陶瓷刀具
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陶瓷刀具范文第1篇
中圖分類(lèi)號(hào)： TG 711
1、引言
切削加工是工業(yè)生產(chǎn)中最基本、最普通和最重要的方法之一， 它直接影響工業(yè)生產(chǎn)的效率、成本和能源消耗。然而隨著現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展，各種新型難加工材料在產(chǎn)品中的大量應(yīng)用，傳統(tǒng)的硬質(zhì)合金刀具已難以滿足生產(chǎn)需要，而作為新型切削材料的陶瓷刀具由于具有高耐熱性、耐磨性、化學(xué)穩(wěn)定性等特點(diǎn)，因此陶瓷刀具在切削加工中扮演者越來(lái)越重要的角色。
另外，從資源方面考慮，陶瓷刀具的原材料也遠(yuǎn)遠(yuǎn)豐富于傳統(tǒng)合金刀具?？偹苤?，硬質(zhì)合金刀具含有大量的W、Co 等戰(zhàn)略性貴重金屬， 并且這些貴重金屬在地球上市有限的，而且是不可再生資源。而陶瓷刀具的主要原料是Al2O3和SiO2，這些化合物在地殼中的含量非常豐富。因此其發(fā)展及應(yīng)用前景十分廣闊[1-3]。目前刀具的主要原材料是高速鋼和硬質(zhì)合金，但從發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，金屬陶瓷刀具材料在制造刀具方面的用量逐年增加，同時(shí)也是近幾年來(lái)新型刀具研究方面的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。本文將簡(jiǎn)述陶瓷刀具的發(fā)展史，同時(shí)綜述陶瓷刀具材料的種類(lèi)及其性能，以及其制備方法。
2、陶瓷刀具的發(fā)展簡(jiǎn)況
陶瓷作為切削加工材料， 有著源遠(yuǎn)流長(zhǎng)的歷史。早在1905 年德國(guó)人就開(kāi)始了用Al2O3陶瓷作為切削刀具材料的研究。但是由于Al2O3陶瓷比較脆， 而且當(dāng)時(shí)的陶瓷工藝技術(shù)也比較落后， 所以它的廣泛應(yīng)用在當(dāng)時(shí)受到限制。
1968 ～1970 年間人們研制成功了Al2O3+TiC復(fù)合陶瓷刀具，。這促使Al2O3基陶瓷刀具逐漸地走出了緩慢發(fā)展的低谷， 成為解決超硬材料加工的一種新型刀具[4-6]。
20世紀(jì)70年代中期美國(guó)用Sialon陶瓷刀具（Si3N4+Al2O3的固熔體） 加工灰鑄鐵， 取得良好效果[7]。同期， 中國(guó)用熱壓Si3N4陶瓷刀具實(shí)現(xiàn)了對(duì)多種難加工材料進(jìn)行多種工序的加工和生產(chǎn)應(yīng)用[7，8]。當(dāng)時(shí)出現(xiàn)的新一代Si3N4陶瓷刀具，以另一支新軍的姿態(tài)受到人們的重視。
20世紀(jì)80年代初，日本日立金屬株式會(huì)社研制成功Al2O3+TiB2復(fù)合陶瓷刀具。這種復(fù)合陶瓷刀具主要是運(yùn)用了TiB2硬度比TiC高，熱膨脹系數(shù)卻比TiC小的特點(diǎn)， 從而使制成的復(fù)合陶瓷刀具具有更好的耐磨性和耐熱沖擊性。
20世紀(jì)80年代初， 美國(guó)、瑞典還研制成功SiC晶須增韌Al2O3陶瓷刀具（Al2O3+ SiCw， w指晶須）。晶須的加入使Al2O3基陶瓷的斷裂韌性提高兩倍多， 同時(shí)保留了高硬度的特質(zhì)。
3、陶瓷刀具材料的種類(lèi)及其主要性能
3. 1 氧化鋁（ A12O3 ） 基陶瓷
（1） 純氧化鋁陶瓷。這種陶瓷中Al2O3的成分含量在99. 9 % 以上，大部分呈白色，俗稱(chēng)白陶瓷。白陶瓷耐磨性好，用于切削灰鑄鐵有較好效果，也可切削普通碳鋼，但因其強(qiáng)度低，抗熱振性及斷裂韌性較差，切削時(shí)易崩刃，因此現(xiàn)在已經(jīng)逐漸被Al2O3復(fù)合陶瓷所取代。
（2） 氧化鋁-碳化物系復(fù)合陶瓷。它是在Al2O3基體中加入TiC、WC、Mo2C、TaC、NbC、Cr3C2等成分經(jīng)熱壓燒結(jié)而成，其中使用最多的是Al2O3-TiC復(fù)合陶瓷。隨著TiC含量（30 %～50 %） 的不同，其切削性能也有差異，主要用于切削淬硬鋼和各種耐磨鑄鐵[9]。
