陶瓷刀具材料有哪些

現代陶瓷(ci)刀(dao)(dao)具(ju)材(cai)料大(da)多(duo)數為復合陶瓷(ci)。目前國內(nei)外廣泛使用的(de)陶瓷(ci)刀(dao)(dao)具(ju)材(cai)料以及正在開(kai)發的(de)陶瓷(ci)刀(dao)(dao)具(ju)材(cai)料，基(ji)本上(shang)都是組合，采(cai)取不同(tong)的(de)增韌補強機制來進行(xing)顯(xian)微(wei)結構設計的(de)，其中(zhong)以氧(yang)化鋁（Al2O3）基(ji)和(he)氮化硅(gui)（Si3N4 ）基(ji)陶瓷(ci)刀(dao)(dao)具(ju)材(cai)料的(de)應用最廣泛。

1、氧化鋁（Al2O3）基陶瓷刀具材料

（1）純氧化鋁陶瓷

純氧化(hua)鋁陶瓷(ci)中的Al2O3成份占99.9%以上，多呈白色，俗稱白陶瓷(ci)。這是早(zao)期使(shi)用(yong)的陶瓷(ci)，由(you)于其強度低，抗熱振(zhen)性及(ji)斷裂韌性較差，切削(xue)時易崩刃，只適用(yong)于300HBW以下的鑄鐵和鋼的連續表面粗加(jia)工(gong)和半精加(jia)工(gong)，使(shi)用(yong)范(fan)圍非常有(you)限，故(gu)目前(qian)已被(bei)其它各種(zhong)Al2O3基復合陶瓷(ci)所取代(dai)。

（2）氧化鋁-碳化物系復合陶瓷

它(ta)是(shi)在(zai)Al2O3基體中加(jia)(jia)(jia)入TiC或SiC等成(cheng)份經熱壓(ya)燒結而成(cheng)的陶(tao)(tao)瓷，是(shi)目前國(guo)內外(wai)使(shi)用最多的陶(tao)(tao)瓷刀(dao)具(ju)材料之一。氧化鋁-碳化物系復(fu)合(he)陶(tao)(tao)瓷適于加(jia)(jia)(jia)工各種鋼(gang)材（碳素結構(gou)鋼(gang)、合(he)金(jin)結構(gou)鋼(gang)、高(gao)(gao)強度(du)鋼(gang)、高(gao)(gao)錳(meng)鋼(gang)、軸承(cheng)鋼(gang)、不銹鋼(gang)、淬硬(ying)鋼(gang)等）和各種鑄(zhu)鐵(tie)(tie)（包括冷硬(ying)鑄(zhu)鐵(tie)(tie)、高(gao)(gao)鉻鑄(zhu)鐵(tie)(tie)等），也可加(jia)(jia)(jia)工銅合(he)金(jin)、石墨(mo)、工程塑料和復(fu)合(he)材料；加(jia)(jia)(jia)工鋼(gang)優于Si3N4 基陶(tao)(tao)瓷刀(dao)具(ju)；但它(ta)不宜用來(lai)加(jia)(jia)(jia)工鋁合(he)金(jin)、鈦合(he)金(jin)和鉭合(he)金(jin)，否則容易產生化學磨損。

該圖片由注冊用戶"蕭菊"提供，版權聲明反饋

（3）納米金屬陶瓷刀具

它是在傳統(tong)的Al2O3 / TiC金屬陶(tao)瓷中(zhong)通過加入納米材料TiN（氮(dan)化(hua)(hua)鈦）和AlN（氮(dan)化(hua)(hua)鋁），經改性而(er)成的一種新(xin)型(xing)Al2O3基(ji)陶(tao)瓷刀(dao)具(ju)，可細化(hua)(hua)晶粒(li)和優化(hua)(hua)材料力(li)學(xue)性能。使用表明，這是高(gao)技術含(han)量及高(gao)附(fu)加值的新(xin)型(xing)刀(dao)具(ju)，可部分取(qu)代K20（YG8）、P10（YT15）等(deng)面廣(guang)量大的硬質合金刀(dao)具(ju)，刀(dao)具(ju)壽(shou)命可提高(gao)2倍以上，生產成本則與K20（YG8）刀(dao)具(ju)相當或稍低。目前，納米陶(tao)瓷及納米復合陶(tao)瓷刀(dao)具(ju)已成為高(gao)技術陶(tao)瓷材料研究開發的一個前沿(yan)領域(yu)。

