一获雕、緒論  

　　1938年世界上生產(chǎn)出氧化鋁(Al2O3)陶瓷刀具材料世分；1958年研制出氧化鋁―碳化物陶瓷聋丝；1968―1970年又研制出超微細(xì)粒氧化鋁(Al2O3)陶瓷和氧化鋁+碳化鈦+鎳熱壓陶瓷索烹；1981年研制出氮化硅(Si3N4)陶瓷。在這短短50多年里弱睦，由于國內(nèi)外科技工作者的努力百姓，使這一刀具材料的抗彎強(qiáng)度由450MPa提高到900―1300MPa(90―130kgf/mm2)。目前况木，國內(nèi)外陶瓷刀具用量與硬質(zhì)合金刀具相比還很少垒拢，但在日本，歐美等發(fā)達(dá)國家使用情況靡勾，已達(dá)到硬質(zhì)合金的11％以上北拔，普遍認(rèn)為陶瓷刀具將成為90年以后提高切削效率最有希望的刀具。

　　據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計：日本年產(chǎn)陶瓷刀片350萬片悦级，占可轉(zhuǎn)位刀具刀片的9％以搏，歐洲工業(yè)發(fā)達(dá)的國家，陶瓷刀片的生產(chǎn)量以每年20％的速度增長祈岔，尤其在汽車制造業(yè)中使用的比例最大鲜附，如聯(lián)邦德國科隆福特汽車廠钙蕉，在27萬刀片中陶瓷刀片為9萬多片口纸，占34％屋包。用于數(shù)控機(jī)床的刀具中，陶瓷刀片占40％左右努禽。美國福特汽車公司陶瓷刀具使用量占到40％厌圈；蘇聯(lián)年產(chǎn)陶瓷刀片達(dá)50―60萬片；我國從1953年開始研制和使用陶瓷刀具丸匀，南京電瓷廠與中科院冶金陶瓷研究所摩疑、一機(jī)部工具研究所、山東工業(yè)大學(xué)畏铆、上海硅酸鹽研究所雷袋、清華大學(xué)等單位，先后研制出氧化鋁陶瓷辞居，氧化鋁＋碳化物陶瓷和氮化硅基陶瓷楷怒，使陶瓷刀片的性能和質(zhì)量均大大提高。如石家莊水泵廠加工耐磨鑄鐵和硬鎳鑄鐵瓦灶，在車加工工序60％是陶瓷刀具鸠删，年消耗量1萬片以上；成都量具刃具廠每年用陶瓷刀具來加100萬支鉆頭毛坯外圓贼陶。據(jù)統(tǒng)計刃泡，全國每年生產(chǎn)陶瓷刀片幾十萬片以上。目前碉怔，氧化鋁基刀具牌早已有20多個烘贴，氮化硅基已有10多個牌號。   

　　陶瓷刀具有很高的硬度眨层、耐磨性荷右，有良好的高溫性能，與金屬親和力小捅硅，不與金屬粘結(jié)完簿，化學(xué)穩(wěn)定性好。因此桅蕊，它可以切削加工一般刀具難以加工的硬度高的工件材料聚灸。陶瓷刀具的最佳切削速度可比硬質(zhì)合金刀具高2―10倍，而且刀具耐用度高阅牛，可以大大提高生產(chǎn)效率朱鹤。陶瓷刀具的主要原料，來源豐富秫痪。近年來延杯，研究開發(fā)單位，研究開發(fā)了原料純度高叭舰，晶粒尺寸小玫斋，添加各種碳化物舀黄，氮化物，硼化物和氧化物及晶須蚯涮，采用多種措施增加韌性治专，使陶瓷刀具材料的抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性大幅度提高，而較為廣泛的應(yīng)用遭顶≌欧澹可用于高速切削，干切削和硬切削棒旗。

　　二喘批、刀具陶瓷的種類  

　　1  氧化鋁基陶瓷：   

　　(1)純氧化鋁陶瓷：它是純度在99.9％以上的Al2O3添加0.1―0.15％的玻璃氧化物(MgO NiO TiO2 CrO3)，采用冷壓或熱壓制成铣揉。如牌號P1(AM)谤祖，硬度HRN96.5，抗彎強(qiáng)度500―550MPa老速，它的高溫性能比較低粥喜。   

　　(2)氧化鋁―金屬系陶瓷：它是在Al2O3中增添10％以下的金屬(Cr Co Mo W Ti)構(gòu)成金屬陶瓷。由于它蠕變強(qiáng)度低橘券，抗氧化性能差额湘，很少采用。   

　　(3)氧化鋁―碳化物系陶瓷：這是一種發(fā)展快荞诡，使用性能好的一種陶瓷刀具材料忘哼。它是在Al2O3中添加百分之幾到百分之幾十的碳化物(TiC WC Mo C NbC Cr2O3)熱壓(1500―1800℃，1500―3000MPa)燒結(jié)而成灸尾。硬度HRA94.5―95.3锨穷，抗彎強(qiáng)度800―1180MPa牌號M16(T8)、AT6汗势、SG3岗憨、SG4等。   

