷一般用来切削灰铸铁，强化后的陶瓷刀具性能更加突出，可加工各种铸铁（灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、冷硬铸铁、高合金耐磨铸铁等）和钢料（碳素结构钢、合金结构钢、高强度钢、高猛钢、淬硕钢等），也可以加工铜合金、工程塑料和复合材料。3、氮化硅基陶瓷刀具目前的氮化硅基陶瓷刀具包扌舌以Si3“4为主体的刀具和以Si3/V4+Al

4、2O3为主体的刀具。同氧化铝刀具一样，此类道具可加工范围很广的工程材料，如铸铁、耐热钢等，但不易加工碳钢件。3.1性能总体上，氮化硅陶瓷刀具具有高硬度、高强度的特点，而且抗氧化能力好,有良好的断裂韧性和抗热震性。硕度可以达到92.5HRA〜94HRA,耐磨性一切削能力很高；抗弯强度达到750MPa〜lOOOMPa,已与普通硬质合金相当。性能密度/g*cm3抗弯强度/MPa洛氏硬度HRA室温1200°C氮化硅陶瓷3.20〜3.28750〜900300〜80087.2〜923.1.1单一SisM陶瓷刀具的性能以及应用这

5、种氮化硅陶瓷刀具主要是以氧化镁为主要添加剂的热压陶瓷，硬度为91HRA〜93HRA,抗弯强度为0.7GPa〜O・85GPa,耐热性可达1300°C〜1400°C,具有良好的抗氧化性。此外，这种陶瓷的摩擦系数小，加工出的表面质量好，较适用于加工易产生积屑瘤的工件。3.1.2复合陶瓷刀具的性能以及应用此类陶瓷刀具是在基体中添加适量的金属碳化及金属等复合强化剂，利用复合强化效应制成的Sis/V4复合陶瓷，相较于单一SisNq陶瓷，其性能也优越得多，抗氧化能力、化学稳定性、抗蠕变能力和耐磨性都有很大的提高，并且易于制造烧结

6、。4、金属基陶瓷金属基陶瓷刀具是通过气相沉淀等其他方法，在强度和韧性都比较高的硬质合金或高速钢基体上涂覆一层陶瓷材料。利用基体材料和涂层材料各自的优点,在提高材料硕度和耐磨性的同时，保证材料的强度和韧性。4.1金属基陶瓷刀具的性能金属基陶瓷具有优良的切削特性，由于它是由金属基体和涂层材料组成，因此具有二者的特性，既有基体材料的强度、韧性，又有涂层陶瓷材料的便度与耐磨性，是一种较为理想的切削刀具。4.2金属基陶瓷刀具的应用由于其较为综合的力学特性，金屈基陶瓷刀具可用于加工范围很广的工程材料。5、陶瓷材料的新发展随着陶

7、瓷刀具在金属切削方面的作用日益突出，陶瓷刀具的发展也十分迅猛，除了上文提到的晶须增韧陶瓷之外，还有梯度复相陶瓷、多相复合陶瓷以及纳米陶瓷等多种成果。5・1梯度复相陶瓷金属基陶瓷刀具要确保它的硬度和耐磨性，必须要获得尽可能厚的涂层，即涂覆材料。而为了获得后涂层，一般都是采用在涂层的组分中做梯度变化，以消除金属陶瓷在热膨胀系数上的巨大差异而产生的巨大热应力，从而保证后涂层与金属基体的结合在使用过程屮的稳定性。该类陶瓷材料经过不断的研究与完善，已经取得很多成果，现已有陶瓷一硕质合金复合刀片FH-1和FH・2以及复相梯度陶

8、瓷刀具材料FG-1和FG-2等。5.2多相复合陶瓷采用热压工艺制备(Al2O3/SiC/WC/TiC)多相复合陶瓷刀具材料，这种材料具有很好的综合力学性能。目前对于这种陶瓷刀具材料的研究主要涉及各种氧化物、氮化物、碳化物和硼化物陶瓷。但这种材料的发展并不完善，其耐热性、耐磨性较高，但脆性较大，应用范围仍比较有限。5.3纳米陶瓷纳米陶瓷是由纳米级粉料制成的陶瓷