陶瓷刀具论文.doc

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1、陶瓷刀具论文陶瓷刀具的发展丿应川张瑞2120111321孔琳琳摘要陶瓷刀具是刀具材料是未来发展的重要领域，将成为21世纪的最重要的刀具材料之一。陶瓷刀具具冇优异的耐热性、耐磨性和化学稳定性成为日前一•种很有发展前途的刀具材料，在高速切削领域和切削难加T材料方血扮演着越來越重要的角色。本文对陶瓷刀具的种类、性能和应用进行了论述，并指出了指出了提高陶瓷刀具性能的发展方向。关键词：陶瓷刀具刀具的种类性能应用正文：刀（工）具材料有着悠久的丿力史，它的进步对人类发展的文明史有重要的影响。在公元前2力年，人类开始采用打磨的石料（也可称为“天然陶瓷”）作刀具，丿力史学家就以刀（TJ具

2、材料的进步作为划分远古人类丿力史发展时期的标志，称这以后的人类丿力史为“新石器时代”，以后又以青铜、铁刀丁•具的出现來划分古代人类丿力史发展阶段。从1850年至今150余年來，刀具材料获得了很人发展。1898年高速钢工具问世，1926年駛质合金又研制成功，使切削加工技术的丿力史发生了两次革命性的进步。由于駛质合金刀具强度和韧性高，易于烧结，生产效率高，应用面广，至今仍然是独占鳌头的主要刀具材料。陶瓷作为金属切削刀具，也有很长的丿力史。早在1905年国人就开始了A1203陶瓷作为切削刀具的研究，1912年英国首获A1203陶瓷刀具专利。但是由于A1203陶瓷脆性人，且当吋

3、的陶瓷工艺技术还比较落后，所以它的应用受到限制。1968〜1970年间人们硏制成功了A12O：3+TiC复合陶瓷刀具以后，使A1203基陶瓷刀具走出了缓慢发展的“低谷”，成为解决超硬材料加工的一-种新型刀具。这种复合A1203陶瓷刀具由于在基体小弥散了15%〜40%的硬质颗粒TiC,不仅提高了热传导率，抗冲击性，而且由于弥散相TiC颗粒阻碍了A1203。晶粒长人，使材料强度也得到很人提高。其抗弯强度可达到700〜900MPa,断裂韧性可达：3.5〜4.5MPa・ml2,度可达HRA94〜95。A1203+TiC复合陶瓷刀具主要用来对淬硬钢、硬化铸铁等进行精加工。自澳人

4、利亚的Garvie于20枇纪70年代初首次利丿UZr02：的相变来增韧陶瓷以后，德国的Claussen发展了川Zr02相变增韧A1203陶瓷（简称ZTA）O20世纪80年代初，德、美等国将这种刀具投放市场。其抗弯强度可达650〜800MPa,断裂韧性KIc可达6〜7MPa・ml2,但硕j度略低于Al：0。刀具。ZrO2增韧A1203刀具可用于粗精加丁」M更钢（HRC35〜55）、铸铁和超合金。20世纪80年代初，日木日立金属株武会补研制成功A1203+T1B2复合陶瓷刀具。据称这主要是利用TiB2室温硕度和高温硬度都比TiC高，而且热膨胀系数又比TiC小的特点，这样制

5、成的复合陶瓷刀具的耐磨性和耐热冲击性更好。目前陶瓷刀具的品种、牌号很多，按其主要成分人致可分为氧化铝（A1203）系和氮化硅（Si3N4）系两大类。1=1前世界上生产的95%的陶瓷刀具属于氧化铝（A12O3）系，其它为氮化硅（Si3N4）系，下血主要介绍一•下这两人系陶瓷刀具的性能用途等。.氧化铝系陶瓷刀具由于纯A1203陶瓷刀具脆性人，易崩刃，因此未能广泛使用。下面主要介绍一下A1203中添加碳化物、氧化物、氮化物或硼化物的组•合陶瓷刀具以及在A1203屮同时添加化合物和粘结金属的组合陶瓷刀具等。(1)A1203—碳化物系陶瓷刀具在A1203')'添加碳化物可以提高A

6、1203陶瓷刀具的韧性，其屮以添加TiC的A1203—TiC陶瓷应用最多。通常添加的TiC在30%^60%之间(也有的添加5%〜10%)。这类组合陶瓷有两种：一种是在A1203屮除添加碳化物外，还添加少量粘结金属，亦称金属陶瓷；另一种是在A1203屮只添加碳化物或碳化物的饱和固溶体制成的组合陶瓷。金属陶瓷比没有加入金属的组合陶瓷强度提高，但硬度降低。(2)添加氮化物、硼化物的A1203陶瓷刀具在A1203•!'添加氮化物的A1203—M化物组合陶瓷刀具具有较好的抗热震性能，其基本性能和加丁•范I韦I与A1203—碳化物金属陶瓷刀具相当，而氮化物组合陶瓷刀具史适于间断切削

7、，但其抗弯强度和硬度比A1203-TiC金属陶瓷刀具低，有待进一步研究改善。(3)增韧A1203陶瓷刀具曲于陶瓷刀具的强度和韧性低，加工时易发生破损(特别是早期破损)，因此在一定程度上限制了陶瓷刀具的应用。鉴于Si3N4陶瓷的韧性和强度较A1203陶瓷高得多，因此对陶瓷刀具的增韧、增强处理主要针对以A1203为基体的刀具。增韧A1203陶瓷是指在A1203基体屮添加增韧或增强材料，日前常用的增韧方法主要有Zr02W变增韧、晶须增韧以及第二相颗粒弥散增韧等。Zr02变增韧指利用Zr02在1150°C左右发生单斜晶(m-Zr02)系到四方晶(