【編者按】與傳統(tǒng)的金屬陶瓷刀具相比浴恐，梯度功能金屬陶瓷刀具的穩(wěn)定性顯著提高，刀具壽命也更長(zhǎng)。但與硬質(zhì)合金刀具相比惠啄，現(xiàn)有金屬陶瓷刀具的韌性和導(dǎo)熱性仍然略遜一籌，因此其使用范圍僅局限于斷續(xù)切削或熱沖擊條件下的切削加工任内。

金屬陶瓷用于切削刀具最早始于上世紀(jì)20年代對(duì)TiC化合物的試驗(yàn)研究歇盒。上世紀(jì)50年代，TiC-Mo-Ni金屬陶瓷首次作為刀具材料用于鋼的高速精密切削腐熊。TiC基金屬陶瓷的一些優(yōu)異特性（如高硬度韩丸、低比重和高溫下的化學(xué)穩(wěn)定性）使其有可能成為WC基硬質(zhì)合金的替代材料而倍受矚目。但在當(dāng)時(shí)冒瞎，TiC基金屬陶瓷并沒(méi)有作為一種工業(yè)切削刀具材料被廣泛應(yīng)用查新，因?yàn)樗m然具有與硬質(zhì)合金不相上下的高強(qiáng)度和高硬度，但其韌性比較差弟茸。

上世紀(jì)70年代栅洁，為了提高金屬陶瓷的韌性，改善其切削性能版叁，人們進(jìn)行了大量研究劳诽，最終開(kāi)發(fā)出了一種韌性很好的細(xì)顆粒TiC-TiN基金屬陶瓷。從那時(shí)以來(lái)敲侧，金屬陶瓷在刀具開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用日趨廣泛定歧。

金屬陶瓷材料非常適合精密切削加工和近凈成形加工，其應(yīng)用范圍正在不斷擴(kuò)大僻匿，并已成為一類基本的切削刀具材料官地。如今，這種材料在精密加工中顯示出優(yōu)異的切削性能烙懦。

WC是硬質(zhì)合金的主要成分驱入，被認(rèn)為是一種具有戰(zhàn)略意義的原材料。隨著全球鎢價(jià)的急劇上漲氯析，作為一種可部分替代硬質(zhì)合金的刀具材料亏较，金屬陶瓷正受到越來(lái)越多的關(guān)注。

金屬陶瓷材料的特點(diǎn)

工業(yè)用金屬陶瓷材料具有復(fù)雜的化學(xué)成分。這種刀具材料是在TiC-TiN基體中加入作為結(jié)合劑的二次碳化物（如WC雪情、Mo2C遵岩、TaC和Co-Ni）制成的。商品化的金屬陶瓷材料硬度很高巡通，并具有可與硬質(zhì)合金媲美的強(qiáng)度和韌性尘执。隨著金屬陶瓷性能的不斷改進(jìn)，它已成為一種很受歡迎的金屬切削刀具材料宴凉。

金屬陶瓷適用于各種鋼件和鑄鐵件的中等負(fù)荷加工誊锭、半精加工和精加工。當(dāng)切削深度（ap）在2.5mm以下蓄帐、每轉(zhuǎn)進(jìn)給量（fn）在0.25mm/r以下茅早、每齒進(jìn)給量（fz）在0.20mm/齒以下時(shí)，金屬陶瓷刀具具有出色的切削性能类紧。

金屬陶瓷可以切削加工各類鋼鐵材料（如碳素鋼、合金鋼崭甩、低碳鋼抵思、鑄鋼、鑄鐵等）有愚，也適用于某些加工方法（如車削焙句、銑削和端面銑削）。根據(jù)其材料性質(zhì)叔抡，金屬陶瓷非常適合高速切削港摘，而不容易產(chǎn)生積屑瘤，這將確保用戶能獲得非常精確的加工結(jié)果躬源。

用金屬陶瓷刀具切削時(shí)脖嗽，為了獲得最佳性能，用戶必須考慮以下要點(diǎn)：車削加工時(shí)拆座，需要采用與切削量相適應(yīng)的斷屑臺(tái)主巍；銑削或端銑加工時(shí)，選用適當(dāng)?shù)牡毒邘缀涡螤钪陵P(guān)重要挪凑。

與其他刀具材料相比孕索，金屬陶瓷的最大優(yōu)勢(shì)在于其化學(xué)性能穩(wěn)定，在切削加工中躏碳，這種穩(wěn)定性可抑制刀具與工件之間的化學(xué)反應(yīng)搞旭。

