陶瓷刀具材料有哪些

現代陶(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)刀(dao)具材(cai)(cai)料(liao)(liao)大(da)多數為復(fu)合(he)陶(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)。目前國內外廣泛使用(yong)的(de)(de)陶(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)刀(dao)具材(cai)(cai)料(liao)(liao)以及(ji)正(zheng)在開發的(de)(de)陶(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)刀(dao)具材(cai)(cai)料(liao)(liao)，基(ji)本上都(dou)是組合(he)，采取不(bu)同(tong)的(de)(de)增韌(ren)補強機制來進行顯(xian)微(wei)結(jie)構設計的(de)(de)，其中(zhong)以氧化(hua)鋁（Al2O3）基(ji)和氮化(hua)硅（Si3N4 ）基(ji)陶(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)刀(dao)具材(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)應(ying)用(yong)最廣泛。

1、氧化鋁（Al2O3）基陶瓷刀具材料

（1）純氧化鋁陶瓷

純氧化鋁陶(tao)瓷中的Al2O3成份占(zhan)99.9%以上，多呈(cheng)白(bai)色，俗稱白(bai)陶(tao)瓷。這是(shi)早期(qi)使用的陶(tao)瓷，由于(yu)其(qi)強度低，抗熱振(zhen)性及斷裂(lie)韌性較差，切削時(shi)易崩刃，只適用于(yu)300HBW以下的鑄鐵和鋼的連續表面粗加工和半精加工，使用范圍非(fei)常有(you)限，故目(mu)前(qian)已(yi)被其(qi)它(ta)各種Al2O3基(ji)復合陶(tao)瓷所取代(dai)。

（2）氧化鋁-碳化物系復合陶瓷

它(ta)是在Al2O3基(ji)體(ti)中加入(ru)TiC或SiC等(deng)成(cheng)份經熱壓燒(shao)結而成(cheng)的陶瓷(ci)，是目前國(guo)內外使用(yong)最(zui)多(duo)的陶瓷(ci)刀具材料之一。氧(yang)化(hua)鋁(lv)-碳化(hua)物系復合陶瓷(ci)適于(yu)加工(gong)(gong)(gong)各種(zhong)鋼(gang)材（碳素結構鋼(gang)、合金(jin)結構鋼(gang)、高強(qiang)度鋼(gang)、高錳鋼(gang)、軸承(cheng)鋼(gang)、不(bu)銹鋼(gang)、淬硬鋼(gang)等(deng)）和(he)各種(zhong)鑄鐵（包括冷硬鑄鐵、高鉻鑄鐵等(deng)），也(ye)可(ke)加工(gong)(gong)(gong)銅合金(jin)、石墨、工(gong)(gong)(gong)程塑料和(he)復合材料；加工(gong)(gong)(gong)鋼(gang)優于(yu)Si3N4 基(ji)陶瓷(ci)刀具；但它(ta)不(bu)宜用(yong)來加工(gong)(gong)(gong)鋁(lv)合金(jin)、鈦合金(jin)和(he)鉭合金(jin)，否則容易產(chan)生(sheng)化(hua)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(shi)在傳統的(de)(de)Al2O3 / TiC金(jin)屬陶(tao)瓷(ci)(ci)中通(tong)過加入納(na)米(mi)材(cai)(cai)料(liao)TiN（氮化(hua)鈦）和AlN（氮化(hua)鋁(lv)），經改性(xing)而(er)成的(de)(de)一種新型(xing)Al2O3基陶(tao)瓷(ci)(ci)刀(dao)具(ju)，可(ke)細化(hua)晶(jing)粒和優(you)化(hua)材(cai)(cai)料(liao)力學性(xing)能(neng)。使用(yong)表明，這是(shi)高技術含(han)量及高附加值(zhi)的(de)(de)新型(xing)刀(dao)具(ju)，可(ke)部分取代K20（YG8）、P10（YT15）等面廣量大(da)的(de)(de)硬(ying)質合(he)金(jin)刀(dao)具(ju)，刀(dao)具(ju)壽(shou)命(ming)可(ke)提高2倍以上，生(sheng)產成本則與K20（YG8）刀(dao)具(ju)相當或稍低。目前，納(na)米(mi)陶(tao)瓷(ci)(ci)及納(na)米(mi)復合(he)陶(tao)瓷(ci)(ci)刀(dao)具(ju)已成為高技術陶(tao)瓷(ci)(ci)材(cai)(cai)料(liao)研(yan)究開(kai)發的(de)(de)一個前沿領(ling)域。

