金属切削刀具材料--陶瓷

陶瓷刀具是以氧化铝(Al2O3)或以氮化硅(Si3N4)为基体再添加少量金属，在高温下烧结而成的一种陶瓷刀具材料。陶瓷刀具一般适用于在高速下精细加工硬材料。

陶瓷刀具的特点

1)有高硬度与高耐磨性，常温硬度达91—95HRA，超过硬质合金。因此陶瓷刀具可用于切削60HRC以上的硬材料。

2)有高的耐热性，1200℃下硬度为80HRA，强度、韧性降低较少。

3)有高的化学稳定性。在高温下仍有较好的抗氧化、抗粘结性能，因此陶瓷刀具的热磨损较少。

4)有较低的摩擦系数，切屑不易粘刀，不易产生积屑瘤。

5)强度与韧性低。强度只有硬质合金的1/2。因此陶瓷刀具切削时需要选择合适的几何参数与切削用量，避免承受冲击载荷，以防崩刃与破损。

6)热导率低，仅为硬质合金的1/2~1/5，热胀系数比硬质合金高10%~30%，这就使陶瓷刀具抗热冲击性能较差。陶瓷刀具切削时不宜有较大的温度波动，一般不加切削液。

陶瓷刀具的种类与应用特点

20世纪50年代陶瓷刀具使用的是纯氧化铝陶瓷，抗弯强度低于45MPa，20世纪60年代使用热压工艺，使抗弯强度提高到50~60MPa。20世纪70年代使用氧化铝添加碳化钛混合陶瓷，20世纪80年代使用氮化硅基陶瓷，抗弯强度可达到70~85MPa。至此陶瓷刀具的应用有了较大发展。近几年来陶瓷刀具在开发与性能改进方面取得很大成就，因此，新型陶瓷刀具是很有前途的一种陶瓷刀具材料。

1．氧化铝一碳化物系陶瓷：将一定量的碳化物（一般多用TiC）添加到Al2O3中，并采用热压工艺制成，TiC的质量分数达30%左右时即可有效地提高陶瓷的密度、强度与韧性，改善耐磨性及抗热振性，使刀片不易产生热裂纹，不易破损；氧化铝一碳化物系陶瓷中添加Ni、Co、W等作为粘结金属，可提高氧化铝与碳化物的结合强度。这类陶瓷刀具可用于加工高强度的调质钢、镍基或钻基合金及非金属材料，由于抗热振性能提高，也可用于断续切削条件下的铣削或刨削。

2．氮化硅基陶瓷

氮化硅基陶瓷是将硅粉经氮化、球磨后添加助烧剂置于模腔内热压烧结而成。主要性能特点是：

1)硬度高，达到1800~1900HV，耐磨性好。

2)耐热性、抗氧化性好，达1200~1300℃。

3)氮化硅与碳和金属元素化学反应较小，摩擦系数也较低。用于切削钢、铜、铝均不粘屑，不易产生积屑瘤，提高了加工表面质量。

氮化硅基陶瓷最大特点是能进行高速切削，车削灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁等材料效果更为明显。切削速度可提高到500~600m/min。由于抗热冲击性能优于其它陶瓷刀具，在切削与刃磨时都不易发生崩刃现象。

氮化硅陶瓷适宜于精车、半精车，精铣或半精铣。可用于精车铝合金，达到以车代磨。还可用于车削51~54HRC镍基合金、高锰钢等难加工材料。

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