金屬陶瓷的化學(xué)穩(wěn)定性使其能獲得很高的加工精度和良好的表面光潔度。當(dāng)用戶希望通過(guò)最終精加工或中等負(fù)荷加工完成其加工流程時(shí)菇绵，金屬陶瓷的穩(wěn)定性可確保高水平的加工質(zhì)量肄渗。在切削溫度高且加工精度至關(guān)重要的閥門加工或斷續(xù)內(nèi)孔加工中，金屬陶瓷刀具表現(xiàn)出色。

金屬陶瓷材料本身具有很好的耐熱性和耐磨性恳啥，因此偏灿，與能夠長(zhǎng)時(shí)間保持其物理形狀的硬質(zhì)合金刀具相比，金屬陶瓷刀具可以相對(duì)更容易地長(zhǎng)時(shí)間保持切削刃的鋒利性钝的。與硬質(zhì)合金刀具相比翁垂，金屬陶瓷刀具切削出的工件表面更光滑。

迄今港揉，金屬陶瓷已被廣泛用于加工各種鋼件减磷，而近年來(lái)，它又成為精密切削鑄鐵和球墨鑄鐵的首選刀具材料宰孙。加工鑄鐵時(shí)容易產(chǎn)生高頻振動(dòng)氏赴，而其副作用則是產(chǎn)生破裂狀切屑，因?yàn)楦哳l振動(dòng)會(huì)造成金屬陶瓷切削刃發(fā)生崩刃或破損坚哲。不過(guò)服酥，如今的金屬陶瓷牌號(hào)都經(jīng)過(guò)增韌補(bǔ)強(qiáng)，其韌性和強(qiáng)度足以在加工鑄鐵時(shí)保持切削刃的穩(wěn)定性御欢。

此外找肤，無(wú)論是切削普通工件材料，還是加工各種合金鋼和硬度低于HRC45的淬硬鋼升碱，金屬陶瓷都可以提供穩(wěn)定的刀具壽命和良好的表面光潔度踩林。作為當(dāng)前切削加工的發(fā)展趨勢(shì)，經(jīng)濟(jì)可行性和高速切削變得越來(lái)越重要是酣，而金屬陶瓷刀具在大約500m/min的切削速度下醋掖，其刀具壽命能力可提高15分鐘以上，且刀具壽命更均衡黄刚。

正確選擇金屬陶瓷刀具

切削加工時(shí)捎谨，用戶必須精心選擇適當(dāng)?shù)慕饘偬沾傻毒撸驗(yàn)槠浼庸ぬ攸c(diǎn)與涂層硬質(zhì)合金大相徑庭憔维。與涂層硬質(zhì)合金不同侍芝，金屬陶瓷并不適合粗加工。當(dāng)產(chǎn)生的切屑較大時(shí)埋同，剪切作用和切削阻力會(huì)發(fā)生很大變化州叠，這種連續(xù)沖擊會(huì)造成加工尺寸超差，并最終導(dǎo)致刀具破損凶赁。

此外咧栗，在大切深加工中，大切屑卷對(duì)刀具后面的沖擊會(huì)加劇刻劃磨損虱肄，從而損壞金屬陶瓷刀具致板。在切削難加工材料（如鎳基、鐵基和鈷基耐熱合金）時(shí)，更容易發(fā)生這種嚴(yán)重的刻劃磨損斟或。因此熬鸟，金屬陶瓷刀具不太適合切削難加工材料。由于這個(gè)原因肮插，涂層硬質(zhì)合金刀具比金屬陶瓷刀具更適合用于切削難加工材料和粗加工秸铣。表1比較了車削碳鋼時(shí)硬質(zhì)合金、涂層硬質(zhì)合金和金屬陶瓷的刀具壽命和切屑切除量晚惊≈炫ⅲ可以看出，由于高速切削的切屑切除量更大宛蒲，因此具有更好的經(jīng)濟(jì)性膀琐。與CVD涂層硬質(zhì)合金刀具一樣，金屬陶瓷刀具也是一種經(jīng)濟(jì)性不錯(cuò)的高速切削刀具恼稠。

干切削和濕切削

隨著粗加工的切削速度和進(jìn)給率不斷提高苦旋，金屬陶瓷刀具適合采用干切削。使用冷卻液的濕切削容易產(chǎn)生熱裂紋来锥，從而損壞金屬陶瓷刀具的切削刃卤连。