（4）Al2O3 / SiCw晶須增韌陶瓷

在Al2O3陶(tao)瓷(ci)基(ji)(ji)體中添加20%-30% SiCw晶須（是直徑小于0.6μm，長度(du)(du)為(wei)10?80μm的(de)單晶，具有(you)一(yi)定的(de)纖(xian)維(wei)結構，抗拉強度(du)(du)為(wei)7 GPa，抗拉彈性(xing)(xing)模(mo)量超(chao)過700 GPa）而成(cheng)的(de)Al2O3 / SiCw晶須增韌陶(tao)瓷(ci)，可有(you)效地用于斷續切削及粗車、銑(xian)削和(he)(he)擴孔等(deng)工序，適于加工鎳(nie)基(ji)(ji)合金、高硬度(du)(du)鑄鐵和(he)(he)淬硬鋼等(deng)材料。SiCw晶須作用類(lei)似鋼筋混(hun)凝土(tu)中的(de)鋼筋，能(neng)成(cheng)為(wei)阻擋或改變裂(lie)紋(wen)發展的(de)障礙(ai)，使其(qi)韌性(xing)(xing)大幅度(du)(du)提高。

（5）Al2O3 /（W,Ti）C梯度功能陶瓷

它是通過(guo)控制陶瓷(ci)材料(liao)的(de)(de)組成(cheng)分(fen)布(bu)以形(xing)成(cheng)合理的(de)(de)梯度，從而(er)使(shi)刀(dao)具內部產(chan)生(sheng)有(you)利(li)的(de)(de)殘余應力(li)分(fen)布(bu)來抵消切削中的(de)(de)外載應力(li)。具有(you)表層熱導(dao)率(lv)高、有(you)利(li)于切削熱的(de)(de)傳出、熱膨脹系數(shu)小、結(jie)構完整性好(hao)、不易破損(sun)等(deng)特點。用其加(jia)工鋼鐵材料(liao)時的(de)(de)刀(dao)具壽命可比同(tong)類Al2O3/（W, Ti）C復(fu)合陶瓷(ci)SG-4高1-1.5倍，并且刀(dao)具有(you)很好(hao)的(de)(de)自(zi)礪性，崩刃后仍能進(jin)行正常切削。

（6）Al2O3 / TiB2 和Al2O3 / ZrO2 等復合陶瓷

在Al2O3中添加(jia)(jia)TiB2、Ti(C，N) 、ZrO2等(deng)成份的陶瓷可(ke)進(jin)一步提高材料(liao)(liao)的物理機械性(xing)能(neng)(neng)和切(qie)削(xue)(xue)加(jia)(jia)工(gong)性(xing)能(neng)(neng)，其(qi)中以Al2O3 / TiB2和Al2O3 / ZrO2使用(yong)較(jiao)多。如用(yong)Al2O3/ TiB2陶瓷刀(dao)具(ju)(ju)(ju)(ju)加(jia)(jia)工(gong)40CrNiMoA鋼(gang)時，刀(dao)具(ju)(ju)(ju)(ju)壽命為Al2O3/ TiC刀(dao)具(ju)(ju)(ju)(ju)的3倍，加(jia)(jia)工(gong)4Cr5MoVSi鋼(gang)時，刀(dao)具(ju)(ju)(ju)(ju)抗(kang)邊界磨損(sun)能(neng)(neng)力為Al2O3 / TiC刀(dao)具(ju)(ju)(ju)(ju)的2倍。而Al2O3 / ZrO2陶瓷刀(dao)具(ju)(ju)(ju)(ju)材料(liao)(liao)的斷(duan)裂韌度(du)、強度(du)和耐磨性(xing)高，抗(kang)崩刃性(xing)能(neng)(neng)好。如用(yong)CC620刀(dao)片粗(cu)車(che)(che)(che)(che)和半(ban)精(jing)車(che)(che)(che)(che)鑄鐵(tie)和球(qiu)墨鑄鐵(tie)等(deng)材料(liao)(liao)，切(qie)削(xue)(xue)速(su)度(du)可(ke)達900 m/min；用(yong)于加(jia)(jia)工(gong)合金鋼(gang)時，粗(cu)車(che)(che)(che)(che)切(qie)削(xue)(xue)速(su)度(du)可(ke)達200 m/min，精(jing)車(che)(che)(che)(che)切(qie)削(xue)(xue)速(su)度(du)可(ke)達800 m/min。

