金屬切削刀具材料--陶瓷

陶瓷刀具是以氧化鋁(Al2O3)或以氮化矽(Si3N4)為基體再添加少量金屬，在高溫下燒結而成的一種陶瓷刀具材料。陶瓷刀具一般適用於在高速下精細加工硬材料。

陶瓷刀具的特點

1)有高硬度與高耐磨性，常溫硬度達91—95HRA，超過硬質合金。因此陶瓷刀具可用於切削60HRC以上的硬材料。

2)有高的耐熱性，1200℃下硬度為80HRA，強度、韌性降低較少。

3)有高的化學穩定性。在高溫下仍有較好的抗氧化、抗粘結性能，因此陶瓷刀具的熱磨損較少。

4)有較低的摩擦系數，切屑不易粘刀，不易產生積屑瘤。

5)強度與韌性低。強度只有硬質合金的1/2。因此陶瓷刀具切削時需要選擇合適的幾何參數與切削用量，避免承受沖擊載荷，以防崩刃與破損。

6)熱導率低，僅為硬質合金的1/2~1/5，熱脹系數比硬質合金高10%~30%，這就使陶瓷刀具抗熱沖擊性能較差。陶瓷刀具切削時不宜有較大的溫度波動，一般不加切削液。

陶瓷刀具的種類與應用特點

20世紀50年代陶瓷刀具使用的是純氧化鋁陶瓷，抗彎強度低於45MPa，20世紀60年代使用熱壓工藝，使抗彎強度提高到50~60MPa。20世紀70年代使用氧化鋁添加碳化鈦混合陶瓷，20世紀80年代使用氮化矽基陶瓷，抗彎強度可達到70~85MPa。至此陶瓷刀具的應用有了較大發展。近幾年來陶瓷刀具在開發與性能改進方面取得很大成就，因此，新型陶瓷刀具是很有前途的一種陶瓷刀具材料。

1．氧化鋁一碳化物系陶瓷：將一定量的碳化物（一般多用TiC）添加到Al2O3中，並采用熱壓工藝制成，TiC的質量分數達30%左右時即可有效地提高陶瓷的密度、強度與韌性，改善耐磨性及抗熱振性，使刀片不易產生熱裂紋，不易破損；氧化鋁一碳化物系陶瓷中添加Ni、Co、W等作為粘結金屬，可提高氧化鋁與碳化物的結合強度。這類陶瓷刀具可用於加工高強度的調質鋼、鎳基或鑽基合金及非金屬材料，由於抗熱振性能提高，也可用於斷續切削條件下的銑削或刨削。

2．氮化矽基陶瓷

氮化矽基陶瓷是將矽粉經氮化、球磨後添加助燒劑置於模腔內熱壓燒結而成。主要性能特點是：

1)硬度高，達到1800~1900HV，耐磨性好。

2)耐熱性、抗氧化性好，達1200~1300℃。

3)氮化矽與碳和金屬元素化學反應較小，摩擦系數也較低。用於切削鋼、銅、鋁均不粘屑，不易產生積屑瘤，提高了加工表面質量。

氮化矽基陶瓷最大特點是能進行高速切削，車削灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵等材料效果更為明顯。切削速度可提高到500~600m/min。由於抗熱沖擊性能優於其它陶瓷刀具，在切削與刃磨時都不易發生崩刃現象。

氮化矽陶瓷適宜於精車、半精車，精銑或半精銑。可用於精車鋁合金，達到以車代磨。還可用於車削51~54HRC鎳基合金、高錳鋼等難加工材料。

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