（4）Al2O3 / SiCw晶須增韌陶瓷

在Al2O3陶瓷基體中添加20%-30% SiCw晶(jing)(jing)須（是直徑(jing)小于(yu)0.6μm，長度(du)(du)(du)為10?80μm的(de)(de)單晶(jing)(jing)，具有一定的(de)(de)纖維結構，抗拉強度(du)(du)(du)為7 GPa，抗拉彈性模量超(chao)過(guo)700 GPa）而成的(de)(de)Al2O3 / SiCw晶(jing)(jing)須增(zeng)韌陶瓷，可有效地用于(yu)斷續切削及粗車、銑削和擴孔等工序(xu)，適于(yu)加工鎳基合金、高(gao)硬度(du)(du)(du)鑄(zhu)鐵和淬硬鋼(gang)等材料。SiCw晶(jing)(jing)須作用類似鋼(gang)筋混凝土中的(de)(de)鋼(gang)筋，能成為阻擋(dang)或改變裂紋發展(zhan)的(de)(de)障礙，使其韌性大幅度(du)(du)(du)提高(gao)。

（5）Al2O3 /（W,Ti）C梯度功能陶瓷

它(ta)是通過控制陶(tao)(tao)瓷材(cai)料的(de)(de)組成(cheng)(cheng)分(fen)布以形成(cheng)(cheng)合(he)理(li)的(de)(de)梯度，從而使刀具(ju)內部產生有(you)(you)利的(de)(de)殘余應力分(fen)布來抵消(xiao)切削中的(de)(de)外載應力。具(ju)有(you)(you)表層熱導率高、有(you)(you)利于切削熱的(de)(de)傳出、熱膨脹(zhang)系數(shu)小、結構完整(zheng)性好、不易(yi)破損(sun)等(deng)特點。用其(qi)加(jia)工鋼鐵(tie)材(cai)料時的(de)(de)刀具(ju)壽命(ming)可比(bi)同類Al2O3/（W, Ti）C復合(he)陶(tao)(tao)瓷SG-4高1-1.5倍，并且(qie)刀具(ju)有(you)(you)很(hen)好的(de)(de)自礪性，崩(beng)刃后仍能進行正(zheng)常切削。

（6）Al2O3 / TiB2 和Al2O3 / ZrO2 等復合陶瓷

在Al2O3中(zhong)添加(jia)(jia)TiB2、Ti(C，N) 、ZrO2等(deng)成份的陶(tao)瓷可(ke)進一(yi)步提高(gao)(gao)材(cai)料(liao)(liao)的物理機械性能和切(qie)削(xue)加(jia)(jia)工性能，其中(zhong)以Al2O3 / TiB2和Al2O3 / ZrO2使(shi)用(yong)較多。如用(yong)Al2O3/ TiB2陶(tao)瓷刀(dao)(dao)具(ju)加(jia)(jia)工40CrNiMoA鋼時，刀(dao)(dao)具(ju)壽(shou)命為(wei)(wei)Al2O3/ TiC刀(dao)(dao)具(ju)的3倍，加(jia)(jia)工4Cr5MoVSi鋼時，刀(dao)(dao)具(ju)抗(kang)邊界(jie)磨損能力為(wei)(wei)Al2O3 / TiC刀(dao)(dao)具(ju)的2倍。而Al2O3 / ZrO2陶(tao)瓷刀(dao)(dao)具(ju)材(cai)料(liao)(liao)的斷裂韌度(du)(du)、強度(du)(du)和耐磨性高(gao)(gao)，抗(kang)崩(beng)刃性能好(hao)。如用(yong)CC620刀(dao)(dao)片粗車和半精車鑄(zhu)鐵和球墨鑄(zhu)鐵等(deng)材(cai)料(liao)(liao)，切(qie)削(xue)速度(du)(du)可(ke)達900 m/min；用(yong)于加(jia)(jia)工合金鋼時，粗車切(qie)削(xue)速度(du)(du)可(ke)達200 m/min，精車切(qie)削(xue)速度(du)(du)可(ke)達800 m/min。

