新型陶瓷刀具的出現(xiàn),是人類首次通過運(yùn)用陶瓷材料改革機(jī)械切削加工的一場(chǎng)技術(shù)革命的成果辈畜。早在20世紀(jì)初,德國與英國已經(jīng)開始尋求采用陶瓷刀具取代傳統(tǒng)的碳素工具鋼刀具精臭。陶瓷材料因其高硬度與耐高溫特性成為新一代的刀具材料,但陶瓷也由于其人所共知的脆性受到局限,于是如何克服陶瓷刀具材料的脆性,提高它的韌性,成為近百年來陶瓷刀具研究的主要課題汉疮。

陶瓷的應(yīng)用范圍亦日益擴(kuò)大棍详。工程技術(shù)界努力研制與推廣陶瓷刀具的主要原因,(一)是可以大大提高生產(chǎn)效率；(二)是由于構(gòu)成高速鋼與硬質(zhì)合金的主要成分鎢資源在全球范圍內(nèi)的枯竭所決定丛剿。20世紀(jì)80年代初估計(jì),全世界已探明的鎢資源僅夠使用50年時(shí)間冒萄。

鎢是世界上最稀缺的資源,但其在切削刀具材料中的消耗卻很大,從而導(dǎo)致鎢礦價(jià)格不斷攀升,幾十年中上漲好多倍,這在一定程度上也促進(jìn)了陶瓷刀具研制與推廣,陶瓷刀具材料的研制開發(fā)取得了令人矚目的成果。到目前為止,用作陶瓷刀具的材料已形成氧化鋁陶瓷,氧化鋁—金屬系陶瓷赘理、氧化鋁—碳化物陶瓷宦言、氧化鋁—碳化物金屬陶瓷、氧化鋁—氮化物金屬陶瓷及最新研究成功的氮化硼陶瓷刀具商模。就世界范圍講,德國陶瓷刀具已不僅用于普通機(jī)床,且已將其作為一種高效、穩(wěn)定可靠的刀具用于數(shù)控機(jī)床加工及自動(dòng)化生產(chǎn)線蜘澜。日本陶瓷刀片在產(chǎn)品種類施流、產(chǎn)量及質(zhì)量上均具國際先進(jìn)水平。美國在氧化物—碳化物—氮化物陶瓷刀具研制開發(fā)方面一直占世界領(lǐng)先地位鄙信。

中國陶瓷刀具開發(fā)應(yīng)用也取得許多重大成果瞪醋。①氧化鋁陶瓷刀具:材料中采用純Al2O3陶瓷及以Al2O3為主且添加少量其它元素的陶瓷材料、如MgO装诡、NiO银受、SiO2、TiO2和Cr2O3等鸦采。添加物有利于加強(qiáng)Al2O3抗彎強(qiáng)度,但高溫性能有所降低,因此還是以純氧化鋁陶瓷材料為佳宾巍。Al2O3陶瓷的室溫硬度與高溫硬度都高于硬質(zhì)合金材料。Al2O3陶瓷室溫條件下的抗彎強(qiáng)度雖然較低,但隨著使用中溫度的上升,其抗彎強(qiáng)度卻較少降低蜗南。依據(jù)該項(xiàng)特性用于高速切削卻頗為合適叭蜂。Al2O3陶瓷在室溫與高溫時(shí)抗壓強(qiáng)度都很好,尤其可以克服一般高速鋼刀具及硬質(zhì)合金切削刀刃易形成的變形及塌陷缺點(diǎn)。

此外,Al2O3陶瓷在物理熱性質(zhì)及抗氧化饰测、抗粘結(jié)性及化學(xué)惰性方面都可以大顯身手唬研。不過氧化鋁陶瓷刀具在切削鐵合金及鋼件時(shí),較易產(chǎn)生粘結(jié)磨損及缺口磨損。作為使用歷史最長的刀具材料,氧化鋁陶瓷刀具最適于高速切削硬而脆的金屬材料,如冷硬鑄鐵或淬硬鋼靡庵；用于大件機(jī)械零部件切削及用于高精度零件的切削加工尼削。氧化鋁陶瓷刀具在短虎内、小零件、鋼件的斷續(xù)切削及Mg静瞄、Al诅挖、Ti及Be等單質(zhì)材料及其合金材料切削加工時(shí)效果較差,容易使刀具出現(xiàn)擴(kuò)散磨損或發(fā)生剝落與崩刃等缺陷,是其美中不足。②氧化鋁—金屬系陶瓷:為提高Al2O3陶瓷刀具韌性,材料中引入10%以下的Cr乙闰、Co懒潘、Mo、W互墓、Ti必尼、Fe等金屬元素,由此形成Al2O3金屬陶瓷。這樣材料密度篡撵、抗彎強(qiáng)度及硬度均有提高,但由于氧化鋁—金屬陶瓷刀具抗蠕變強(qiáng)度低判莉、抗氧性差,后來推廣使用情況不佳。