　　(4)氧化鋁―碳化物―金屬系陶瓷：它是在氧化鋁―碳化物陶瓷中添加金屬(Ni Mo W Co等)以提高氧化鋁與碳化物之間的連接強(qiáng)度锁熟，而提高其使用性能帝膊。可以用于斷續(xù)切削和使用切削液的整合麸媒。硬度HRA93.5―94.8僻跳，抗彎強(qiáng)度800―1200MPa。牌號M4胚览、M5(T1)茶月、M6、LT35、LT55等轧坎。    此外還有Al2O3―ZrO2警儒、Al2O3―TiB2、Al2O3―SiC陶瓷眶根。

　　2  氮化硅基陶瓷：    它是以高純度的Si3N4為原料，添加MgO Al2O3 Y2O3等為助燒結(jié)劑边琉，通過熱壓成形燒結(jié)而成属百。是80年代發(fā)展起來的刀具材料。其性能在很多方面超過了氧化鋁基陶瓷变姨，硬度HRA93―94族扰，抗彎強(qiáng)度700―1100MPa，牌號有SM定欧、HS73渔呵、HS80、F85砍鸠、ST4扩氢、SC3等。

　　三京佃、氧化鋁基陶瓷刀具的性能   

　　1椎裕、有很高的耐磨性：陶瓷刀具的硬度，HRA 91.5―95崔狂，超過硬質(zhì)合金皿进。在切削灰鑄鐵及合金鋼時，金屬切除率分別為涂層硬質(zhì)合金的23倍和6倍和在切削鋼時為非涂層硬質(zhì)合金的20倍茶链。例如：刀具后刀面磨損量(VB)在相同的情況下臊瞬，Al2O3～TiC陶瓷刀具與硬質(zhì)合金刀具相比的切削時間高20倍。   

　　2颓之、有很高的高溫性能：陶瓷刀具在1200℃以上的高溫下仍能正常切削银景，這時，它的硬度與硬質(zhì)合金在200―600℃時的硬度相當(dāng)鹤梳。但抗彎強(qiáng)度卻降低的很少盖疾，其抗壓強(qiáng)度在1100℃與室溫相當(dāng)。在1350℃才產(chǎn)生塑性變形概丢，因其具有這種高溫性能而允許在較高的切削速度條件下進(jìn)行切削警沧。其切削速度比硬質(zhì)合金高2―5倍。如在切削高溫合金和鎳基合金時攻柠，其切削速度可比硬質(zhì)合金高3―5倍球订。切削45號鋼時切削速度可達(dá)300―1500m/min，而硬質(zhì)合金只有100―300m/min。   

　　3冒滩、有良好地抗粘接性能：Al2O3與金屬的親和力很小微驶，它與很多碳化物、氧化物开睡、硼化物等金屬化合物相互反應(yīng)能力很低因苹，不易與金屬產(chǎn)生粘結(jié)，所以它具有良好地抗粘結(jié)能力篇恒，可以減少刀具在切削過程中的粘結(jié)磨損扶檐。(Al2O3與鋼的產(chǎn)生粘結(jié)的溫度是1538℃)。   

　　4胁艰、化學(xué)穩(wěn)定性好：Al2O3陶瓷的化學(xué)惰性優(yōu)于TiC款筑、WC和Si3N4。它即使在熔化溫度時腾么，也與鋼不起化學(xué)作用浩出。在鐵中溶解率比WC低4―5倍，因而Al2O3刀具切削時靡隔，它的擴(kuò)散磨損少扶蜻。再則，陶瓷刀具材料抗氧化溫度是1750℃谆纸，它優(yōu)于其它刀具材料(高速鋼和硬質(zhì)合金為800℃)盯媚，能適于在較高的切削溫度下進(jìn)行切削。   

　　5片迁、有較低的磨擦系數(shù)：由于陶瓷刀具的磨擦系數(shù)小抖唧，故切削變形、切削力均比硬質(zhì)合金小煞肠，例如用LT55和SG4陶瓷刀具加工淬火后45號鋼(HRC50―55)時瓤鬓，與YTO5比較：Fc下降17.6％，F(xiàn)p下降14％乏束，F(xiàn)f下降28％四乱。陶瓷刀具在切削時的磨擦系數(shù)低，切屑不易粘在刀具上糖埋，不易產(chǎn)生積屑瘤宣吱，故已加工表面的粗糙度低，一般切削鋼時Ra可達(dá)Ra0.8―0.4μm瞳别；切鑄鐵時可達(dá)Ra1.6―0.8μm征候。

　　四、氮化硅基陶瓷的性能   

　　氮化硅基陶瓷是70年代研制出的一種新刀具材料祟敛，它具有很高的硬度疤坝，僅次于金剛石兆解，立方氮化硼和碳化硼屬第四位。具有良好的耐磨性跑揉、耐熱性锅睛、化學(xué)穩(wěn)定性和耐熱沖擊性，是一種很有發(fā)展前途的刀具材料历谍。   

