在機(jī)械加工領(lǐng)域，切(磨)削加工是應(yīng)用最廣泛的加工方法啊沟。高速切削是切削加工的發(fā)展方向辙使，已成為切削加工的主流。它是先進(jìn)制造技術(shù)的重要共性關(guān)鍵技術(shù)茶宵。推廣應(yīng)用高速切削技術(shù)將大幅度提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量并降低成本危纫。高速切削技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用決定于機(jī)床和刀具技術(shù)的進(jìn)步，其中刀具材料的進(jìn)步起決定性的作用乌庶。研究表明种蝶，高速切削時(shí)，隨著切削速度的提高瞒大，切削力減小螃征，切削溫度上升很高，達(dá)到一定值后上升逐漸趨緩透敌。造成刀具損壞最主要的原因是切削力和切削溫度作用下的機(jī)械摩擦盯滚、粘結(jié)、化學(xué)磨損酗电、崩刃魄藕、破碎以及塑性變形等磨損和破損，因此高速切削刀具材料最主要的要求是高溫時(shí)的力學(xué)性能撵术、熱物理性能背率、抗粘結(jié)性能、化學(xué)穩(wěn)定性(氧化性邪盼、擴(kuò)散性蛇筷、溶解度等)和抗熱震性能以及抗涂層破裂性能等」Ｉ茫基于這一要求慧菜，近20多年來(lái)，發(fā)展了一批適于高速切削的刀具材料意苞，可在不同切削條件下祖匕，切削加工各種工件材料。目前酥盼，可以2500～5000m/min的高速切削鋁合金(Si含量≤12%打洋，大于12%的為500～1500m/min)：以500～1500m/min切削鑄鐵：300～1000m/min切削鋼：100～400m/min切削淬硬鋼癞亩、耐熱合金：90～200m/min切削鈦合金等传等。當(dāng)然人們還期待著以超高切削速度進(jìn)行加工而獲得更好的效果剥跃。

　　機(jī)械加工發(fā)展的總趨勢(shì)是高效率、高精度鹉奸、高柔性和強(qiáng)化環(huán)境意識(shí)笙寻。

國(guó)外高速切削刀具材料的進(jìn)展和應(yīng)用

　　高速切削時(shí)，對(duì)不同的工件材料選用與其合理匹配的刀具材料和允許的切削條件骂铁，才能獲得最佳的切削效果吹零。據(jù)此，針對(duì)目前生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的鋁合金拉庵、鑄鐵灿椅、鋼及合金和耐熱合金等的高速切削，已發(fā)展的刀具材料主要有：金剛石钞支、立方氮化硼茫蛹、陶瓷刀具、涂層刀具和TiC(N)基硬質(zhì)合金刀具(金屬陶瓷)等烁挟。

　　金剛石刀具

　　金剛石刀具分為天然金剛石和人造金剛石刀具婴洼。天然金剛石具有自然界物質(zhì)中最高的硬度和導(dǎo)熱系數(shù)。但由于價(jià)格昂貴撼嗓，加工柬采、焊接都非常困難，除少數(shù)特殊用途外(如手表精密零件且警、光飾件和首飾雕刻等加工)粉捻，很少作為切削工具應(yīng)用在工業(yè)中。隨著高技術(shù)和超精密加工日益發(fā)展胚僧，例如微型機(jī)械的微型零件患赏，原子核反應(yīng)堆及其它高技術(shù)領(lǐng)域的各種反射鏡、導(dǎo)彈或火箭中的導(dǎo)航陀螺渡厦，計(jì)算機(jī)硬盤(pán)芯片界北、加速器電子槍等超精密零件的加工，單晶天然金剛石能滿足上述要求审鸿。近年來(lái)開(kāi)發(fā)了多種化學(xué)機(jī)理研磨金剛石刀具的方法和保護(hù)氣氛釬焊金剛石技術(shù)扇收，使天然金剛石刀具的制造過(guò)程變得比較簡(jiǎn)易，因此超茎，在超精密鏡面切削的高技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域役倾，天然金剛石起到了重要作用。