③氧化鋁—碳化物系陶瓷:系將一定比例的碳化物,如Mo2C育谬、WC券盅、TiC、TaC膛檀、NbC和Cr3C2等加入到Al2O3陶瓷中,以改善Al2O3陶瓷刀具的性能锰镀。當(dāng)TiC含量為30%時(shí),陶瓷刀具的耐用度獲得顯著提高,而熱裂紋深度也較小。目前國際上生產(chǎn)熱壓Al2O3—TiC陶瓷刀具均采用此配方咖刃。Al2O3—TiC陶瓷的抗彎強(qiáng)度,耐熱沖擊性等均優(yōu)于Al2O3陶瓷刀具泳炉。

④氧化鋁—碳化物金屬陶瓷刀具:系在Al2O3-TiC陶瓷材料中,采用Mo、Ni(或CO嚎杨、W)等金屬作為粘結(jié)相熱壓而成的陶瓷刀具材料花鹅。由于金屬粘結(jié)Al2O3晶粒和碳化物晶粒二者相互穿插的骨架組成,具有較高的聯(lián)接強(qiáng)度,因此形成較好的切削性能。這類陶瓷刀具最適用于加工淬硬鋼枫浙、合金鋼呐缸、錳鋼、冷硬鑄鐵尼缨、鑄鋼,鎳基或鎳鉻合金,鎳基和鈷基金合等,另外還可用于非金屬材料如纖維玻璃,塑料夾層及陶瓷材料的切削加工疫谱。由于氧化鋁一碳化物金屬陶瓷抗熱震性能良好,故可適用于銑削,刨削,反復(fù)短暫切削或其它間斷切削等,亦可采用切削液進(jìn)行濕式切削等。

⑤氧化鋁—氮化物金屬陶瓷:此種陶瓷刀具材料基本性能與加工范圍與Al2O3一碳化物金屬陶瓷材料相當(dāng),不過由于以氮化物取代碳化物,因此它具有更好的抗熱震性能與更適用于間斷切削缕沟。但是其抗彎強(qiáng)度與硬度都比添加TiC的金屬陶瓷低一些,對(duì)它的研究與深度開發(fā)仍在繼續(xù)中姚菱。

⑥氮化硼陶瓷刀具:最近,日本住友電氣公司開發(fā)研制出一種硬度更高的陶瓷刀具材料——粘合性立方晶氮化硼陶瓷(CBN)燒結(jié)體。該燒結(jié)材料系在壓力為7—8GPa,在2300℃～2400℃超高溫高壓下燒結(jié)10分鐘后制成葛暇。

這項(xiàng)技術(shù)還包括在原料制備階段,為提高CBN純度將微粉直徑磨細(xì)等獨(dú)特的軟件技術(shù)皂汞。將粒徑為0．5mm以下的微粒結(jié)合成一體,即研制出CBN含有率達(dá)到100%的燒結(jié)氮化硼陶瓷材料。采用氮化硼材料制成的陶瓷刀具,在對(duì)硬度甚高的鑄鐵進(jìn)行切削加工時(shí),刀具的頭端不會(huì)發(fā)生常見的受熱龜裂與缺屑。根據(jù)不同條件,與含有其它結(jié)合材料的CBN燒結(jié)體相比較,氮化硼陶瓷刀具的使用時(shí)間可延長10倍以上,成為一種可作斷續(xù)切削的材料熄晕。尤其在汽車工業(yè)加工中,hBN燒結(jié)體作為可對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)等鑄鐵硬質(zhì)材料加工的切削材料,在機(jī)械加工方面有廣闊的用途傲丹。

此前的燒結(jié)體由于含有顆粒結(jié)合劑,因此不能形成如CBN那樣高的硬度與熱傳導(dǎo)率等獨(dú)特的性質(zhì)。如CBN直接轉(zhuǎn)換技術(shù),由于其顆粒度太粗而不適合用作高速切削工具尔网〕旮總而言之,隨著特種陶瓷材料研變與開發(fā)工作的不斷深入,陶瓷刀具在金屬切削加工業(yè)中的應(yīng)用比例不斷擴(kuò)展。隨著航空顷歌、航天工業(yè)的發(fā)展要求,必須滿足提高Ti合金和Ni基高溫合金等工件材料切削效率的要求,特種陶瓷刀具材料將會(huì)作出更大的貢獻(xiàn)锰蓬。

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