（3） 氧化鋁-碳化鈦-金屬系復(fù)合陶瓷。該陶瓷因在Al2O3-TiC陶瓷中加入了少量的粘結(jié)金屬如Ni和Mo 等，從而提高了Al2O3與TiC的連結(jié)強(qiáng)度和使用性能，故可用于粗加工。這類(lèi)陶瓷又稱(chēng)金屬陶瓷。這類(lèi)陶瓷用于切削調(diào)質(zhì)合金鋼時(shí)的切削速度是一般合金刀具的1～3 倍，刀具壽命是合金刀具的6～10倍，由于其含有金屬成分，所以能用電加工切割成任意形狀。同時(shí)，用金剛石砂輪刃磨時(shí)，能獲得較好的表面質(zhì)量。
（4） Al2O3-SiC晶須增韌陶瓷。它是在Al2O3陶瓷基體中添加20 %～30 %的SiC晶須而成。SiC晶須的作用猶如鋼筋混凝土中的鋼筋，它能成為阻擋或改變裂紋發(fā)展方向的障礙物，使陶瓷的韌性大幅度提高，適用于斷續(xù)切削及粗車(chē)、銑削和鉆孔等加工及鎳基合金、高硬度鑄鐵和淬硬鋼等材料的加工。
（5）Fe3Al/ A12O3陶瓷基復(fù)合材料
Fe3Al金屬間化合物具有特殊的物理、化學(xué)和力學(xué)性能及獨(dú)特的形變特征和室溫脆性，被稱(chēng)為半陶瓷材料，是一種介于高溫合金與陶瓷之間的新型高溫材料。Fe3A1與Al2O3具有較好的適配性能，其復(fù)合材料界面不產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，沒(méi)有界面相生成，具有較好的界面結(jié)合力。此刀具材料在切削鑄鐵和中碳鋼時(shí)顯示出優(yōu)良的特性，且成本低、功效高，具有廣闊的應(yīng)用前景[10]。
3. 2 氮化硅（ Si3N4）基陶瓷
Si3N4陶瓷是一種非氧化物工程陶瓷，其硬度可達(dá)HV1800～2000，且熱硬性好，能承受1300～1400℃的高溫，與碳和金屬元素化學(xué)反應(yīng)較小，摩擦因數(shù)也較低。這類(lèi)刀具適于切削鑄鐵、高溫合金和鎳基合金等材料，尤其適用于斷續(xù)切削。由于純Si3N4陶瓷刀具在切削長(zhǎng)切屑金屬（如軟鋼）時(shí)，極易產(chǎn)生月牙洼磨損，所以新一代Si3N4陶瓷均為復(fù)合型。Si3N4基陶瓷目前主要有Si3N4-TiC-Co復(fù)合陶瓷、Si3N4晶須增韌陶瓷和Si3N4-Al2O3-Y2O3復(fù)合陶瓷等幾種類(lèi)型[11]。
3. 3 Ti（ CN） 基金屬陶瓷刀具材料
Ti （CN） 基金屬陶瓷具有非常獨(dú)特的性能組合。與硬質(zhì)合金刀具材料相比，金屬陶瓷可有效地用于高速切削加工，最佳切削速度可比硬質(zhì)合金刀具高3～10 倍，并具有更高的耐磨性能，切削壽命是硬質(zhì)合金的5～10倍，不僅已用于鋼材的車(chē)削，而且也已用于鋼和鑄鐵的銑削加工。
通過(guò)優(yōu)化成分，改進(jìn)制備技術(shù)，及納米改性、納米復(fù)合、超細(xì)晶粒材料的研究開(kāi)發(fā)，使得Ti （CN）基金屬陶瓷的綜合性能有了很大提高。例如其硬度和抗彎強(qiáng)度與普通金屬陶瓷相比均有明顯提高，其抗崩刃性、耐磨性和使用壽命較普通金屬陶瓷亦有較大幅度提高[12]。金屬陶瓷作為刀具材料使用，具有非常大的發(fā)展?jié)摿?，完全可以在某些領(lǐng)域作為鎢鈷硬質(zhì)合金的替代材料。
3.4 TiB2基復(fù)合陶瓷刀具材料
TiB2具有高硬度、較高的強(qiáng)度和斷裂韌性，極好的化學(xué)穩(wěn)定性以及優(yōu)良的導(dǎo)熱、導(dǎo)電、耐磨等性能，較強(qiáng)的抗月牙洼磨損和抗粘著能力。具有單相Fe-Cr-Ni 粘結(jié)劑或兩相Fe-B-Fe-Cr-Ni粘結(jié)劑的TiB2基復(fù)合陶瓷刀具材料具有較好的硬度與斷裂韌性組合，甚至比超細(xì)硬質(zhì)合金的硬度更高，是一類(lèi)極具發(fā)展前途的刀具材料。
其他新型陶瓷刀具材料如ZrO2基陶瓷，因具有較高的斷裂韌性和較好的耐磨性能而受到人們的關(guān)注[13]；有研究認(rèn)為Y2O3陶瓷可作為一類(lèi)新型的陶瓷刀具材料使用[14]；我國(guó)生產(chǎn)的陶瓷-硬質(zhì)合金刀具材料則具備了陶瓷和硬質(zhì)合金的綜合優(yōu)勢(shì)。
4、金屬陶瓷刀具材料的制備方法
4.1 真空液相燒結(jié)法（常規(guī)制備方法）
真空液相燒結(jié)法是指粉料在真空條件下，在燒結(jié)過(guò)程中生成液相的一種燒結(jié)方法。簡(jiǎn)單流程如下：
稱(chēng)量粉料――球磨（酒精濕磨）―― 干燥――造粒――壓制――真空燒結(jié)
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4.2 機(jī)械合金化方法