　　20世紀(jì)50年代利用高溫高壓技術(shù)人工合成金剛石粉以后标霎，70年代制造出金剛石基的切削刀具即聚晶金剛石(PCD)刃撮，PCD晶粒呈無(wú)序排列狀態(tài)，不具方向性，因而硬度均勻畸裳。它有很高的硬度(8000～12000HV)和導(dǎo)熱性缰犁，低的熱脹系數(shù)，高的彈性模量和較低的摩擦系數(shù)怖糊，刀刃非常鋒利帅容。它可加工各種有色金屬和極耐磨的高性能非金屬材料，如鋁伍伤、銅并徘、鎂及其合金、硬質(zhì)合金扰魂、纖維增塑材料麦乞、金屬基復(fù)合材料、木材復(fù)合材料等劝评。PCD刀具所含金剛石晶粒平均尺寸不同路幸，對(duì)性能產(chǎn)生的影響也不同，晶粒尺寸越大付翁，其耐磨性越高简肴。在相近的刃口加工量下，晶粒尺寸越小百侧，則刃口質(zhì)量越好尚羽。例如，選用晶粒尺寸10～25μm的PCD刀具惕仪，可以500～1500m/min的高速粒尺寸8～9μm的PCD加工Si含量小于12%的鋁合金：晶粒尺寸4～5μm的PCD加工塑料拌驻、木材等。而超精密加工界贮，則應(yīng)選用晶粒尺寸小的PCD刀具牲晤。通常PCD刀具是燒結(jié)成金剛石-硬質(zhì)合金復(fù)合刀片焊接在刀體上使用。利用超高壓裝置驾萄，在5～6萬(wàn)個(gè)大氣壓碍逐，1400～1600℃的高溫下，可人工合成形狀整齊亥戒、雜質(zhì)非常少的單晶金剛石薪丐，質(zhì)量均勻穩(wěn)定，結(jié)晶面非常清晰率偏，識(shí)別容易脱睛。它具有所有物質(zhì)中最高的導(dǎo)熱率及與天然金剛石同等以上的強(qiáng)度。目前最大尺寸可達(dá)8mm浙于。這種單晶金剛石的尺寸护盈、形狀和性能的良好一致性挟纱，在天然金剛石產(chǎn)品中是不可能實(shí)現(xiàn)的。它具有比PCD更好的耐磨性腐宋。PCD的耐磨性超過(guò)700℃時(shí)會(huì)減弱樊销，因其結(jié)構(gòu)中含有金屬Co，它會(huì)促進(jìn)“逆向反應(yīng)”即由金剛石向石墨轉(zhuǎn)變脏款。但有較好的斷裂韌性，可以進(jìn)行斷續(xù)切削裤园。例如撤师，可以2500m/min的高速端銑Si含量10%的鋁合金。當(dāng)前拧揽，人工合成單晶金剛石刀具材料的應(yīng)用得到了迅速的發(fā)展剃盾，其新應(yīng)用領(lǐng)域是木材加工業(yè)。對(duì)表面有氧化鋁涂層的高耐磨層狀木地板需求量越來(lái)越大淤袜。加工時(shí)痒谴，木板耐磨層會(huì)引起刃口鈍化，導(dǎo)致氧化鋁耐磨層碎裂蜻赃，必須經(jīng)常磨刀或更換刀片椰严，而人工單晶金剛石性能顯著優(yōu)于PCD刀具。

　　目前正在研究和開(kāi)發(fā)化學(xué)氣相沉積CVD金剛石钥币，沉積出的是交互生長(zhǎng)極好的PCD荡偶，呈柱狀結(jié)構(gòu)且非常致密。隨著生長(zhǎng)條件的不同嘁老，CVD金剛石也呈現(xiàn)不同的晶粒尺寸和結(jié)構(gòu)烧乙，它不需金屬催化劑，因此它的熱穩(wěn)定性接近天然金剛石醉镇。根據(jù)不同的應(yīng)用要求辱窘，可選擇不同的CVD沉積工藝以合成出晶粒尺寸和表面形貌差別很大的PCD。作為刀具的CVD金剛石因其應(yīng)用不同觉祸，要求有多種不同的晶粒尺寸膝班。CVD金剛石制成兩種形式：一種是在基體上沉積厚度小于30μm的薄層膜(CVD薄膜)：另一種是沉積厚度達(dá)1mm的無(wú)襯底的金剛石厚層膜(CVD厚膜)。目前CVD薄膜金剛石應(yīng)用不多布虾。CVD厚膜可以通過(guò)特殊的但簡(jiǎn)易可行的技術(shù)釬焊在基體上给酥，但要保證釬焊點(diǎn)的強(qiáng)度。它與PCD相比杏死，熱穩(wěn)定性好但脆性較高泵肄，且不導(dǎo)電。不能用于放電加工(EDM)技術(shù)中淑翼。CVD厚膜金剛石在木材加工刀具和修整刀具中得到推廣應(yīng)用腐巢。由于CVD厚膜金剛石的高純度和高的耐磨性和熱穩(wěn)定性品追，在高耐磨性材料的高速切削加工領(lǐng)域具有很大的潛力。目前可用于EDM切削的CVD厚膜金剛石刀具材料也已制造成功冯丙，還有待于繼續(xù)試驗(yàn)和評(píng)價(jià)肉瓦。CVD厚膜金剛石目前的成本較高，隨著技術(shù)的發(fā)展胃惜，成本逐漸降低泞莉，它將是PCD有力的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