2、氮化硅（Si3 N4）基陶瓷刀具材料

Si3N4陶(tao)瓷(ci)(ci)(ci)(ci)是一種(zhong)非(fei)氧化物工(gong)程陶(tao)瓷(ci)(ci)(ci)(ci)，其硬(ying)度可達1800-2000 HV，熱硬(ying)性(xing)好，能承受1300-1400℃的高(gao)溫(wen)，與碳和(he)(he)金(jin)屬元素化學反應較(jiao)小，摩擦(ca)系(xi)數也較(jiao)低。這類(lei)刀(dao)具(ju)適(shi)于切削鑄鐵、高(gao)溫(wen)合(he)金(jin)和(he)(he)鎳基合(he)金(jin)等材料(liao)，尤其適(shi)用于大(da)進給量(liang)或(huo)斷續切削。由(you)于純Si3N4 陶(tao)瓷(ci)(ci)(ci)(ci)刀(dao)具(ju)在切削長切屑（如軟(ruan)鋼）時極易產生月牙洼磨損，所(suo)以新一代Si3N4 陶(tao)瓷(ci)(ci)(ci)(ci)均為(wei)Si3N4 復合(he)陶(tao)瓷(ci)(ci)(ci)(ci)刀(dao)具(ju)。最新的Si3N4 復合(he)陶(tao)瓷(ci)(ci)(ci)(ci)不僅可用于粗加工(gong)，而(er)且可用于斷續切削和(he)(he)有冷卻(que)液的切削。目(mu)前Si3N4基陶(tao)瓷(ci)(ci)(ci)(ci)刀(dao)具(ju)的崩刃率為(wei)2%-3%，與硬(ying)質合(he)金(jin)相當，可以大(da)量(liang)應用于生產線(xian)。該類(lei)陶(tao)瓷(ci)(ci)(ci)(ci)刀(dao)具(ju)的缺點是加工(gong)性(xing)比普通Al2O3陶(tao)瓷(ci)(ci)(ci)(ci)差。

（1）Si3 N4 / TiC復合陶瓷

其韌性(xing)和抗彎(wan)強度(du)高(gao)于Al2O3基(ji)陶(tao)瓷(ci)，而(er)硬度(du)卻不降低(di)；熱導率亦(yi)高(gao)于Al2O3基(ji)陶(tao)瓷(ci)，故在生產中(zhong)應(ying)用比較(jiao)廣泛。

（2）Si3 N4 / SiCw晶須增韌陶瓷

它是在Si3N4基體中加(jia)入(ru)一(yi)定量的(de)碳(tan)化物(wu)晶須而(er)成，從而(er)可提高陶(tao)(tao)瓷(ci)刀(dao)具的(de)斷裂韌度。中國生產(chan)的(de)牌號有SW21（Si3N4/ SiCw）與(yu)FD03（Si3N4/TiCw）等。一(yi)些國外切(qie)削(xue)(xue)專家認為，用Si3N4基陶(tao)(tao)瓷(ci)切(qie)削(xue)(xue)鋼(gang)材的(de)效(xiao)果不如Al2O3 基復合陶(tao)(tao)瓷(ci)，故不推薦(jian)用其加(jia)工鋼(gang)材。但用FD03刀(dao)片切(qie)削(xue)(xue)淬硬鋼(gang)（60-68HRC）、高錳鋼(gang)、高鉻(ge)鋼(gang)和軸承鋼(gang)時也有較(jiao)好的(de)效(xiao)果。

（3）賽阿龍（Sialon）陶瓷

它是(shi)以Si3N4為(wei)(wei)硬質(zhi)相(xiang)，Al2O3 為(wei)(wei)耐磨相(xiang)，并添加少(shao)量助燒結劑Y2O3，經熱壓燒結而成(cheng)，常稱(cheng)(cheng)賽阿龍（Sialon）。Sialon實際上(shang)是(shi)Si3N4中Si、N原子被Al和(he)O原子置換(huan)所形(xing)成(cheng)的一大類固溶體的總(zong)稱(cheng)(cheng)，主要有β-Sialon、α-Sialon、O-Sialon 3種(zhong)，尤以前兩種(zhong)最為(wei)(wei)常見。這種(zhong)陶瓷的抗(kang)(kang)彎(wan)強度(du)和(he)斷裂韌度(du)較高(gao)，抗(kang)(kang)氧(yang)化能力和(he)高(gao)溫(wen)抗(kang)(kang)蠕變能力好(hao)，熱導率高(gao)，熱膨(peng)脹系數小，抗(kang)(kang)熱振性好(hao)，適于粗車及銑削(xue)(xue)鑄鐵和(he)鎳(nie)基(ji)高(gao)溫(wen)合(he)金等難加工(gong)材料。除(chu)能采用較大的進給量及切削(xue)(xue)速度(du)高(gao)速加工(gong)鑄鐵和(he)高(gao)溫(wen)合(he)金外，并可在面(mian)銑刀上(shang)采用雙正(zheng)(zheng)前角(jiao)（側前角(jiao)和(he)背前角(jiao)均為(wei)(wei)正(zheng)(zheng)值(zhi)）。