機(jī)械合金化是在一個(gè)常溫下利用高效球磨過(guò)程完成的非平衡固態(tài)反應(yīng)過(guò)程。主要經(jīng)過(guò)稱(chēng)量粉料――高能球磨――固化幾個(gè)過(guò)程。目前機(jī)械合金化方法在用于制備金屬陶瓷刀具方面還不是很成熟，但是由于它是一種新的復(fù)相金屬陶瓷制備方法，已經(jīng)引起了廣大材料工作者的關(guān)注。
4.3 放電等離子燒結(jié)（SPS）
放電等離子燒結(jié)是利用脈沖能、放電脈沖壓力和焦耳熱產(chǎn)生的瞬間高溫實(shí)現(xiàn)燒結(jié)的一種方法。流程如下：稱(chēng)量粉料――高溫?zé)Y(jié)[15]
4.4 熱壓燒結(jié)
熱壓燒結(jié)是一種壓制成形和燒結(jié)同時(shí)進(jìn)行的粉體材料成形工藝方法。流程如下：稱(chēng)量粉料――加熱熔融――高溫施壓――燒結(jié)[16]
除上述方法之外，還有高溫自蔓延合成法、微波燒結(jié)、等離子噴涂法等其它的制備方法。
5 結(jié)論
陶瓷刀具不僅具有高硬度、高耐磨性， 同時(shí)在高溫下仍保持優(yōu)良的力學(xué)性能， 是制造切削刀具的理想材料。同時(shí)陶瓷刀具能實(shí)現(xiàn)以車(chē)代磨、以銑代拋的高效“硬加工技術(shù)”及“干切削技術(shù)”，提高零件加工表面質(zhì)量。實(shí)現(xiàn)干式切削，對(duì)控制環(huán)境污染和降低制造成本有廣闊的應(yīng)用前景。通過(guò)對(duì)陶瓷刀具材料組分、制備工藝與材料設(shè)計(jì)的研究，可在保持高硬度、高耐磨性和紅硬性的基礎(chǔ)上，極大提高刀具材料的韌性和抗沖擊性能，制備符合現(xiàn)代切削技術(shù)使用要求的適宜材料。隨著各種新型陶瓷刀具材料的使用， 必將促進(jìn)高效機(jī)床及高速切削技術(shù)的發(fā)展，而高效機(jī)床及高速切削技術(shù)的推廣與應(yīng)用， 又將進(jìn)一步推動(dòng)新型陶瓷刀具材料的使用。
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陶瓷刀具范文第2篇
1、能，民間陶瓷的制作技藝多種多樣，就地取材、粗料巧做、因陋就簡(jiǎn)、審美與實(shí)用相結(jié)合是它的重要特點(diǎn)，在這些器物當(dāng)中蘊(yùn)含著既堅(jiān)固耐用又美觀大方等諸多好處。造型上的簡(jiǎn)潔、裝飾上的流暢豪放、格調(diào)上的閑適淳樸，是廣大陶瓷工匠累年創(chuàng)作實(shí)踐積淀的成果。
2、民間陶瓷藝術(shù)的選材，往往不求高品格，只求價(jià)廉物美，因材施藝，化腐朽為神奇。對(duì)于藝術(shù)創(chuàng)造來(lái)說(shuō)，材質(zhì)沒(méi)有絕對(duì)的好壞之分，加工細(xì)致，純度很高的材質(zhì)，固然有它用武之地，而粗加工，純度較底的材質(zhì)，更能體現(xiàn)粗獷，樸素，原始的材質(zhì)本身的美，因?yàn)檫@種材質(zhì)一經(jīng)火焰燒成后，化學(xué)反映復(fù)雜表面肌里效果豐富。從而使純真的感情，自由的藝術(shù)風(fēng)格，得到更好的體現(xiàn)。
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陶瓷刀具范文第3篇
關(guān)鍵詞：新型刀具材料、新型硬質(zhì)合金材料、復(fù)合聚晶立方氮化硼刀具材料、陶瓷刀具材料
【分類(lèi)號(hào)】：U416.2
隨著制造業(yè)的發(fā)展，刀具材料的發(fā)展經(jīng)歷了：高碳鋼-高速鋼―-般硬質(zhì)合金材料到現(xiàn)在的陶瓷材料、復(fù)合聚晶立方氮化硼材料、新型硬質(zhì)合金及涂層硬質(zhì)合金。由于新型刀具材料的應(yīng)用，從而使機(jī)械制造加工業(yè)得到了飛速的發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步、加工效率的提高和數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，對(duì)刀具材料的性能也提出了愈來(lái)愈高的要求。因此，在改善刀具材料性能方面需要做大量研究工作，先后對(duì)刀具沖擊性能、抗彎強(qiáng)度、粘結(jié)劑和組織等方面進(jìn)行了探討、研究。