　　三種主要金剛石刀具材料——PCD船殉、CVD厚膜和人工合成單晶金剛石各自的性能特點(diǎn)為：PCD焊接性鲫趁、機(jī)械磨削性和斷裂韌性最高，抗磨損性和刃口質(zhì)量居中利虫，抗腐蝕性最差挨厚。CVD厚膜抗腐蝕性最好，機(jī)械磨削性舔远、刃口質(zhì)量和斷裂韌性和抗磨損性居中弓席，可焊接性差。人工合成單晶金剛石刃口質(zhì)量陌贾，抗磨損性和抗腐蝕性最好转是，焊接性、機(jī)械磨削性和斷裂韌性最差矢盾。

　　金剛石刀具是目前高速切削(2500～5000m/min)鋁合金較理想的刀具材料母掀，但由于碳對(duì)鐵的親和作用，特別是在高溫下扳耘，金剛石能與鐵發(fā)生化學(xué)反應(yīng)焰哮，因此它不宜于切削鐵及其合金工件。

　　立方氮化硼

　　立方氮化硼(CBN)是純?nèi)斯ず铣傻牟牧弦杭搿Ｋ?0世紀(jì)50年代末用制造金剛石相似的方法合成的第二種超硬材料——CBN微粉仆加。由于CBN的燒結(jié)性能很差，直至70年代才制成立方氮化硼燒結(jié)塊(聚晶立方氮化硼PCBN)缚庐，它是由CBN微粉與少量粘結(jié)相(Co唁奢、Ni或TiC、TiN窝剖、Al2O3)在高溫高壓下燒結(jié)而成麻掸。CBN是氮化硼的致密相，有很高的硬度(僅次于金剛石)和耐熱性(1300～1500℃)赐纱，優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性(遠(yuǎn)優(yōu)于金剛石)和導(dǎo)熱性脊奋，低的摩擦系數(shù)。PCBN與Fe族元素親和性很低疙描，所以它是高速切削黑色金屬較理想的刀具材料诚隙。PCBN組織中各微小晶粒呈無(wú)序排列讶隐，硬度均勻，沒(méi)有方向性久又，具有一致的耐磨性和抗沖擊性巫延，克服CBN易解理和各向異性缺點(diǎn)。CBN含量地消、晶粒尺寸和粘結(jié)相等會(huì)影響PCBN的性能炉峰。CBN含量高，PCBN的硬度和導(dǎo)熱性高脉执，CBN晶粒尺寸大宗揣，其抗破損性就弱，刀刃鋒利性就差张相，金屬材料Co、Ni作粘結(jié)相時(shí)劣屑，PCBN有較好的韌性和導(dǎo)電性蝗腻，陶瓷材料作粘結(jié)相時(shí)，則有較好的熱穩(wěn)定性涮凡。目前多將0.5mm左右的PCBN層直接燒結(jié)或釬焊在硬質(zhì)合金基體上拓币，做成PCBN復(fù)合片，有利于提高強(qiáng)度肤侍，可焊性也好琳宽，便于制造PCBN刀具。

　　PCBN刀坯從組織上看弄业，大致有兩種泛邮。一種是高含量PCBN(CBN，質(zhì)量80%～90%)辈净，以CBN晶粒之間直接結(jié)合為主盯质，具有高硬度、高導(dǎo)熱性概而。另一種是低CBN含量的PCBN呼巷，它是用少量金屬或陶瓷粘結(jié)相牢固地結(jié)合起來(lái)的，有較好的強(qiáng)度和韌性赎瑰。一般較低CBN含量(50%～65%)的PCBN刀具適于精加工45～65HRC的淬硬鋼王悍，高含量(80%～90%)的適于加工鎳鉻鑄鐵，粗和半粗?jǐn)嗬m(xù)切削淬硬鋼餐曼，高速切削鑄鐵压储，加工硬質(zhì)合金、燒結(jié)金屬和重合金等源譬。選擇合適CBN含量的PCBN刀具可以在500～1500m/min高速下加工鑄鐵渠脉，在100～400m/min下加工45～65HRC的淬硬鋼宇整，在100～200m/min下加工耐熱合金。但不宜加工以鐵素體和45HRC以下的鋼及合金鋼芋膘、合金鑄鐵鳞青、耐熱合金，特別不宜于加工35HRC以下的工件凡矿。涂層CBN刀具尚在研究中键先。