（4）涂層Si3N4陶瓷刀具

Si3N4基(ji)陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)的(de)(de)(de)(de)(de)韌性(xing)優于Al2O3基(ji)陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)，但其耐磨(mo)性(xing)稍(shao)差。切(qie)(qie)削(xue)(xue)鑄鐵時(shi)，Si3N4陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)刀(dao)具的(de)(de)(de)(de)(de)后刀(dao)面磨(mo)損(sun)(sun)大(da)于Al2O3陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)刀(dao)具；切(qie)(qie)削(xue)(xue)鋼料(liao)(liao)時(shi)，Si3N4陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)刀(dao)具的(de)(de)(de)(de)(de)月(yue)牙洼磨(mo)損(sun)(sun)較大(da)。為此(ci)，國外在Si3N4基(ji)陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)表面上施以(yi)TiN、TiC、Ti（C﹐N）和Al2O3等涂(tu)層(ceng)，可(ke)單涂(tu)層(ceng)，也可(ke)用多涂(tu)層(ceng)。經(jing)涂(tu)層(ceng)后的(de)(de)(de)(de)(de)Si3N4陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)刀(dao)具磨(mo)損(sun)(sun)量為未涂(tu)層(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)1/3，使加(jia)工普通鑄鐵的(de)(de)(de)(de)(de)切(qie)(qie)削(xue)(xue)速(su)(su)度(du)(du)(du)更快，并且刀(dao)具壽命更長。比如(ru)Sandvik公司(si)的(de)(de)(de)(de)(de)GC1690涂(tu)層(ceng)氮化硅陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)刀(dao)具，在加(jia)工高(gao)強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)灰鑄鐵時(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)進(jin)給量達0.4 mm/r，切(qie)(qie)削(xue)(xue)速(su)(su)度(du)(du)(du)為500 m/min。涂(tu)層(ceng)氮化硅陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)刀(dao)具，切(qie)(qie)鋼時(shi)抗月(yue)牙洼磨(mo)損(sun)(sun)的(de)(de)(de)(de)(de)能力強(qiang)(qiang)，其切(qie)(qie)削(xue)(xue)速(su)(su)度(du)(du)(du)可(ke)達Al2O3基(ji)陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)刀(dao)具的(de)(de)(de)(de)(de)切(qie)(qie)削(xue)(xue)速(su)(su)度(du)(du)(du)，但進(jin)給量卻大(da)于后者而(er)接近涂(tu)層(ceng)硬質合金刀(dao)具，使材料(liao)(liao)切(qie)(qie)除率大(da)大(da)提高(gao)。

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

切削(xue)刀(dao)(dao)具與(yu)加工(gong)(gong)(gong)對象(xiang)的(de)力(li)學性(xing)能(neng)匹(pi)配問題主要是指刀(dao)(dao)具與(yu)工(gong)(gong)(gong)件(jian)材(cai)料(liao)(liao)的(de)強度、韌性(xing)和硬(ying)(ying)度等(deng)力(li)學性(xing)能(neng)參數要相匹(pi)配。具有(you)不同(tong)力(li)學性(xing)能(neng)的(de)刀(dao)(dao)具材(cai)料(liao)(liao)所適(shi)合(he)加工(gong)(gong)(gong)的(de)工(gong)(gong)(gong)件(jian)材(cai)料(liao)(liao)有(you)所不同(tong)。高(gao)(gao)硬(ying)(ying)度的(de)工(gong)(gong)(gong)件(jian)材(cai)料(liao)(liao)，必(bi)須(xu)(xu)用更高(gao)(gao)硬(ying)(ying)度的(de)刀(dao)(dao)具來加工(gong)(gong)(gong)，刀(dao)(dao)具材(cai)料(liao)(liao)的(de)硬(ying)(ying)度必(bi)須(xu)(xu)高(gao)(gao)于工(gong)(gong)(gong)件(jian)材(cai)料(liao)(liao)的(de)硬(ying)(ying)度，一般要求在60HRC以(yi)上(shang)。刀(dao)(dao)具材(cai)料(liao)(liao)的(de)硬(ying)(ying)度越高(gao)(gao)，其(qi)耐磨(mo)性(xing)就越好。陶瓷(ci)刀(dao)(dao)具優良的(de)高(gao)(gao)溫性(xing)能(neng)使其(qi)能(neng)夠以(yi)高(gao)(gao)的(de)速(su)度進行切削(xue)，允許的(de)切削(xue)速(su)度可比硬(ying)(ying)質合(he)金提高(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(cha)的(de)工件時，應(ying)采(cai)用導熱較(jiao)好的(de)刀具(ju)材料，以使切削熱得以迅速傳出而(er)降低切削溫(wen)度。

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)(cai)料(liao)與加(jia)工(gong)對象的(de)化(hua)學性能匹(pi)(pi)配問題主要(yao)是指(zhi)刀具材(cai)(cai)料(liao)與工(gong)件材(cai)(cai)料(liao)化(hua)學親和性、化(hua)學反(fan)應(ying)、擴散和溶解等化(hua)學性能參數要(yao)相(xiang)匹(pi)(pi)配。材(cai)(cai)料(liao)不同(tong)的(de)刀具所適合加(jia)工(gong)的(de)工(gong)件材(cai)(cai)料(liao)有所不同(tong)。