1.新型硬質(zhì)合金材料
1.1稀土硬質(zhì)合金
稀土硬質(zhì)合金就是一種很有發(fā)展前途的新型硬質(zhì)合金。稀土元素有獨(dú)特的物化性能，是用途極廣的合金添加劑，其氧化物是優(yōu)良的彌散強(qiáng)化劑，將某些稀土元素以一定方式微量添加到傳統(tǒng)的硬質(zhì)合金中，既可有效地優(yōu)化組織和提高機(jī)械性能，具體可表現(xiàn)為能夠強(qiáng)化硬質(zhì)相、強(qiáng)化粘結(jié)相，使合金具有較高的強(qiáng)度，同時(shí)能提高塑性相比例、凈化晶界且細(xì)化晶粒從而提高韌性。因此，這種強(qiáng)度與韌性兼?zhèn)涞南⊥劣操|(zhì)合金不僅可以用于制造刀具、還可用于模具、礦山工具和石油鉆采工具等。用該類(lèi)稀土硬質(zhì)合金刀具精加工TA6欽合金及不銹鋼零件，與原用YG8.YG6X合金刀具相比，壽命提高4-6倍，生產(chǎn)效率提高2倍以上，被加工工件表面光潔度及精度有顯著提高，是用于欽合金和低磁不銹鋼精加工的比較理想的刀具材料。
1.2涂層硬質(zhì)合金
隨著數(shù)控機(jī)床的快速發(fā)展和難加工材料的出現(xiàn)，傳統(tǒng)刀具材料已無(wú)法滿足現(xiàn)代制造業(yè)對(duì)提高效率和降低成本的要求。涂層作為一個(gè)化學(xué)屏障和熱屏障，減少了刀具與工件間的擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)，從而減少了月牙槽磨損。涂層硬質(zhì)合金刀具具有表面硬度高、耐磨性好、化學(xué)性能穩(wěn)定、耐熱耐氧化、摩擦因數(shù)小和熱導(dǎo)率低等特性，切削時(shí)可比未涂層刀具提高刀具壽命3～5倍以上，提高切削速度20%～70%，提高加工精度0.5～1級(jí)，降低刀具消耗費(fèi)用20%～50%，推動(dòng)著數(shù)控刀具的快速發(fā)展。
涂層硬質(zhì)合金材料主要包括涂層和硬質(zhì)合金基體兩部分。涂層的過(guò)程是物理化學(xué)反應(yīng)并生成薄膜的過(guò)程，基體的性能和表面狀態(tài)應(yīng)滿足涂層條件，涂層與合適的基體配合才能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的性能。因此，涂層刀具材料的使用已成為現(xiàn)代切削刀具的標(biāo)志，在刀具中的使用比例已超過(guò)50%。目前，切削加工中使用的各種刀具，包括車(chē)刀、鏜刀、鉆頭、鉸刀、拉刀、絲錐、螺紋梳刀、銑刀、成形刀具、齒輪滾刀和插齒刀等都可采用涂層工藝來(lái)提高它們的使用性能。
實(shí)踐證明，在韌性較好的硬質(zhì)合金表面沉積一層極薄的耐磨層，即涂層硬質(zhì)合金，它能較好地解決硬質(zhì)合金的耐磨性與韌性之間的矛盾。
2.陶瓷刀具材料
陶瓷刀使用精密陶瓷高壓研制而成，故稱(chēng)陶瓷刀。 陶瓷刀號(hào)稱(chēng)“貴族刀” ，作為現(xiàn)代高科技的產(chǎn)物，具有傳統(tǒng)金白色陶瓷刀具無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，采用高科技納米氧化鋯為原料，因此陶瓷刀又叫“鋯寶石” 。它的材料是人工合成的，如氮化硅粉，純度高。陶瓷材料主要是離子鍵和共價(jià)鍵結(jié)合，其結(jié)合力是比較強(qiáng)的正負(fù)離子間的靜電引力或共用電子對(duì)，所以熔點(diǎn)高、硬度高、具有好的絕緣性、化學(xué)穩(wěn)定性還有氧化性。這就是陶瓷材料能成為切削刀具的原因。
市面上的陶瓷刀大多是用一種納米材料“氧化鋯”加工而成。 用氧化鋯粉末在2000度高溫下用300噸的重壓配上模具壓制成刀坯，然后用金剛石打磨之后配上刀柄 就做成了成品陶瓷刀。陶瓷材料的成本低于PCBN（復(fù)合聚晶立方氮化硼），具有良好的熱化學(xué)穩(wěn)定性，卻沒(méi)有PCBN材料的韌性和硬度高。對(duì)于加工硬度小于50HRC的工件，陶瓷材料刀具是較好的選擇。