　　陶瓷刀具

　　陶瓷刀具為高速切削最重要的刀具材料之一。目前各國(guó)陶瓷刀片生產(chǎn)數(shù)量占可轉(zhuǎn)位刀片的比例約為：美國(guó)3%～5%紊竹，俄羅斯5%～7%牺道，日本7%～9%，德國(guó)9%～12%壹会，英國(guó)颈顽、法國(guó)、瑞典等也在大力推廣應(yīng)用及键。由于現(xiàn)代陶瓷刀具原材料盖赛、組分和制備工藝取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，近5年來(lái)胸胚，陶瓷刀具的銷售額增長(zhǎng)率達(dá)20%甜届。國(guó)際上現(xiàn)已發(fā)展的陶瓷刀具主要是氧化鋁基(Al2O3)和氮化硅基(Si3N4)兩大系列，添加各種各樣的氧化物垫嚣、氮化物岩模、碳化物、硼化物肖粮，形成不同品種的氧化鋁基和氮化硅基陶瓷刀具」乱常現(xiàn)有40多個(gè)品種，200多個(gè)牌號(hào)涩馆，其中氧化鋁基為25種多散庶，氮化硅基的近15種。陶瓷刀具具有很高的硬度和耐磨性凌净，其硬度達(dá)93～95HRA悲龟，耐磨性好，適于加工50～65HRC的高硬度材料冰寻，如冷硬鑄鐵和淬硬鋼须教。高溫性能好，在1200℃的高溫下仍能進(jìn)行切削斩芭。具有良好的抗粘結(jié)性能轻腺，Al2O3與金屬的親和力小，它與多種金屬的相互反應(yīng)能力比很多碳化物划乖、氮化物贬养、硼化物都低挤土，不容易與金屬產(chǎn)生粘結(jié)，化學(xué)穩(wěn)定性好郎博，Al2O3在鐵中的溶解率約為WC的1/5巧杰，擴(kuò)散磨損小，Al2O3的抗氧化能力特別好抱壶，即使刀刃處于熾熱狀態(tài)谈嚣，也能長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)使用，適于高速切削院颜。陶瓷刀具的摩擦系數(shù)也低于硬質(zhì)合金琅沟。Al2O3基陶瓷刀具的主要缺點(diǎn)是強(qiáng)度和斷裂韌性較低，脆性較大驳墓，導(dǎo)熱性差区基，抗熱震性不高。但幾十年來(lái)韭张，在提高陶瓷刀具的力學(xué)性能上做了大量卓有成效的研究工作砍绞，如采用熱壓和熱等靜壓工藝，加入各種增韌補(bǔ)強(qiáng)相卓奄，如在Al2O3中加入金屬碳化物墨叛、氮化物止毕、硼化物及純金屬和晶須等模蜡，如Al2O3+TiC、Al2O3+ZrO2扁凛、Al2O3+SiCw(晶須)忍疾、Al2O3+TiN，Al2O3+TiCN等谨朝，有的在這些組合陶瓷刀具中加入少量Mo卤妒、Ni等金屬和稀土元素改善陶瓷刀具的性能。氧化鋁基陶瓷刀具可以高速切削鋼字币、鑄鐵及其合金等则披，Al2O3+SiCw適于加工鎳基合金。

　　氮化硅(Si3N4)基陶瓷與Al2O3基陶瓷比較洗出，其最顯著的特點(diǎn)為強(qiáng)度和斷裂韌性較高士复，熱脹系數(shù)低，彈性模量也低翩活，故其抗熱震性能高阱洪。Si3N4基陶瓷刀具適于加工鑄鐵，連續(xù)和斷續(xù)切削都優(yōu)于Al2O3基陶瓷刀具倒恭，也可以用于冷硬鑄鐵弱豹、高硬軋輥等高硬度材料的精加工和半精加工遂辐。但因其與鐵的化學(xué)親和性明顯超過(guò)Al2O3基陶瓷，化學(xué)反應(yīng)生成的低熔點(diǎn)化合物會(huì)使刀刃在短時(shí)間內(nèi)破壞履婆，因此Si3N4基陶瓷刀具加工鋼件就比Al2O3基的差得多骤扰。Si3N4基陶瓷刀具也是在Si3N4中加入各種增韌補(bǔ)強(qiáng)相形成多品種的陶瓷刀具。

　　Si3N4-Al2O3(Sialon)陶瓷刀具是陶瓷刀具的新品種酝遇，它是在Si3N4基礎(chǔ)上通過(guò)用氧部分置換Si3N4中的氮图汪，并以鋁部分置換其中的硅的方法研制成功的，是由Si-Al-O-N各種構(gòu)成的多種化合物群的總稱驳芙。Sialon陶瓷刀具的強(qiáng)度和斷裂韌性較高讳汇，化學(xué)穩(wěn)定性、抗氧化能力和高溫抗蠕變能力都很好掰闯，導(dǎo)熱性高枪第，熱脹系數(shù)小，故有很高的抗熱震性能的钞。由于其抗蠕變強(qiáng)度高兜蠕，因而在刀尖處受到反復(fù)集中的高應(yīng)力和熱的作用時(shí)，也沒(méi)有因塑性變形而明顯增大損壞的現(xiàn)象抛寝，它是高速粗加工鑄鐵及鎳基合金優(yōu)良的刀具材料熊杨。在精車和半精車鎳基合金等難加工材料時(shí)，晶須增韌陶瓷刀具有優(yōu)越性盗舰。粗車和銑削時(shí)晶府，Sialon陶瓷刀具更具適應(yīng)性，但它的溶解磨損速率比Al2O3基陶瓷刀具高很多钻趋，因而不適于加工鋼件川陆。

