如何正确选用陶瓷刀具材料.doc

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1、如何止确选用陶瓷刀具材料陶瓷刀具材料是一种先进的切削刀具材料，因其优良的切削性能和高性价比I何备受青睐。本文介绍了近十几年來发展迅速的陶瓷刀具材料的性能及品利□并针对不同类型陶瓷刀具材料的性能优劣，给出选用建议。潜质巨大的新型刀具材料随看现代科学技术和生产的发展，各种新型的难加工材料在产品中大量应用，传统的硬质合金刀具己难以满足生产需耍，血陶瓷刀具则以其优界的耐热性、耐磨性、良好的化学稳定性和高性价比阳受到了人们的青睐。尤其是在高速切削领域和难加工材料方面，显示出了传统刀具无法比拟的优势。利用陶瓷刀具加工普通钢、铸铁、淬硬钢、高猛钢、银基高温合金、粉末

2、冶金烧结件、玻璃钢和各种工程塑料等难加工材料时,刀具寿命可比硬质合金刀具高几倍甚至十几倍。在生产中它不但能用于-•般的车、铎和铳削加工，而且已成功地用于孔加工刀具上；除可在普通机床上使用外，也能有效地用于数控机床和加工中心等高效设备上，被国际上公认为是当代提高生产效率最有潜质的-•种刀具。此外，与金刚石和立方氮化硼等超硬刀具相比，陶瓷刀具的价格相对较低（陶瓷刀具的主耍原料氧化铝、氧化硅等是地売中最丰富的成份，収之不尽,用之不竭），因此，有人认为：“随着现代陶瓷刀具材料性能的不断改进，今后它将与涂层硬质合金刀具、金刚石和立方氮化硼等超硕刀具一起成为高速切

3、削、干切削和碾切削的三种主要刀具。”图1所示为用陶瓷刀具以硬车削出的而不是磨削出的渗碳淬硬传动齿轮（57HRC〜59HRC）的同步圆锥部分、内孔和背面的应用实例。图1用陶瓷刀具硬车削出的渗碳淬硬传动齿轮陶瓷刀具材料的性能优劣与硬质合金刀具相比，陶瓷刀具硬度高达92〜95HRA,耐磨性好，在相同条件下加工钢料时，它的磨损仅为P10（YT15）硬质合金刀具的1/15,刀具寿命长。同时，陶瓷刀具与钢铁等金属材料的亲和力小，摩擦系数低，抗黏结和抗扩散能力强，切削时不易黏刀及产生积屑瘤,加工表而质量好。陶瓷刀具的耐热性也很好，在1,200°C吋仍能保持80HRA

4、左右的高硬度，所以适合在高温下进行高速切削和干切削，而价格乂远低于切削性能与之相近的金刚石和立方氮化硼刀具。陶瓷刀具的主要缺点是抗弯强度、断裂韧度和弹性模昴低，脆性大。长期以來主要作为精加工刀具，占各类刀具材料中的比重很小。但近十几年來，山于材料科学和制造技术的进步,通过控制原料纯度和晶粒尺寸，采用了热压和热等静压烧结工艺等方法（用热压烧结制成的陶瓷,其强度和硕度都比过去冷压法好；而用热等静压法制成的陶瓷，其组织致密，强度更高，抗崩刃性能好），添加各种碳化物、氮化物、硼化物和氧化物等可改善陶瓷的性能，并通过颗粒、晶修、相变、微裂纹和儿种增韧机制的协同作

5、用提高其断裂韧度和强度，不仅使陶瓷的抗弯强度提高到0.9-1.0GPa（最高可达1.3~1.5GPa,己与硬质合金相当），而且使英抗冲击性能也有很大提高，应用范围日益扩大，除可用于一般精加工与半精加工外，还可用于冲击负荷下的粗加工。陶瓷刀具材料的品种分类现代陶瓷刀具材料大多数为复合陶瓷，其种类及可能的组合如图2所示。H前国内外广泛使用的陶瓷刀具材料以及止在开发的陶瓷刀具材料，基本上都是根据图2所示方法组合，采収不同的增韧补强机制來进行显微结构设计的，其中以氧化铝（AI2O3）基和氮化硅（Si3N4）基陶瓷刀具材料的应用最广泛。图2陶瓷刀具材料的种类及可

6、能的纽合氧化铝（AI2O3）基陶瓷刀具材料纯氧化铝陶瓷纯氧化铝陶瓷中的AI2O3成份占99.9%以上，多呈白色，俗称白陶瓷。这是早期使用的陶瓷,山于其强度低，抗热振性及断裂韧性较差，切削时易崩刃，只适用于300HBW以下的铸铁和钢的连续表而粗加工和半精加工，使用范围非常有限，故目前已被其它各种AI2O3基复合陶瓷所収代。氧化铝-碳化物系复合陶瓷它是在AI2O3基体中加入TiC或SiC等成份经热压烧结HlJ成的陶瓷，是目前国内外使用最多的陶瓷刀具材料2氧化铝■碳化物系复合陶瓷适于加工齐种钢材（碳素结构钢、合金结构钢、高强度钢、高镒钢、轴承钢、不锈钢、淬硬

7、钢等）和冬种铸铁（包括冷硬铸铁、高珞铸铁等）,也可加工铜合金、石墨、工程塑料和复合材料;加工钢优于Si3N4基陶瓷刀具;但它不宜用来加工铝合金、钛合金和袒合金，否则容易产生化学磨损。纳米金屈陶瓷刀具它是在传统的AI2O3/TIC金属陶瓷中通过加入纳米材料TiN（氮化钛）和AIN（氮化铝），经改性而成的一种新型AI2O3基陶瓷刀具，可细化品粒和优化材料力学性能。使用表明，这是高技术含量及高附加值的新型刀具，可部分取代K20（YG8）、PIO（YT15）等面广量大的硬质合金刀具，刀具寿命可提髙2倍以上，生产成本则与K20（YG8）刀具相当或稍低。目前,纳米

8、陶瓷及纳米复合陶瓷刀具己成为髙技术陶瓷材料研究开发的一个前沿领域。AI2O3/SiCw晶须増韧