與硬質(zhì)合金刀具相比，金屬陶瓷刀具在干切削中的高溫穩(wěn)定性和加工性能更勝一籌情组。一般來(lái)說(shuō)，金屬陶瓷刀具用于濕切削時(shí)箩祥，需要采用較小的進(jìn)給率和切削深度院崇，以避免加工溫度過(guò)高。不過(guò)袍祖，在刀具磨損速度很快的惡劣切削條件下底瓣，加工溫度會(huì)因?yàn)榍邢魅心p而急劇升高。在這種情況下蕉陋，干切削有利于延遲熱裂紋的產(chǎn)生捐凭，從而獲得穩(wěn)定的加工性能。

加工溫度的高低首先取決于切削條件凳鬓，此外茁肠，工件的熱導(dǎo)率、韌性和硬度對(duì)熱裂紋的產(chǎn)生也有影響缩举。為了正確選擇金屬陶瓷刀具的切削條件垦梆，用戶必須了解所有可供選擇的加工方案。如果熱膨脹或熱變形對(duì)加工精度沒(méi)有明顯影響仅孩，則最好不要選擇濕切削托猩。

在銑削加工中，刀具切入工件時(shí)溫度升高，切出工件空轉(zhuǎn)時(shí)溫度下降溶迹，這種溫度變化周而復(fù)始绘菲，對(duì)刀具形成熱沖擊。與硬質(zhì)合金刀具相比剩织，金屬陶瓷刀具對(duì)熱沖擊的抵抗能力較差雄工。如果采用濕切削，刀具切削刃被冷卻液快速冷卻激靡，這是在與切削刃垂直的方向上產(chǎn)生熱裂紋开撤，并導(dǎo)致刀具壽命縮短的主要原因。

近年來(lái)娩纱，涂層金屬陶瓷刀具的使用一直在增加÷鞔剑現(xiàn)在，采用TiAlN磨豁、TiN和AlCrN涂層的PVD涂層金屬陶瓷刀具已廣泛用于切削加工服畜。TiN涂層有助于防止產(chǎn)生積屑瘤；而TiAlN涂層可以提高刀具的抗熱震性和耐磨性顾翼，從而延長(zhǎng)刀具壽命投放。

提高金屬陶瓷的韌性和耐磨性

在汽車和航空制造業(yè)，精密加工已成為一種發(fā)展趨勢(shì)适贸，對(duì)工件表面光潔度的要求也在不斷提高灸芳。金屬陶瓷刀具在這些行業(yè)的使用量正與日俱增。為了延長(zhǎng)金屬陶瓷刀具的壽命拜姿，關(guān)注的重點(diǎn)集中在如何提高其韌性和耐磨性烙样。

對(duì)微細(xì)結(jié)構(gòu)金屬陶瓷（固溶體和高氮金屬陶瓷）的研究開(kāi)發(fā)已經(jīng)取得了進(jìn)展。例如蕊肥，韓國(guó)特固克公司開(kāi)發(fā)的CT3000金屬陶瓷牌號(hào)可用于車削和銑削加工谒获，其在車削加工中的切削性能和刀具壽命比傳統(tǒng)的金屬陶瓷牌號(hào)顯著提高。該牌號(hào)采用細(xì)晶粒TiCN粉料和經(jīng)過(guò)優(yōu)化的合金設(shè)計(jì)技術(shù)制備而成壁却，具有優(yōu)異的合金性能和穩(wěn)定的顯微結(jié)構(gòu)批狱。較高的氮含量有助于提高細(xì)晶粒顯微組織的均勻性，優(yōu)化了刀具切削性能展东。

為了使金屬陶瓷刀具兼具良好的韌性和耐磨性赔硫，有必要優(yōu)化其切削刃的表層和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。為此盐肃，減少表層的鈷和氮化物結(jié)合劑含量有利于提高切削刃的硬度和耐磨性竿饭。另一方面，增加表層以下內(nèi)部結(jié)構(gòu)的結(jié)合劑含量可以提高韌性肴泥，從而延長(zhǎng)刀具壽命不凳。

通過(guò)將合金技術(shù)和燒結(jié)技術(shù)應(yīng)用于PVD涂層金屬陶瓷的制備勤驾，可以優(yōu)化其表層和內(nèi)部的結(jié)合劑含量，形成表層結(jié)合劑含量低腿弛、內(nèi)部結(jié)合劑含量高的梯度功能結(jié)構(gòu)身州。

與傳統(tǒng)的金屬陶瓷刀具相比，梯度功能金屬陶瓷刀具的穩(wěn)定性顯著提高躬摆，刀具壽命也更長(zhǎng)值港。但與硬質(zhì)合金刀具相比，現(xiàn)有金屬陶瓷刀具的韌性和導(dǎo)熱性仍然略遜一籌阻洋，因此其使用范圍僅局限于斷續(xù)切削或熱沖擊條件下的切削加工绕鸯。

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