　　陶瓷刀具選擇合適的品種可以用500～1000m/min的高速切削鑄鐵，用300～800m/min的速度切削鋼件蛮位，用100～200m/min的速度切削高硬材料(50～65HRC)较沪，用100～300m/min的速度切削耐熱合金。

　　TiC(N)基硬質(zhì)合金

　　TiC (N)基硬質(zhì)合金的主要成分是TiC(碳化鈦)失仁、TiN(氮化鈦)和TiCN(碳氮化鈦)尸曼，它們是以高耐磨性的TiC+Ni或Mo、高韌性的TiC+WC +TaC+Co萄焦、強(qiáng)韌的TiN為主體犁谓，以高強(qiáng)韌的TiCN+NbC等TiC(N)為基的硬質(zhì)合金。與WC硬質(zhì)合金相比忠牛，硬度幔憋、強(qiáng)度、韌性、抗塑性變形和抗崩刃性能得到顯著改善全乙，主要是高溫強(qiáng)度偎洋、高溫硬度、導(dǎo)熱性侄伟、抗氧化性和抗熱震性能都有提高睁奶，與鋼的親和力小，摩擦系數(shù)也小撇委，抗月牙洼磨損和抗粘結(jié)能力強(qiáng)爵蝠，現(xiàn)在已發(fā)展成獨(dú)立系列的刀具材料。近幾年來(lái)發(fā)展的高氮含量汪仰、均勻微細(xì)硬質(zhì)組織的TiC(N)基硬質(zhì)合金揩墓，由于抗磨損性能和抗崩刃性良好，適于在200～400m/min的高速下切削一般鋼和合金鋼典挑，也可用于鑄鐵的精加工酥宴。

　　涂層刀具

　　涂層刀具發(fā)展很快，目前80%以上都是涂層刀具您觉。廣泛應(yīng)用的是在硬質(zhì)合金和高速鋼刀體上涂敷不同的氮化物拙寡、氧化物和硼化物等，其中氧化鋁(Al2O3)琳水、碳氮化鈦(TiCN)肆糕、氮化鋁鈦(TiAlN)、碳氮化鋁鈦(TiAlCN)等在孝，有優(yōu)異的高溫性能诚啃。從單涂層發(fā)展為多涂層，涂層工藝有化學(xué)氣相沉積法(CVD法)和物理氣相沉積法(PVD法)浑玛。PVD法主要用于高速鋼刀具绍申，CVD法和PVD法均可用于硬質(zhì)合金刀具涂層噩咪。PVD法的硬質(zhì)合金刀具有較好抗破損性能顾彰，適于斷續(xù)切削，但耐磨性不如CVD法的硬質(zhì)合金刀具胃碾。涂層刀具隨涂層物質(zhì)不同蜻罕，其性能也有差別，涂層硬質(zhì)合金刀具具有：高的硬度和耐磨性(2100～4200HV)样京、高的耐熱性(1000～1200℃)涯贝、高的抗粘結(jié)性能、高的化學(xué)穩(wěn)定性和摩擦系數(shù)低等品痕，優(yōu)異的WC基跃呛、TiC(N)基硬質(zhì)合金和陶瓷都可作為涂層刀具的基體。目前適于高速切削的涂層硬質(zhì)合金刀具的涂層物質(zhì)主要有CVD的TiCN+Al2O3+TiN、TiCN+Al2O3秦砌、TiCN+Al2O3+HfN埃账、TiN+Al2O3和TiCN以及PVD的復(fù)合涂層TiAlN/TiN、TiAlN等经聊。單涂層的TiC或TiN已經(jīng)不用了唱棍。選擇不同涂層物質(zhì)的涂層硬質(zhì)合金刀具可以200～500m/min的速度加工鋼、合金鋼守譬、不銹鋼估喷、鑄鐵和合金鑄鐵等。近年來(lái)開(kāi)發(fā)的氮化碳(CNx)澈灼、氮化物(TiN/NbN竞川、TiN/VN)等，在高溫下有良好的熱穩(wěn)定性叁熔，適合于高速切削流译。軟涂層刀具(如MoS2、WS2涂層的高速鋼刀具)主要用于加工高強(qiáng)度鋁合金者疤、鈦合金或貴重金屬等福澡。日本最近開(kāi)發(fā)的納米TiN/AlN復(fù)合涂層銑刀片，涂層達(dá)2000層驹马，每層厚度為2.5nm革砸，可在高速下進(jìn)行切削。目前復(fù)雜刀具(鉆頭糯累、齒輪刀具算利、拉刀等)主要是在高性能高速鋼基體上涂層TiCN、TiN等硬涂層泳姐。涂層刀具不適于特別重載下的粗加工和沖擊大的斷續(xù)切削以及高硬度材料(如淬硬鋼效拭、冷硬鑄鐵)，涂層刀具低速切削時(shí)门烧，容易產(chǎn)生剝落甜湾、崩碎等，表面涂層的刀具重磨后鹅棺，涂層效果降低兜充。