陶瓷刀具材料的特點(diǎn)有：1）耐磨性好，可加工傳統(tǒng)刀具難以加工或有些根本不能加工的高硬材料，因而可免除退火加工所消耗的電力；并因此也可提高工件的硬度，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命；2）不僅能對(duì)高硬度材料進(jìn)行粗、精加工，也可進(jìn)行銑削、刨削、斷續(xù)切削和毛坯拔荒粗車(chē)等沖擊力很大的加工；3）陶瓷刀片切削時(shí)與金屬摩擦力小，切削不易粘接在刀片上.不易產(chǎn)生積屑瘤，所以可以進(jìn)行高速切削，因此在條件相同時(shí)，工件表面粗糙度比較低；4）刀具耐用度比傳統(tǒng)刀具高幾倍甚至幾十倍，減少了加工中的換刀次數(shù)，保證被加工工件的小錐度和高精度；5）耐高溫，紅硬性好?？稍?200℃下連續(xù)切削，所以陶瓷刀具的切削速度可以比硬質(zhì)合金高很多?？蛇M(jìn)行高速切削或?qū)崿F(xiàn)“以車(chē)、銑代磨”，切削效率比傳統(tǒng)刀具高3-10倍，達(dá)到節(jié)約工時(shí)、電力、機(jī)床數(shù)的30%-70%或更高的效果；6）氮化硅陶瓷刀具主要原料是自然界很豐富的氮和硅，用它代替硬質(zhì)合金，可節(jié)約大量W、Co、Ta和Nb等重要的金屬。
3.復(fù)合聚晶立方氮化硼（PCBN）刀具材料
立方氮化硼是繼人工合成金剛石后出現(xiàn)的利用高溫高壓技術(shù)獲得的第二種超硬材料。用它來(lái)制作刀具，可以獲得高的切削速度、高的刀具耐磨性和耐熱性。用它切削一般刀具很難切削的難切削材料，而受到國(guó)內(nèi)外的重視和較為廣泛的應(yīng)用。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界工具市場(chǎng)中，立方氮化硼復(fù)合片刀具的費(fèi)用估計(jì)為3.9億美元，其中汽車(chē)行業(yè)占50%，重型機(jī)械行業(yè)占28%。我國(guó)早在60年代后就成功研制成立方氮化硼和以它為基礎(chǔ)的聚晶復(fù)合片。盡管我國(guó)對(duì)超硬刀具材料開(kāi)發(fā)較早，但由于種種原因，至今應(yīng)用面還很窄。其主要原因是對(duì)它的特點(diǎn)、性能應(yīng)用范圍，宣傳與推廣的不夠，對(duì)它的應(yīng)用后其經(jīng)濟(jì)效益宣傳不夠而不被重視。所以加強(qiáng)對(duì)超硬刀具材料的推廣與應(yīng)用，促進(jìn)金屬切削技術(shù)水平的提高與發(fā)展，以適應(yīng)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要，適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。
由于PCBN具有很高的硬度和耐磨性，且價(jià)格低、刃磨方便、與鐵族金屬無(wú)親合反應(yīng)，因而在硬車(chē)削加工中有獨(dú)特的地位，在加工硬度低于50HRC的工件時(shí)，通常會(huì)產(chǎn)生長(zhǎng)條形切屑，會(huì)使PCBN刀具表面產(chǎn)生牙洼磨損，從而縮短刀具壽命，增加刀具成本。因此，加工硬度為55～56HRC的材料幾乎都采用PCBN刀具。
4.新型刀具材料在現(xiàn)代制造業(yè)中的應(yīng)用
工件與刀具雙方交替進(jìn)展、相互促進(jìn)，成為切削技術(shù)不斷向前發(fā)展的歷史規(guī)律。新刀具材料的研制周期會(huì)越來(lái)越短，新品種、新牌號(hào)的推出將越來(lái)越快。在刀具材料發(fā)展中，硬度、耐磨性與強(qiáng)度、韌性難以兼顧還是主要矛盾。有可能在21世紀(jì)中研制出既具有高速鋼、硬質(zhì)合金的強(qiáng)度和韌性，又具有超硬材料的硬度和耐磨性的刀具材料。各種涂層刀具和復(fù)合結(jié)構(gòu)都能在一定程序上克服上述矛盾，故極有發(fā)展遠(yuǎn)景。在未來(lái)，刀具材料將接受工件一方及制造系統(tǒng)更新、更嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。新品種的出現(xiàn)、各自所占比重的變化以及它們相互競(jìng)爭(zhēng)和相互補(bǔ)充的局面，將成為未來(lái)刀具材料發(fā)展的特點(diǎn)。
在現(xiàn)代的制造業(yè)中由于對(duì)加工效率要求的不斷提高，即為了實(shí)現(xiàn)大功率、高速度、較寬硬度范圍工件的切削，相應(yīng)的也就對(duì)加工刀具的性能及對(duì)加工工件適應(yīng)的范圍提出了更高的要求。新型刀具材料的應(yīng)用，為數(shù)控機(jī)床的高速度、高精度加工提供了有利的保障。
參考文獻(xiàn)
[1] 韓榮第，于啟勛?難加工材料切削加工?北京：機(jī)械產(chǎn)業(yè)出版社，1996.
