高速切削刀具材料发展趋势.doc

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1、高速切削刀具材料发展趋势摘要：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。且.『处fr1.1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。FI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、儿何参数及其结构，其屮刀具材料对刀具耐用度、加工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

2、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、破碎以及燃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］硬质硬质合金是以WC等难熔金属碳化物为基体，以Co等过渡族金展为粘结相,采用粉末冶金方法制备的材料。破质合金具有高强度、高破度、高弹性模量、耐磨损、耐腐蚀、热膨胀

3、系数小以及高化学稳定性等优点，是H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一硬度和强度之间总存在着矛盾，超细硬质合金是解决这种孑盾的重要途径。FI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己取得突破性进展。超细WC-Co硕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，H前市场上多为亚微晶粒硬质合金（0.6〜0.9pm）,而真正的超细硬质合金材料（＜0.5pm）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0.5屮n的硬质合金材料FI是未来超细合金研究和发展的方向，而超细

4、硬质合金制备过程屮的均匀性，晶粒度控制等仍是需要解决的问题。另一•方面，H前超细硕质合金主要是K类，而应用更广泛的P、M类破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破度、高耐磨损性能的材料，可显著提高刀具的使用性能。在工业发达国家屮，涂层刀具材料占全部刀具材料使用量的70-80%o涂层破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。梯度硬质合金表而富Co、具有良好的抗涂层裂纹扩散能力，研究

5、梯度结构的形成过程，精确控制梯度结构破质合金微观组织，使其成为优质的涂层基体。同吋强韧性优界的涂层基体新材质的开发也非常重要。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而光洁度和控制尺寸精度，可用于制成微型可转位刀片，用于精锤孔、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A12O3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札I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。H前，金属陶瓷

6、发展最好的日本，其切削刀具屮金属陶瓷(绝大部分是Ti(C,N)基金属陶瓷)已经占到30%以丄。美国的切削刀具市场丄，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。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囤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H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。预计金属陶瓷刀具材料将代替W

7、C基硬质合金，成为整个刀具材料屮的新生力量，甚至占据硬质合金的主要刀具材料的地位。2・3粉末高速钢(PMHSS)高速钢是一种传统的刀具材料尽管高速钢材料在全世界的销售额正逐年减少，但粉末冶金高速钢的使用量仍在不断增加，这种高性能高速钢比普通高速钢具有更好的耐磨性、红硬性和使用的可靠性。粉末高速钢(PMHSS)通过把高速钢微细粉末用特殊方法成形并烧结而制成的咼速钢材制品。PMHSS是咼速钢屮的丄品，它的特点在于无论尺寸大小和形状如何，