切削刀具材料发展趋势

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1、粉末冶金新技术题目学院专业学生姓名学号年级指导教师时间6切削刀具材料发展趋势院（所）学号姓名课程名称教师签名考试摘要：本文主要简要介绍切削刀具材料的分类以及重要性，并根据切削刀具发展要求展望各类切削材料方趋势。关键字：切削刀具材料；刀具的分类；发展方向1.概述1.1内涵切削刀具材料指的是用于制作刀具的材料，该刀具不仅对普通钢，铸铁等一般材料加工，还要对铝合金，高硬度钢，钛合金，复合材料等超硬超软材料的加工。目前主要切削刀具材料包括：硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、超硬材料、高速钢等。1.2重要性刀具切削性能的好坏，取决于构成刀具的材料、几何参数及其结构，其中刀具材料对刀具耐用度、加工

2、效率和加工质量等的影响最大。随着生产技术的进步，高速切削已成为切削的发展趋势，它所采用的速度比常规切削速度高几倍甚至十几倍，切削温度很高。因此，高速切削对刀具材料提出了更高的要求。研究表明，高速切削时，随着切削速度的提高，切削力减小，切削温度上升很高，达到一定值后上升逐渐趋缓。造成刀具损坏最主要的原因是切削力和切削温度作用下的机械摩擦、粘结、化学磨损、崩刃、破碎以及塑性变形等磨损和破损，因此高速切削刀具材料最主要的要求是高温时的力学性能、热物理性能、抗粘结性能、化学稳定性(氧化性、扩散性、溶解度等)和抗热震性能以及抗涂层破裂性能等。2.刀具的分类及发展方向2.1硬质合金硬质合金

3、是以WC等难熔金属碳化物为基体,以Co等过渡族金属为粘结相,采用粉末冶金方法制备的材料。硬质合金具有高强度、高硬度、高弹性模量、耐磨损、耐腐蚀、热膨胀系数小以及高化学稳定性等优点,是目前最主要的切削刀具材料，超细硬质合金、涂层硬质合金是其在未来最主要的发展方向。刀具材料性能的两个关键指标—6硬度和强度之间总存在着矛盾，超细硬质合金是解决这种矛盾的重要途径。目前国内外在超细硬质合金原料、晶粒长大抑制、制备工艺等方面的研究已取得突破性进展。超细WC-Co硬质合金在印刷电路板打印针、金属切削等领域得到了广泛应用。但一方面，目前市场上多为亚微晶粒硬质合金（0.6～0.9µm），而真正的

4、超细硬质合金材料（<0.5µm）十分少。晶粒超细化可获得强度硬度“双高”的性能，因此晶粒度小于0.5μm的硬质合金材料目是未来超细合金研究和发展的方向，而超细硬质合金制备过程中的均匀性，晶粒度控制等仍是需要解决的问题。另一方面，目前超细硬质合金主要是K类，而应用更广泛的P、M类硬质合金的超细化的研究在国内外也已经得到重视。上世纪70年代出现的刀具涂层技术是刀具发展史上的一个里程碑，涂层技术得到了高速发展。采用各种涂层技术在硬质合金基体上涂覆上一层或者多层高硬度、高耐磨损性能的材料，可显著提高刀具的使用性能。在工业发达国家中，涂层刀具材料占全部刀具材料使用量的70-80%。涂层硬

5、质合金在未来主要关注的三个方面，即优质涂层基体的开发、涂层材料的开发及纳米化、涂层技术的改进的新技术开发。梯度硬质合金表面富Co、具有良好的抗涂层裂纹扩散能力，研究梯度结构的形成过程,精确控制梯度结构硬质合金微观组织，使其成为优质的涂层基体。同时强韧性优异的涂层基体新材质的开发也非常重要。目前的涂层材料包括TiC、TiN、Al2O3、TiAlN等，开发新的耐磨涂层材料及组合，制备具有纳米级晶粒度的涂层组织是获得高切削性能的保证。目前的涂层技术主要包括CVD、PVD等，但CVD存在温度高、使用有毒性的气体等缺点；PVD方法是在500℃或者低于500℃下进行的，膜基体结合力有待提高

6、，改进目前的涂层工艺和开发新的涂层技术非常必要。2.2金属陶瓷Ti(C，N)基金属陶瓷刀具有更好的红硬性，耐磨性和化学稳定性，与金属间的摩擦系数极低，抗粘刀能力强，有利于提高加工件的表面光洁度和控制尺寸精度，可用于制成微型可转位刀片,用于精镗孔、精孔加工和以车代磨等精加工领域，其功能填补了传统WC-Co系硬质合金与Al2O3陶瓷刀具之间的空白，是一种大有前途的刀具材料。必须指出的是，与大量使用W、Co的稀缺战略资源硬质合金相比，金属陶瓷以相对丰富的Ti和Ni为主要原材料资源，具有明显的资源优势。目前，金属陶瓷发展最好的日本，其切削刀具中金属陶瓷（绝大部分是Ti(C,N)基金属陶

7、瓷）已经占到30%以上。美国的切削刀具市场上，金属陶瓷刀具已占5%以上，且仍在增加。我国作为世界第一大硬质合金生产国与消费国，年产硬质合金15000吨左右（占世界1/3），金属陶瓷刀具占不到0.5%，有很大的发展空间。6金属陶瓷材料具有耐高温、耐磨损耐腐蚀、高硬度重量轻等优点但其致命的弱点是脆性大这不仅限制了现代陶瓷材料的应用范围也限制了其优良性能的发挥。因此进一步提高金属陶瓷刀具材料的断裂韧性和抗弯强度仍然是目前研究的热点问题之一。通过成分改进、晶粒细化和表面涂层等工艺，使其性能进一步提高