特種陶瓷刀具材料(上)
新型陶瓷刀具的出現(xiàn)关读,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)新的成果袁串。早在20世紀(jì)初刨沦,德國與英國已經(jīng)開始尋求用陶瓷刀具取代傳統(tǒng)的碳素鋼刀具。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悯仙,但陶瓷也由于其人所共知的脆性受到局限奥此,于是如何克服陶瓷刀具材料的脆性,提高它的韌性雁比,成為近百年來陶瓷刀具研究的主要課題。
陶瓷的應(yīng)用范圍亦日益擴(kuò)大撤嫩。
工程技術(shù)界努力研制與推廣陶瓷刀具的主要原因偎捎,(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)的枯竭所決定序攘。20世紀(jì)90年代初估計(jì)茴她,全世界已探明的鎢資源僅夠使用50年時(shí)間。鎢是世界上最稀缺的資源程奠,但其在切削刀具材料中的消耗卻很大丈牢,從而導(dǎo)致鎢礦價(jià)格不斷攀升,幾十年中上漲好多倍瞄沙,這在一定程度上也促進(jìn)了陶瓷刀具研制與推廣已箫,陶瓷刀具材料的研制開發(fā)取得了令人矚目的成果。
到目前為止坟荤,用作陶瓷刀具的材料已形成氧化鋁陶瓷蕴节,氧化鋁—金屬系陶瓷饼尾、氧化鋁—碳化物陶瓷、氧化鋁—碳化物金屬陶瓷贷弧、氧化鋁—氮化物金屬陶瓷及最新研究成功的氮化硼陶瓷谐昌,及氮化硅陶瓷刀具等材料。就世界范圍講窟潜,德國陶瓷刀具已不僅用于普通機(jī)床筒啄,且已將其作為一種高效、穩(wěn)定可靠的刀具用于數(shù)控制機(jī)床加工及自動(dòng)化生產(chǎn)線翅栖;日本陶瓷刀片在產(chǎn)品種類贤方,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)先地位区膨。中國陶瓷刀具開發(fā)應(yīng)用也取得許多重大成果感桌。
1、氧化鋁陶瓷刀具:材料中采用純Al2O3等馋袜,添加物有利于加強(qiáng)Al2O3抗彎強(qiáng)度男旗,但高溫性能有所降低,因此還是以純氧化鋁陶瓷材料為佳欣鳖。
Al2O3陶瓷的室溫硬度與高溫硬度都高于硬質(zhì)合金材料察皇。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泽台,其抗彎強(qiáng)度卻較少降低什荣。依據(jù)該項(xiàng)特性用于高速切削卻頗為合適。Al2O3陶瓷在室溫與高溫時(shí)抗壓強(qiáng)度都很好怀酷,尤其可以克服一般高速鋼刀具及硬質(zhì)合金切刀刃易形成的變形及塌陷缺點(diǎn)稻爬。此外,Al2O3陶瓷在物理熱性質(zhì)及抗氧化蜕依,抗粘結(jié)性及化學(xué)惰性方面都可以大顯身手桅锄。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)磨損及缺口磨損样眠。作為使用歷史最長的刀具材料友瘤,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肩蹬;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虏向。氧化鋁陶瓷刀具在短,小零件深酗,鋼件的斷續(xù)切削及Mg皇腮、Al、Ti及Be等單質(zhì)材料及其合金材料切削加工時(shí)效果較差姚继,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赊蚁,是其美中不足窟诈。
2、氧化鋁—金屬系陶瓷:為提高Al2O3陶瓷刀具韌性某尘,材料中引入10%以下的Cr掏手、CO、MO厦鸠、W丑凛、Ti、Fe等金屬元素塘坛,由此形成Al2O3金屬陶瓷苗膝,這樣材料密度,抗彎強(qiáng)度強(qiáng)及硬度均有提高植旧。但由于氧化鋁——金屬陶瓷刀具抗蠕變強(qiáng)度低辱揭,抗氧性差,后來推廣使用情況不佳病附。
3问窃、氧化鋁—碳化物系陶瓷:系將一定比例的碳化物,如MO2C完沪、WC域庇、TiC、TaC覆积、NbC和Cr3C2等加入到Al2O3陶瓷中听皿,以改善Al2O3陶瓷刀具的性能。當(dāng)TiC含量為30%時(shí)宽档,陶瓷刀具的耐用度獲得顯著提高尉姨,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吗冤。Al2O3—TiC陶瓷的抗彎強(qiáng)度星肤,而熱沖擊性等均優(yōu)于Al2O3陶瓷刀具。
4爸桨、氧化鋁—碳化物金屬陶瓷刀具:系在Al2O3—TiC陶瓷材料中,采用MO贱供、Ni(或CO评梁、W)等金屬作為粘結(jié)相熱壓而成的陶瓷刀具材料。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犁鹤,具有較高的聯(lián)接強(qiáng)度责肯,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舞轧、合金鋼诬翩、錳鋼使宽,冷硬鑄鐵、鑄鋼贫巴,鎳基或鉻合金厦嘹,鎳基和鈷基金合等。另外還可用于非金屬材料如纖維玻璃炕婶,塑料夾層及陶瓷材料的切削加工姐赡。由于氧化鋁——碳化物金屬陶瓷抗熱震性能良好,故可適用于銑削柠掂,刨削项滑,反復(fù)短暫切削或其它間斷切削等,亦可采用切削液進(jìn)行濕式切削等涯贞。
5枪狂、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——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宋渔,因此它具有更好的抗熱震性能與更適用于間新切削州疾。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)中傻谁。
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