陶瓷刀具范文第4篇
【摘 要】隨著我國(guó)機(jī)械技術(shù)的快速發(fā)展，機(jī)械加工的強(qiáng)度也在不斷增大，刀具材料對(duì)告訴切割加工技術(shù)有著直接的影響。本文講述了刀具的材料及刀具材料應(yīng)具備的性能。
【關(guān)鍵詞】強(qiáng)度；材料；加工
引言
隨著我國(guó)科技的發(fā)展，機(jī)械加工的強(qiáng)度在不斷加大，精度也在不斷提高。高速切削刀具切削性能的好壞，取決于構(gòu)成刀具切削部分的材料，幾何形狀和刀具結(jié)構(gòu)。刀具材料對(duì)刀具的使用壽命、加工效率、加工質(zhì)量和加工成本等都有很大影響。因此要重視刀具材料的正確選擇與合理的選用。
1 刀具材料應(yīng)具備的性能
性能優(yōu)良的刀具材料，是保證刀具高效工作的基本條件。刀具切削部分在強(qiáng)烈摩擦、高壓、高溫下工作，應(yīng)具備如下的基本要求。
1.1 高硬度和高耐磨性
刀具材料的硬度必須高于被加工材料的硬度才能切下金屬，這是刀具材料必備的基本要求，現(xiàn)有刀具材料硬度都在60HRC以上。刀具材料越硬，其耐磨性越好，但由于切削條件較復(fù)雜，材料的耐磨性還決定于它的化學(xué)成分和金相組織的穩(wěn)定性。
1.2 足夠的強(qiáng)度與沖擊韌性
強(qiáng)度是指抵抗切削力的作用而不致于刀刃崩碎與刀桿折斷所應(yīng)具備的性能。一般用抗彎強(qiáng)度來(lái)表示。沖擊韌性是指刀具材料在間斷切削或有沖擊的工作條件下保證不崩刃的能力，一般地，硬度越高，沖擊韌性越低，材料越脆。硬度和韌性是一對(duì)矛盾，也是刀具材料所應(yīng)克服的一個(gè)關(guān)鍵。
1.3 高耐熱性
耐熱性又稱(chēng)紅硬性，是衡量刀具材料性能的主要指標(biāo)。它綜合反映了刀具材料在高溫下保持硬度、耐磨性、強(qiáng)度、抗氧化、抗粘結(jié)和抗擴(kuò)散的能力。
1.4 良好的工藝性和經(jīng)濟(jì)性
為了便于制造，刀具材料應(yīng)有良好的工藝性，如鍛造、熱處理及磨削加工性能。當(dāng)然在制造和選用時(shí)應(yīng)綜合考慮經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)前超硬材料及涂層刀具材料費(fèi)用都較貴，但其使用壽命很長(zhǎng)，在成批大量生產(chǎn)中，分?jǐn)偟矫總€(gè)零件中的費(fèi)用反而有所降低。因此在選用時(shí)一定要綜合考慮。
2 常用刀具材料
常用刀具材料有工具鋼、高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷和超硬刀具材料，目前用得最多的為高速鋼和硬質(zhì)合金。
2.1 高速鋼
高速鋼是一種加入了較多的鎢（W）、鉻（Cr）、釩（V）、鉬（Mo）等合金元素的高合金工具鋼，有良好的綜合性能。高速鋼具有較高的硬度，一般硬度為62-67HRC和耐熱性。在切削溫度高達(dá)500-650℃時(shí)仍能進(jìn)行切削。其強(qiáng)度和韌性是現(xiàn)有刀具材料中最高的?？箯澬允且话阌操|(zhì)合金的2-3倍，是陶瓷的5-6倍。韌性很好，可以在有沖擊、振動(dòng)的場(chǎng)合應(yīng)用。它可以用于加工有色金屬、結(jié)構(gòu)鋼、鑄鐵、高溫合金等范圍廣泛的材料。
2.2 硬質(zhì)合金
（1）硬質(zhì)合金的分類(lèi)
按GB2075―87（參照采用190標(biāo)準(zhǔn)）可分為P、M、K三類(lèi)，P類(lèi)硬質(zhì)合金主要用于加工長(zhǎng)切屑的黑色金屬，用藍(lán)色作標(biāo)志；M類(lèi)主要用于加工黑色金屬和有色金屬，用黃色作標(biāo)志，又稱(chēng)通用硬質(zhì)合金，K類(lèi)主要用于加工短切屑的黑色金屬、有色金屬和非金屬材料，用紅色作標(biāo)志。P、M、K（后面的阿拉伯?dāng)?shù)字表示其性能和加工時(shí)承受載荷的情況或加工條件。數(shù)字愈小，硬度愈高，韌性愈差。
（2）硬質(zhì)合金的性能
硬質(zhì)合金是用高硬度、難熔的金屬碳化物（WC、TIC等）和 金屬粘結(jié)劑在高溫條件下燒結(jié)而成的粉末冶金制品。硬質(zhì)合金的常溫硬度達(dá)89-93HRA，760°時(shí)其硬度為77-85HRA，在800-1000℃時(shí)硬質(zhì)合金還能進(jìn)行切削。刀具壽命比高速鋼刀具高幾倍甚至幾十倍?？杉庸ぐù阌蹭撛趦?nèi)的多種材料。但是強(qiáng)度和韌性比高速鋼差，常溫下沖擊韌性?xún)H為高速鋼的1/8―1/30，因此硬質(zhì)合金承受切削振動(dòng)和沖擊的能力較差。硬質(zhì)合金是常用的刀具材料之一，常用于制造車(chē)刀和面銑刀，也可以用硬質(zhì)合金制造深孔鉆、鉸刀、拉刀和滾刀。尺寸較小和形狀復(fù)雜的刀具可以采用硬質(zhì)合金制造。但是整體硬質(zhì)合金刀具的成本較高，其價(jià)格是高速鋼刀具的8-10倍。