　　粉末冶金高速鋼(PM HSS)

　　近幾年來(lái)，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家大力發(fā)展粉末冶金高速鋼脂性，它是從高壓氬氣或純氮霧化熔融的高速鋼鋼液中直接得到的細(xì)小高速鋼粉末雄睦，然后在高溫高壓下熱等靜壓成鋼錠，從而再制成高速鋼材汹振。與熔融法制造的高速鋼相比娇裁，它的優(yōu)點(diǎn)是：無(wú)碳化物偏析，晶粒粉細(xì)小均勻，可達(dá)2～3μm荞篙，熱處理后钢战，硬度可達(dá)67～70HRC，抗彎強(qiáng)度高0.5～1倍除踱，在600℃時(shí)的高溫硬度高出2～3HRC弟头，同樣的切削條件，刀具壽命提高0.5～2倍涉茧。由于物理力學(xué)性能各向同性赴恨，可減小熱處理變形與應(yīng)力，適于制造鉆頭伴栓、拉刀和齒輪刀具等復(fù)雜刀具伦连。這類高速鋼刀具，其切削速度可成倍增加钳垮，在其表面PVD涂層TiN惑淳、TiCN、TiAlN后饺窿，切削速度可達(dá)150～200m/min歧焦。在復(fù)雜刀具高速切削領(lǐng)域，粉末冶金高速鋼涂層刀具將會(huì)進(jìn)一步發(fā)展而占有重要地位肚医。

國(guó)內(nèi)高速切削刀具材料面臨的挑戰(zhàn)

　　國(guó)內(nèi)高速切削刀具材料與國(guó)外差距較大绢馍，目前在進(jìn)口的和國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的高速機(jī)床上使用的刀具主要依靠進(jìn)口，所以國(guó)內(nèi)高速切削刀具材料面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)肠套。

　　目前國(guó)內(nèi)最常用的通用刀具主要是高速鋼(W18Cr4V)歇肖，多由較小廠家生產(chǎn)，高性能高速鋼如鋁高速鋼日俱、鈷高速鋼品質(zhì)較差役寡，也很少用。粉末冶金高速鋼刀具仍在研究款拣，切削速度一般在25～40m/min超棚。車、銑爷瓜、鏜和端銑刀普遍應(yīng)用硬質(zhì)合金棵欧，但焊接刀居多遭屑，主要是普通硬質(zhì)合金(TG享偎、YT)√洌可轉(zhuǎn)位刀片雖然有WC加TaC漏匹、NbC或Hf-Nb，以及超細(xì)硬質(zhì)合金的產(chǎn)品，但應(yīng)用仍不普遍硫朦，切削速度在100～200m/min贷腕。硬質(zhì)合金如深孔鉆、螺紋刀具等近年也有產(chǎn)品咬展，但應(yīng)用較少泽裳，加工效率普遍偏低。

　　國(guó)內(nèi)高速切削刀具最具有優(yōu)勢(shì)的是陶瓷刀具破婆，研究開(kāi)發(fā)的水平與國(guó)際相當(dāng)涮总。目前已有陶瓷刀具30多個(gè)品種，其中氧化鋁基20多個(gè)祷舀，氮化硅基近10個(gè)瀑梗，包括帶孔和不帶孔陶瓷刀具的生產(chǎn)能力也很大。我們幾十年來(lái)把切削學(xué)和刀具材料學(xué)緊密結(jié)合在一起裳扯，經(jīng)過(guò)深入研究抛丽，已建立了基于切削可靠性，融合陶瓷刀具切削理論與刀具材料研究開(kāi)發(fā)于一體的陶瓷刀具研究新體系∈尾颍現(xiàn)在可以以切削可靠性為優(yōu)化目標(biāo)亿鲜，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，獲得優(yōu)異性能的陶瓷刀具材料冤吨，并正在邁向陶瓷刀具材料的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和熱壓工藝過(guò)程仿真相結(jié)合的國(guó)際前沿陣地诫瑞，突破了“炒菜式”的研究開(kāi)發(fā)傳統(tǒng)模式，加速了陶瓷刀具研究開(kāi)發(fā)的進(jìn)程融确〈基于這種理論，我們已開(kāi)發(fā)成功6個(gè)品種12個(gè)牌號(hào)的Al2O3基陶瓷刀具材料醒横，先后投放市場(chǎng)蝗悼，其中包括鋁鈦(LT)、晶須(JX)禁舌、硼鈦(LP)出募、添加特殊粉末與稀土LD系列、梯度功能(FG)和陶瓷-硬質(zhì)合金復(fù)合片(FH)系列权煎。FG和FH系列的力學(xué)性能和抗磨損與抗破損性能有顯著提高蒂扇，延長(zhǎng)了刀具壽命。在6個(gè)品種中的晶須與顆粒協(xié)同增韌的JX-2狱揩，LP-2喝暂，梯度功能FG，陶瓷-硬質(zhì)合金復(fù)合片(FH)和添加特殊粉末的LD-1不僅填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白彻犁，國(guó)外也未見(jiàn)報(bào)導(dǎo)叫胁。國(guó)內(nèi)的陶瓷刀具產(chǎn)品的力學(xué)性能和切削性能與國(guó)外相當(dāng)凰慈，有的還好一些。國(guó)內(nèi)陶瓷刀具可在300～1000m/min的高速下車削或銑削鋼驼鹅、合金鋼微谓、鑄鐵和合金鑄鐵等，在這些Al2O3基品種中输钩，SG-4豺型、FG-2和FH-2三種是目前國(guó)內(nèi)外高速加工淬硬鋼(55～65HRC)的理想刀具材料。國(guó)內(nèi)研制的氮化硅基陶瓷刀片性能優(yōu)異买乃，在加工鑄鐵方面顯出了優(yōu)越性触创。Sialon陶瓷刀具也有產(chǎn)品。陶瓷刀具存在的主要差距是高精度陶瓷刀片精度和外觀質(zhì)量還欠佳为牍，有的品種還沒(méi)有哼绑，推廣應(yīng)用也遠(yuǎn)不如發(fā)達(dá)國(guó)家普遍。