2、氮化硅（Si3 N4）基陶瓷刀具材料

Si3N4陶(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)(ci)是一種非氧(yang)化(hua)物工(gong)程陶(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)(ci)，其硬度可達(da)1800-2000 HV，熱(re)硬性好，能承(cheng)受1300-1400℃的高(gao)溫，與碳(tan)和金(jin)(jin)屬元素化(hua)學反應較小(xiao)，摩擦系數(shu)也較低。這類(lei)刀具(ju)(ju)適于(yu)切(qie)削鑄鐵、高(gao)溫合(he)金(jin)(jin)和鎳基(ji)合(he)金(jin)(jin)等材料，尤其適用于(yu)大進給(gei)量(liang)或斷(duan)續(xu)切(qie)削。由(you)于(yu)純Si3N4 陶(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)(ci)刀具(ju)(ju)在切(qie)削長切(qie)屑（如軟鋼）時極易產生(sheng)月(yue)牙洼(wa)磨損，所(suo)以新一代Si3N4 陶(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)(ci)均為Si3N4 復合(he)陶(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)(ci)刀具(ju)(ju)。最(zui)新的Si3N4 復合(he)陶(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)(ci)不僅可用于(yu)粗加工(gong)，而且可用于(yu)斷(duan)續(xu)切(qie)削和有冷卻(que)液(ye)的切(qie)削。目前Si3N4基(ji)陶(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)(ci)刀具(ju)(ju)的崩刃率為2%-3%，與硬質合(he)金(jin)(jin)相當，可以大量(liang)應用于(yu)生(sheng)產線。該(gai)類(lei)陶(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)(ci)刀具(ju)(ju)的缺點是加工(gong)性比普通Al2O3陶(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)(ci)差(cha)。

（1）Si3 N4 / TiC復合陶瓷

其韌(ren)性和抗彎強度高于(yu)(yu)Al2O3基陶(tao)瓷，而硬度卻不降低；熱導率亦(yi)高于(yu)(yu)Al2O3基陶(tao)瓷，故在生產中應(ying)用比(bi)較廣泛。

（2）Si3 N4 / SiCw晶須增韌陶瓷

它是在Si3N4基(ji)體(ti)中加入一定量(liang)的碳化物晶須而成，從而可提高(gao)陶瓷刀具的斷裂韌度。中國生(sheng)產(chan)的牌(pai)號有(you)(you)SW21（Si3N4/ SiCw）與FD03（Si3N4/TiCw）等。一些國外切削(xue)專(zhuan)家認為，用Si3N4基(ji)陶瓷切削(xue)鋼材的效果不如Al2O3 基(ji)復合陶瓷，故不推薦用其加工鋼材。但用FD03刀片切削(xue)淬硬鋼（60-68HRC）、高(gao)錳鋼、高(gao)鉻鋼和軸承(cheng)鋼時也有(you)(you)較好的效果。

（3）賽阿龍（Sialon）陶瓷

它(ta)是(shi)以Si3N4為硬質相，Al2O3 為耐(nai)磨相，并(bing)添(tian)加(jia)少量助燒結(jie)劑Y2O3，經(jing)熱(re)(re)壓燒結(jie)而成，常(chang)(chang)稱賽阿龍（Sialon）。Sialon實(shi)際上是(shi)Si3N4中(zhong)Si、N原子被Al和(he)(he)O原子置換所形成的(de)(de)(de)一大類固溶體的(de)(de)(de)總(zong)稱，主要有β-Sialon、α-Sialon、O-Sialon 3種(zhong)，尤以前兩種(zhong)最為常(chang)(chang)見。這種(zhong)陶瓷的(de)(de)(de)抗彎強度和(he)(he)斷裂(lie)韌度較高(gao)，抗氧化能力和(he)(he)高(gao)溫(wen)(wen)(wen)抗蠕變能力好(hao)，熱(re)(re)導(dao)率(lv)高(gao)，熱(re)(re)膨脹(zhang)系數(shu)小，抗熱(re)(re)振(zhen)性好(hao)，適于粗車(che)及銑削鑄鐵和(he)(he)鎳基高(gao)溫(wen)(wen)(wen)合金等(deng)難(nan)加(jia)工材(cai)料。除能采(cai)用(yong)較大的(de)(de)(de)進(jin)給量及切削速(su)度高(gao)速(su)加(jia)工鑄鐵和(he)(he)高(gao)溫(wen)(wen)(wen)合金外，并(bing)可在面銑刀(dao)上采(cai)用(yong)雙(shuang)正前角(jiao)（側前角(jiao)和(he)(he)背前角(jiao)均為正值）。