2.3 陶瓷的分類(lèi)及選用
制作刀具的陶瓷材料是以人造化合物為原料，在高壓下形成，在高溫下燒結(jié)而成的。它有很高的硬度和耐磨性，耐熱性高達(dá)1200℃以上，化學(xué)穩(wěn)定性好，與金屬的親和力小，可提高切削速度3―5倍，但是陶瓷的最大弱點(diǎn)是抗彎強(qiáng)度低，沖擊韌性差，因此主要用于鋼、鑄鐵、有色金屬等材料的精加工和半精加工。按成分陶瓷可分為以下幾種：高純氧化鋁陶瓷、復(fù)合氧化鋁陶瓷、復(fù)合氮化硅陶瓷
3 涂層刀具簡(jiǎn)述
涂層刀具是近20 年出現(xiàn)的一種新型刀具材料，是刀具發(fā)展中的一項(xiàng)重要突破，是解決刀具材料中硬度、耐磨與強(qiáng)度、韌性之間矛盾的一個(gè)有效措施。涂層刀具是在一些韌性較好的硬質(zhì)合金或高速鋼刀具基體上，涂覆一層耐磨性高的難熔化金屬化合物而獲得的。常用的涂層材料有TiC、TiN和Al2O3等。除上述單層涂層刀片外，還有TiC+TiN、TiC+TiN+ Al2O3等兩層、三層的復(fù)合涂層，其性能更優(yōu)。但是涂層刀具不適宜加工高溫合金、鈦合金及非金屬材料，也不適宜粗加工有夾砂、硬皮的鍛鑄件。
4 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。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，加工、焊接都非常困難，除少數(shù)特殊用途外很少作為切削工具應(yīng)用在工業(yè)中。人造金剛石又分為單晶金剛石和聚晶金剛石（PCD），聚晶金剛石的晶粒隨機(jī)排列，屬各向同性體，常用于制造刀具。但由于碳對(duì)鐵的親和作用，特別是在高溫下，金剛石能與鐵發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此它不宜于切削鐵及其合金工件。
5 立方氮化硼
立方氮化硼（CBN）是由六方氮化硼經(jīng)高溫高壓處理轉(zhuǎn)化而成，是純?nèi)斯ず铣傻牟牧?。其硬度高達(dá)8000HV，僅次于金剛石。CBN是一種新型刀具材料，它可耐1300-1500℃高溫，熱穩(wěn)定性好；它的化學(xué)穩(wěn)定性也很好，即使溫度高達(dá)1200-1300℃也不與鐵產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。立方氮化硼能以硬質(zhì)合金切削鑄鐵和普通鋼的切削速度對(duì)冷硬鑄鐵、淬硬鋼、高溫合金等進(jìn)行加工。
6 結(jié)束語(yǔ)
科學(xué)合理的選擇刀具的材料對(duì)生產(chǎn)效率、加工質(zhì)量和生產(chǎn)成本影響極大，因此要高度重視刀具材料的正確選擇和合理利用。
參考文獻(xiàn)：
[1]肖詩(shī)綱.刀具材料及其合理選擇（第二版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1990.
[2]沈延山.氮化鈦涂層刀具及其使用[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，1994.
[3]于啟勛，解麗靜.現(xiàn)代刀具材料系列講座（十） 超硬刀具材料―金剛石與立方氮化硼[J].機(jī)械工程師，2001（10）.
[4]于啟勛，林景.現(xiàn)代刀具材料系列講座（十二） 一種新型超硬刀具材料―氮化碳涂層[J].機(jī)械工程師，2001（12）.
陶瓷刀具范文第5篇
關(guān)鍵詞 機(jī)床 常用刀具 刀具材料
中圖分類(lèi)號(hào)：TG162.21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
工欲善其事，必先利其器，為了在車(chē)床上做良好的切削，正確地準(zhǔn)備和使用刀具是很重要的工作。不同的工作需要不同形狀的車(chē)刀，切削不同的材料要求不同種類(lèi)的刀具，車(chē)刀和工作物的位置和速度應(yīng)有一定相對(duì)的關(guān)系，車(chē)刀本身也應(yīng)具備足夠的硬度、強(qiáng)度而且耐磨、耐熱。因此，如何選擇車(chē)刀材料，是重要的考慮因素。下面就車(chē)刀材料做以下分析。
1機(jī)床常用車(chē)刀材料的種類(lèi)和用途
（1）按材料分：高速鋼刀、合金刀、涂層刀具、超硬刀具。
（2）按結(jié)構(gòu)形式分：鍛打刀、焊接刀、機(jī)夾刀。
（3）按用途分：外圓刀、內(nèi)圓刀、螺紋刀、切刀、左右偏刀、圓弧刀等。
2高速鋼
高速鋼又名鋒鋼或鋒鋼，又稱(chēng)白鋼。意思是淬火時(shí)即使在空氣中冷卻也能硬化，并且很鋒利。它是一種成分復(fù)雜的合金鋼，含有鎢、鉬、鉻、釩、鈷等碳化物形成元素。
機(jī)床其特點(diǎn)是：制造簡(jiǎn)單；有較高的硬度，耐磨性和耐熱性有足夠的強(qiáng)度和韌性；有較好的工藝性；能承受較大的沖擊力；可制造形狀復(fù)雜的刀具，如特種車(chē)刀、銑刀、鉆頭、拉刀和齒輪刀具等；但不能用于高速切削。