　　國(guó)內(nèi)高速切削用的立方氮化硼(PCBN)于1973年碉咆、聚晶金剛石(PCD)于1980年研制成功抖韩，發(fā)展較快，已開(kāi)發(fā)出可分別用于車盆篡、鏜豹炊、銑削等加工領(lǐng)域的多種不同CBN含量的PCBN刀具和不同晶粒尺寸的PCD刀具。其中PCBN刀具目前主要用于加工淬硬鋼春异、高硬鑄鐵和某些難加工材料遂报。PCD刀具主要用于高硅鋁合金加工。目前主要是國(guó)內(nèi)的多家合資公司研究和生產(chǎn)的超硬刀具(PCBN氛坪、PCD和天然金剛石ND)主導(dǎo)著市場(chǎng)瞳弱。兩類刀具應(yīng)用還不普遍。人工合成單晶金剛石和涂層金剛石還在研究中骡侮。

　　碳化鈦(TiC(N))基硬質(zhì)合金國(guó)內(nèi)于60年代末開(kāi)始研制纽债，最早的是TiC基硬質(zhì)合金，最近幾年研制成功含TiN的TiC-TiN和TiCN的TiC(N)基硬質(zhì)合金幾種產(chǎn)品束沼，可用于200～400m/min高速精和半精加工鋼倚痰、合金鋼和不銹鋼。近來(lái)國(guó)內(nèi)初步研制成功加入TiN納米粉的TiC+TiN納米改性Ti(C揣誓，N)基硬質(zhì)合金系谐。試驗(yàn)表明，在200m/min速度下加工45鋼讨跟，比未加納米改性的刀具提高壽命1倍纪他，目前尚無(wú)產(chǎn)品。Ti(C许赃，N)基刀具材料存在的主要問(wèn)題是品種較少止喷，應(yīng)用也不多馆类。

　　國(guó)內(nèi)在20世紀(jì)70年代初開(kāi)始研制涂層刀具混聊，最初研制CVD TiC單涂層硬質(zhì)合金弹谁，80年代初研究PCD TiN單涂層高速鋼刀具。經(jīng)過(guò)多年的努力句喜。從國(guó)外進(jìn)口了一批涂層設(shè)備预愤，近年來(lái)開(kāi)發(fā)成功CVD TiC-TiN、Al2O3-TiN多涂層硬質(zhì)合金刀片和PVD TiN咳胃、TiCN植康、TiAlN、TiAlCN復(fù)合多涂層高速鋼復(fù)雜刀具展懈。低溫(<600℃)的外熱式直流脈沖等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)(PCVD)也開(kāi)發(fā)成功销睁，具有設(shè)備簡(jiǎn)單、涂層厚度均勻停柬、結(jié)合強(qiáng)度高累筋、涂層材料種類多、工件不變形等優(yōu)點(diǎn)盯糠。但目前市場(chǎng)上涂層刀具的主要產(chǎn)品是CVD Al2O3和TiN復(fù)合涂層硬質(zhì)合金刀片以及PVD TiN涂層高速鋼刀具书瘤。TiCN、TiAlN和TiAlCN商品化涂層產(chǎn)品由于技術(shù)原因洁揽，難于及時(shí)供應(yīng)叙杨，質(zhì)量與國(guó)外還有差距。PVD硬質(zhì)涂層如氮化碳(CNx)杉轿、Al2O3疙鸟、氮化物[TiN(NbN)、TiN/VN等]以及金剛石PCD膜涂層和軟涂層(MoS2昏络，WS2)和納米涂層等有待開(kāi)發(fā)唆海。國(guó)外在國(guó)內(nèi)的代理公司大力熱銷涂層刀具，劇烈沖擊著國(guó)內(nèi)市場(chǎng)憾宅。