（4）涂層Si3N4陶瓷刀具

Si3N4基(ji)陶瓷(ci)(ci)的(de)(de)韌(ren)性(xing)優于(yu)Al2O3基(ji)陶瓷(ci)(ci)，但其耐磨(mo)性(xing)稍(shao)差。切削(xue)鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)時，Si3N4陶瓷(ci)(ci)刀(dao)具(ju)(ju)的(de)(de)后(hou)(hou)刀(dao)面磨(mo)損(sun)大于(yu)Al2O3陶瓷(ci)(ci)刀(dao)具(ju)(ju)；切削(xue)鋼(gang)料(liao)(liao)時，Si3N4陶瓷(ci)(ci)刀(dao)具(ju)(ju)的(de)(de)月牙(ya)洼磨(mo)損(sun)較大。為(wei)(wei)此，國外在(zai)(zai)Si3N4基(ji)陶瓷(ci)(ci)表面上(shang)施(shi)以TiN、TiC、Ti（C﹐N）和(he)Al2O3等涂(tu)層(ceng)(ceng)，可單涂(tu)層(ceng)(ceng)，也可用多涂(tu)層(ceng)(ceng)。經涂(tu)層(ceng)(ceng)后(hou)(hou)的(de)(de)Si3N4陶瓷(ci)(ci)刀(dao)具(ju)(ju)磨(mo)損(sun)量為(wei)(wei)未涂(tu)層(ceng)(ceng)的(de)(de)1/3，使(shi)加工普通鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)的(de)(de)切削(xue)速(su)度(du)(du)(du)更快(kuai)，并(bing)且刀(dao)具(ju)(ju)壽(shou)命更長(chang)。比如Sandvik公司的(de)(de)GC1690涂(tu)層(ceng)(ceng)氮(dan)化硅陶瓷(ci)(ci)刀(dao)具(ju)(ju)，在(zai)(zai)加工高強度(du)(du)(du)灰(hui)鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)時的(de)(de)進給(gei)量達0.4 mm/r，切削(xue)速(su)度(du)(du)(du)為(wei)(wei)500 m/min。涂(tu)層(ceng)(ceng)氮(dan)化硅陶瓷(ci)(ci)刀(dao)具(ju)(ju)，切鋼(gang)時抗月牙(ya)洼磨(mo)損(sun)的(de)(de)能(neng)力強，其切削(xue)速(su)度(du)(du)(du)可達Al2O3基(ji)陶瓷(ci)(ci)刀(dao)具(ju)(ju)的(de)(de)切削(xue)速(su)度(du)(du)(du)，但進給(gei)量卻大于(yu)后(hou)(hou)者而接近涂(tu)層(ceng)(ceng)硬質合金刀(dao)具(ju)(ju)，使(shi)材料(liao)(liao)切除率(lv)大大提(ti)高。

如何選用合適的陶瓷刀具材料

1、切削刀具材料與加工對象的力學性能匹配

切(qie)削(xue)刀(dao)具(ju)與(yu)(yu)加工(gong)(gong)對象的(de)力學(xue)性(xing)(xing)(xing)能匹配(pei)問題主要(yao)(yao)是指(zhi)刀(dao)具(ju)與(yu)(yu)工(gong)(gong)件(jian)材料(liao)的(de)強度(du)、韌性(xing)(xing)(xing)和硬(ying)度(du)等力學(xue)性(xing)(xing)(xing)能參(can)數要(yao)(yao)相匹配(pei)。具(ju)有(you)不(bu)同力學(xue)性(xing)(xing)(xing)能的(de)刀(dao)具(ju)材料(liao)所(suo)適合加工(gong)(gong)的(de)工(gong)(gong)件(jian)材料(liao)有(you)所(suo)不(bu)同。高(gao)(gao)硬(ying)度(du)的(de)工(gong)(gong)件(jian)材料(liao)，必(bi)須(xu)用更高(gao)(gao)硬(ying)度(du)的(de)刀(dao)具(ju)來加工(gong)(gong)，刀(dao)具(ju)材料(liao)的(de)硬(ying)度(du)必(bi)須(xu)高(gao)(gao)于工(gong)(gong)件(jian)材料(liao)的(de)硬(ying)度(du)，一(yi)般要(yao)(yao)求在60HRC以(yi)上。刀(dao)具(ju)材料(liao)的(de)硬(ying)度(du)越高(gao)(gao)，其耐磨性(xing)(xing)(xing)就越好。陶(tao)瓷刀(dao)具(ju)優良的(de)高(gao)(gao)溫性(xing)(xing)(xing)能使其能夠以(yi)高(gao)(gao)的(de)速(su)度(du)進(jin)行切(qie)削(xue)，允許的(de)切(qie)削(xue)速(su)度(du)可比硬(ying)質合金提(ti)高(gao)(gao)2～10倍。

2、切削刀具材料與加工對象的物理性能匹配

比如加工導熱性差的(de)工件時，應采用(yong)導熱較好(hao)的(de)刀具(ju)材料，以使切削(xue)熱得(de)以迅速傳出而降低切削(xue)溫度(du)。

3、切削刀具材料與加工對象的化學性能匹配

切削刀具材(cai)料與(yu)(yu)加(jia)工對象(xiang)的(de)化(hua)(hua)學性(xing)能匹(pi)配問題主要是指刀具材(cai)料與(yu)(yu)工件材(cai)料化(hua)(hua)學親和性(xing)、化(hua)(hua)學反應、擴散和溶解(jie)等化(hua)(hua)學性(xing)能參數要相匹(pi)配。材(cai)料不(bu)(bu)同的(de)刀具所(suo)適(shi)合加(jia)工的(de)工件材(cai)料有所(suo)不(bu)(bu)同。