　　1现拒、具有較高的強(qiáng)度和韌性：Si3N4基陶瓷的抗彎強(qiáng)度一般已達(dá)900—1000MPa，有的已達(dá)到1500MPa望侈∮∈撸可以在Si3N4中添加Y2O3或MgO，來提高其強(qiáng)度惜肃。添加后它的抗壓強(qiáng)度可達(dá)3000—4000MPa。它的沖出值可達(dá)0.12kgf.m/cm2,而Al2O3—TiC則是0.09kgf.m/cm2仓近；它的斷裂韌性比氧化鋁—TiC高盲狈。在切削加工鑄鐵時，它的抗崩性比YG6還好肌蛮。不易在切削過程中產(chǎn)生裂紋螺矮。它可用來切削可鍛鑄鐵，斯太立特合金忍猛，耐熱合金等材料的氧化皮切削或斷續(xù)切削畅型。   

　　2、較高的耐熱性：Si3N4陶瓷的耐熱性可達(dá)1300—1400℃以上掐股，高于硬質(zhì)合金及其它陶瓷乘澈，僅次于立方氮化硼。因而能承受較高的切削溫度和相應(yīng)的切削速度扳九，車削鎳基合金時尝鬓，切速Vc可達(dá)300m/min。Si3N4陶瓷的常溫硬度略低于Al2O3和Al2O3-TiC陶瓷玖瘸，但900℃時秸讹，它的硬度最高，在1000℃時雅倒，它的硬度幾乎不下降璃诀。   

　　3、優(yōu)良的耐熱沖擊性能：Si3N4陶瓷具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)(58.62W/m.k)是Al2O3(20.93W/m.k)基陶瓷的2.5—3倍蔑匣，耐熱沖擊性是Al2O3基的2—3倍劣欢。可用它來進(jìn)行濕式荒加工裁良。

　　4氧秘、良好的化學(xué)穩(wěn)定性能：Si3N4與碳元素及其他一般金屬元素化學(xué)反應(yīng)小年鸳，并且有良好的抗氧化性能，在1200℃時無氧化增量丸相，比YT類硬質(zhì)合金高200℃搔确；Si3N4—5MgO陶瓷在1350℃時生成一層連續(xù)的保護(hù)性能良好的氧化皮，可保持幾百小時不被破壞灭忠。另外Si3N4陶瓷具有良好的自潤滑性能膳算，有較低的磨擦系數(shù)和良好的抗粘結(jié)性能，它與有色金屬熔融體不起反應(yīng)攘体，因而切這些金屬(銅好浆、鋁)時，不產(chǎn)生粘接和積屑瘤办轮，有力降低表面粗糙度浓朋。此外Si3N4刀具材料成本低，易于磨削枫欢∧ゴ睿可以獲得鋒利的刃口(□<0.1μm)。

　　五返引、陶瓷刀具的應(yīng)用   

　　陶瓷刀具適于切削加工的工件材料：由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展缭亦，刀具陶瓷的性能不斷提高，它在切削加工中的應(yīng)用日益廣泛隔每。適用的主要工件材料有：各種鑄鐵(灰鑄鐵培穆、球墨鑄鐵、硬鑄鐵贼酵、高強(qiáng)度鑄鐵等)糙笛。各種鋼材：調(diào)質(zhì)鋼、合金鋼烛愧、炮鋼僵朗、高強(qiáng)度鋼。HRC>60的淬硬鋼屑彻，耐熱鋼和某些耐熱合金等验庙；有色金屬；銅和銅合金社牲，鋁和鋁合金等粪薛；非金屬；耐磨石墨搏恤、硬橡膠违寿、塑料、特殊尼龍熟空、聚氯乙稀和樹脂及夾布膠木等藤巢。   

　　另外搞莺，刀具陶瓷不僅適于制造車刀、鏜刀掂咒、銑刀抛现、刨刀，而且也可通過線切割和刃磨等工藝來制造成形車刀谊阐、鉸刀贾反、滾刀等刀具。同時它不僅適用于普通機(jī)床它蛔，更適用于數(shù)控機(jī)床七萧。它也特別適用于加熱切削，如采用等離于加熱切削難加工材料時首袍，切削速度可達(dá)Vc=70—100m/min憋勇，ap>2.5mm，f=0.3—0.4mm/r衰呢。

　　六夫凭、結(jié)論   

　　1、陶瓷刀具適用于切削加工淬火鋼抵师，合金鋼顶赎，各種鑄鐵嫂焕，高強(qiáng)度鋼和高溫合金坤学。   

　　2、陶瓷刀具切削上述材料時的刀具耐用度和切削速度是硬質(zhì)合金的幾倍以上报慕。加土效率高深浮，加工成本低。3眠冈、在Al2O3中添加工碳化物飞苇、氮化物、硼化物和氧化物后蜗顽，使陶瓷刀具材料的抗彎強(qiáng)度和抗斷裂韌性大大提高布卡，可以在有沖擊的條件下切削。不僅適用車削雇盖、鏜削忿等，也適用于銑削和刨削。

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