高速切削刀具材料的未來(lái)

　　未來(lái)超高速切削的目標(biāo)是：銑削鋁為10000m/min赞季，鑄鐵為5000m/min，普通鋼為2500m/min：而鉆削鋁奢驯、鑄鐵和普通鋼分別為30000申钩、20000與10000r/min。因此瘪阁，今后要發(fā)展具有更加優(yōu)異高溫力學(xué)性能撒遣、高化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性及高抗熱震性的刀具材料。PCD刀具將繼續(xù)發(fā)展提高性能管跺，廣泛使用于加工鋁合金和高硬度非金屬材料义黎，但人工合成單晶金剛石和金剛石厚膜涂層將發(fā)展更快禾进，視其成本，將逐步取代PCD廉涕。高速超精密鏡面切削領(lǐng)域泻云，天然金剛石刀具仍有重要作用，但部分將被人造單晶金剛石代替狐蜕。目前限制PCD刀具加工鋁合金切削速度的主要是機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速及其功率宠纯。

　　Al2O3基與Si3N4基陶瓷刀具和CBN刀具為高速切削鋼、鑄鐵及其合金的首選刀具材料层释，但各有其使用范圍脏猴，應(yīng)繼續(xù)發(fā)展。Al2O3基陶瓷刀具高速加工鋼及其合金有更廣泛的應(yīng)用前景馅拗，與CBN刀具相比处鲜，它既有成本優(yōu)勢(shì)，又適于加工淬硬鋼和未淬硬鋼與鐵素體材料宿替，但耐熱性與抗熱震性能還不夠恳岔。發(fā)展耐高溫1400～1500℃以上并提高其高溫強(qiáng)度與抗熱震性的、添加CBN的納米復(fù)合型Al2O3基陶瓷刀具是今后的主攻方向魂欺。在高速加工耐熱合金領(lǐng)域發(fā)展具有更大的高溫強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性的Al2O3+Si3N4基的添加CBN的復(fù)合型刀具材料是一個(gè)重要研究方向粮唯。

　　涂層刀具材料在高速切削領(lǐng)域有巨大潛力，繼續(xù)研究新的涂層技術(shù)和涂層物質(zhì)虏绑，提高性能浇找，擴(kuò)大使用。但主要發(fā)展粉末涂層就壳，即在硬質(zhì)合金與粉末冶金高速鋼粉體(晶粒)上涂層高性能耐磨材料的新一代涂層刀具搭为，可以重磨而不影響其性能，對(duì)復(fù)雜刀具特別有意義涤伐。我們初步研制成功的馒胆、在硬質(zhì)合金粉末上涂層Al2O3的涂層刀片說(shuō)明其可行性和優(yōu)越性。

　　對(duì)于某些很難加工而應(yīng)用又多的工件材料(如鈦合金)凝果，因其切削時(shí)祝迂，即使在中速下，溫度也很高器净，研究不污染環(huán)境的氣冷(如氮?dú)?方法型雳，降低切削溫度以實(shí)現(xiàn)高效切削，是一個(gè)可行而具有應(yīng)用前景的方向山害。

　　高速切削技術(shù)已成為切削加工的主流纠俭，加快其推廣應(yīng)用，將會(huì)創(chuàng)造巨大經(jīng)濟(jì)效益浪慌。高速切削刀具材料對(duì)發(fā)展和應(yīng)用高速切削技術(shù)具有決定性作用冤荆。超硬刀具材料(PCD與.CBN)朴则、陶瓷刀具、TiC(N)基硬質(zhì)合金刀具(金屬陶瓷)和涂層刀具等四大類高速切削刀具材料各有其特性和應(yīng)用范圍钓简，它們相互配合乌妒，彼此競(jìng)爭(zhēng)，推動(dòng)高速切削技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用季距。國(guó)內(nèi)在這方面也有一定基礎(chǔ)虚蹋，取得很大進(jìn)步荞亩，特別是陶瓷刀具我國(guó)占有突出優(yōu)勢(shì)蒿蛆，但總體來(lái)說(shuō)與國(guó)外差距較大。我們抓住經(jīng)濟(jì)全球化和改革開(kāi)放的大好機(jī)遇驾腕，勇敢地去迎接面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)毙纫。在以不同方式利用國(guó)外已成熟的技術(shù)，加快發(fā)展我國(guó)高速切削刀具材料工業(yè)的同時(shí)陷今，重點(diǎn)發(fā)展我國(guó)新一代陶瓷基添加CBN的復(fù)合型刀具材料和涂層刀具材料技術(shù)港排，以促進(jìn)我國(guó)高速和超高速切削技術(shù)的迅速發(fā)展和推廣應(yīng)用。

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