第五讲新型陶瓷刀具的发展与应用.

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1、新型陶瓷刀具的发展与应用黄传真山东大学先进射流工程技术研究中心济南250061主要内容f一、概述f二、切削刀具材料国内外现状f三、新型陶瓷刀具材料国内外的研究动态f四、陶瓷刀具的应用范围f五、陶瓷刀具的使用f六、应用实例f七、结束语一、概述（1）f在金属机械加工中，切削加工是最基本而又可靠的精密加工手段，切削加工的劳动量约占全部机械制造劳动量的30～40%，约70%的各种零部件要用刀具切削加工。f金属切削加工发展的历史就是刀具材料不断发展、进步的历史。f随着航空、航天和各项超高温尖端技术的飞速发展，

2、以及高速切削加工的需要，对刀具材料提出了更加苛刻的要求。高速钢和硬质合金刀具限制了进一步提高其切削速度的可能性。一、概述（2）f陶瓷刀具在高速切削领域以及加工某些难加工材料方面，是包括金属刀具在内的任何高速钢和硬质合金刀具都无法与之相比的。f陶瓷刀具材料有一个致命的弱点--韧性低，国内外的学者围绕如何提高陶瓷刀具材料的断裂韧性，改善其切削性能而做了大量的研究工作，随着这一工作的不断进行，必将推进金属切削加工技术的进一步发展。一、概述（3）f在世界范围内，工程陶瓷作为一种新材料受到各国尤其是工业发达国

3、家的普遍重视.f在美国1990年整个市场大约为1.31亿美元，整个市场以年14.6%的速度增长，到1995年达到2.492亿美元，到2000年达到5.09亿美元。其中切削工具以每年12.5%的速度增长，到1995年达到5750万美元，到2000年达到1.04亿美元。f工程陶瓷材料是继金属、高分子材料之后出现的第三大类材料，其中的陶瓷刀具材料作为较主要的一种正以较快的速度发展着，它必将为刀具材料的发展揭开新的一页。二、切削刀具材料国内外现状（一）发展历程f表1刀具材料发展历史材料类型各种刀具材料系列发

4、展年限工具钢碳素工具钢,合金工具钢1850高速钢：1900通用高速钢1928一1978高性能高速钢1951低合金高速钢1970一19801977粉未冶金高速钢涂层高速钢硬质合金普通硬质合金1923一1969超微粒硬质合金1967一1970涂层硬质合金1959一）978TiC基硬质合金（金属陶瓷）1965一1974陶瓷氧化铝基陶瓷1938一1955氮化硅基陶瓷1981超硬刀具材料天然金刚石聚晶金刚石1955一1974立方氮化硼1957一1974（二）国外切削刀具材料现状（1）f涂层刀具f金属陶瓷（Ti

5、CN基硬质合金）f陶瓷刀具f立方氮化硼（CBN）f聚晶金刚石（PCD）（二）国外切削刀具材料现状（2）f1、最常用的高速钢和硬质合金：钴高速钢、粉未冶金高速钢、超细颗粒硬质合金f2、涂层刀具：复合涂层，以高速钢、硬质合金、金属陶瓷和陶瓷为基体。•硬涂层：氮化钛（TiN）、碳氮化钛(TiCN）、氮化铝钛（TiA1N一TiA1N），TiAICN占主导地位。0505在高速切削中，TiA1N有优异性能，最高工作温度<800℃。•在刀具PVD涂层领域的新型硬涂层：CBN、氮化碳（CNx）、A10、氮化物（Ti

6、N／N6N，TiN／VN）23涂层，有广阔应用前景。（二）国外切削刀具材料现状（3）•金刚石膜涂层：主要加工有色金属。•软涂层：硫族化合物（MoS，WS）涂层22的高速钢刀具。主要加工高强度铝合金、钛合金或贵重金属材料。•纳米涂层：溶胶凝胶法（Sol-gel）。（二）国外切削刀具材料现状（4）f3、立方氮化硼（CBN）加工淬硬钢（HRC45一65）：CBN（wt.50%）连续切削CBN（wt.65%）半断续切削加工铸铁和硬金属：CBN（wt.80%）加工镍铬铸铁CBN（wt.90%）连续重切削淬硬钢

7、（HRC45~65）粗加工：CBN（wt.80一90%）高速切削铸铁（V＝500一1300m／min）。粗和半粗切削淬硬钢。（二）国外切削刀具材料现状（5）f4、聚晶金刚石（PCD）颗粒10一25μm：切削铝合金（Si≥12％）（v＝300一1500m／min）、硬质合金。颗粒8—9μm：切削铝合金（Si≤12％）（v＝500—3500m／min），切削通用非金属材料颗粒4—5μm：切削FRP、木材、纯铝或近于铝合金。f5、金属陶瓷（TiCN基硬质合金）*高耐磨性TiC基硬质合金：T1C＋Ni或Mo

8、*高韧性TiC基硬质合金：Tic＋TaC＋WC*强韧TiN基硬质合金：以TiN为主体*高强韧性TiCN基硬质合金*TiCN＋NbC高速精车钢和铸铁（300一500m／min）NbC＋TIC，TiN，铣削钢（二）国外切削刀具材料现状（6）f6、陶瓷刀具：氧化铝基和氮化硅基两大类。•增韧机理：颗粒、晶须、相变、裂纹和两种增韧机理的协同等。•氧化铝基和氮化硅基：加入各种各样的碳化物、氮化物、硼化物、氧化物等。氧化铝基的有20多个品种，氮化硅基的有10多个品种，前者占总量2／