常用的高速鋼牌號(hào)為W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2兩種。
高速鋼淬火后的硬度為HRC62～66，其紅硬溫度550℃～600℃，。高速鋼有較高的抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性，可以進(jìn)行鑄造、鍛造、焊接、熱處理和切削加工，有良好的磨削性能，刃磨質(zhì)量較高，故多用來(lái)制造形狀復(fù)雜的刀具，如鉆頭、車(chē)刀、銑刀、插齒刀等，亦常用作低速精加工車(chē)刀和成形車(chē)刀。
3硬質(zhì)合金
（1）鎢鈷類(lèi)硬質(zhì)合金是由碳化鎢和金屬鈷組成的硬質(zhì)合金。它的代號(hào)是YG。其特點(diǎn)是：韌性好，抗彎強(qiáng)度高，抗壓強(qiáng)度，不怕沖擊，但是硬度和耐熱性較低。適用于加工鑄鐵、有色金屬、非金屬等脆性材料。常用牌號(hào)有YG3、YG6、YG8等，后面的數(shù)字表示含鈷量的百分比，含鈷量愈高，其承受沖擊的性能就愈好。
（2）鎢鉆鈦類(lèi)硬質(zhì)合金它的代號(hào)是YT，由wc、Tic和co組成。常用牌是YTl5、YT30等。其特點(diǎn)是：硬度為89～93HRA，耐熱溫度為800℃～1000℃；耐磨性、抗氧化性較高；但抗彎強(qiáng)度、沖擊韌度較低。適用于加工碳鋼、合金鋼等到塑性材料。加入碳化鈦可以增加合金的耐磨性，可以提高合金與塑性材料的粘結(jié)溫度，減少刀具磨損，也可以提高硬度；但韌性差，更脆、承受沖擊的性能也較差，一般用來(lái)加工塑性材料。常用牌號(hào)有YT5、YT15、YT30等，后面數(shù)字是碳化鈦含量的百分?jǐn)?shù)，碳化鈦的含量愈高，紅硬性愈好；但鈷的含量相應(yīng)愈低，韌性愈差，愈不耐沖擊。
（3）鎢鉭（鈮）鈷類(lèi)硬質(zhì)合金它的代號(hào)是YA，由wc、Tac和co組成。其特點(diǎn)是：保持了YG類(lèi)硬質(zhì)合金的抗彎強(qiáng)度和韌性，又提高了機(jī)床硬度、耐磨性、耐熱性，彌補(bǔ)了YG類(lèi)硬質(zhì)合金的不足。適用于加工鑄鐵、有色金屬等脆性材料，也適用于加工碳鋼和合金鋼。
4涂層刀具材料
涂層刀具是在強(qiáng)度和韌性較好的硬質(zhì)合金或高速鋼（HSS）基體表面上，利用氣相沉積方法涂覆一薄層耐磨性好的難熔金屬或非金屬化合物而獲得的。
4.1特點(diǎn)
涂層刀具具有表面硬度高、耐磨性好、化學(xué)性能穩(wěn)定、耐熱耐氧化、摩擦因數(shù)小和熱導(dǎo)率低等特性。多適用于高速鋼刀具和硬質(zhì)臺(tái)金。
4.2優(yōu)越性
在韌性較好的刀具基體上進(jìn)行表面涂層，涂覆具有高硬度、高耐磨性、耐高溫材料的薄層，使刀具具有全面、良好的綜合性能。未涂層高速鋼的硬度僅為62～68HRC，硬質(zhì)合金的硬度僅為89～93.5HRA；而涂層后的表面硬度可達(dá)2000～3000HV以上。
（1）由于表面涂層材料具有很高的硬度和耐磨性，且耐高溫。故與未涂層的刀具相比，涂層刀具允許采用較高的切削速度，從而提高了切削加工效率；或能在相同的切削速度下，提高刀具壽命。
（2）由于涂層材料與被加工材料之間的摩擦系數(shù)較小，故涂層刀具的切削力小于未涂層刀具。
（3）用涂層刀具加工，零件的已加工表面質(zhì)量較好。
（4）由于涂層刀具的綜合性能良好，故涂層硬質(zhì)合金刀片有較好的通用性，一種涂層硬質(zhì)合金牌號(hào)的刀片具有較寬的使用范圍。
5超硬刀具材料
陶瓷材料是陶瓷是在高壓高溫下燒結(jié)而成。陶瓷車(chē)刀是由氧化鋁粉未，添加少量元素，再經(jīng)由高溫?zé)Y(jié)而成，其硬度、抗熱性、切削速度比碳化鎢高，但是因?yàn)橘|(zhì)脆，故不適用于非連續(xù)或重車(chē)削，只適合高速精削。
陶瓷刀片的適合加工材質(zhì)：對(duì)灰鑄鐵、球墨鑄鐵、淬硬鋼和某些未淬硬鋼、耐熱合金則特別適合。可是對(duì)這些材料而言，陶瓷刀應(yīng)用成功，還需要刀刃口的外觀及微觀質(zhì)量保證，并需要最佳的切削參數(shù)。
立方氮化硼刀的硬度比陶瓷刀高很多，由于硬度高，與金剛石并稱(chēng)為超硬材料，常用來(lái)加工硬度高于RC48的材料，它有極好的高溫硬度，比硬質(zhì)合金刀片脆，與陶瓷刀片相比，沖擊強(qiáng)度和抗破碎性能有明顯提高。
立方氮化硼刀片適合加工材質(zhì)：灰鑄鐵、各種耐磨鑄鐵、鑄鋼、高速鋼、軸承鋼、粉末冶金鋼、高強(qiáng)度鋼、高錳鋼、高鉻鑄鐵、白口鑄鐵、奧氏體鐵、硬質(zhì)合金等等。
6總結(jié)
眾所周知，決定切削刀具的性能三個(gè)要素為基體材料，刀具涂層和幾何槽形。目前，刀具的材料決定了刀具的性能，決定了在切削加工中應(yīng)用范圍。在未來(lái)，科技的飛速發(fā)展必將帶來(lái)刀具的革新。
參考文獻(xiàn)
