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新型陶瓷刀具材料具有无可比拟的优势

2014-9-16 9:02:50      点击:

刀具的性能是影响切削加工效率、精度、表面质量等的决定性因素之一。在现代化加工过程中,提高加工效率的最有效方法是采用高速切削加工技术;随着现代科学技术和生产的发展,越来越多地采用超硬难加工材料,以提高机器设备的使用寿命和工作性能。而陶瓷刀具则以其优异的耐热性、耐磨性和化学稳定性,在高速切削领域和难加工材料方面显示了传统刀具无法比拟的优势。新型陶瓷刀具更由于有很高的硬度(HRA93—95),从而可加工硬度高达HRC65的各类难加工材料,免除退火加工所消耗的电力和时问;可提高工件硬度,延长机器设备的使用寿命。陶瓷刀具的主要原料Al,0和si是地壳中最丰富的成分,可以说是取之不尽,用之不竭的,因此新型陶瓷刀具的应用前景十分广阔.
1 氮化硅基陶瓷刀具
1.1单一Si3N4陶瓷刀具
此类陶瓷刀具主要是以Mgo为添加剂的热压陶瓷。其硬度为9l一93HRA,耐磨性介于一般陶瓷和立方氮化硼之间,抗弯强度为0.7--0.85GPa,介于一般陶瓷和YT30之间,冲击韧度相当于Y130,耐热性可达1300—1400℃,具有良好的抗氧化性。此外,si陶瓷有自润滑性能,摩擦系数较小,抗粘接能力强,不易产生积屑瘤,且切削刃可磨得锋利。能加工出良好的表面质量,特别适合于车削易形成积屑瘤的工件材料,如铸造硅铝合金等。
1.2复台Si3N4陶瓷刀具
由于Si3N4陶瓷以共价键结合,晶粒是长柱状的,因此有较高的硬度、强度和断裂韧性,同时它有较小的热膨胀系数(=3×10-6/℃),所以有较好的抗机械冲击性和抗热冲击性。Si3N4刀具特别适合于铸铁、高温合金的粗精加工、高速切削和重切削,其切削耐用度比硬质合金刀具高几倍至十几倍。在汽车发动机铸铁缸体等加工中应用越来越普遍。但是si3N4陶瓷的硬度并不是特别高(HRA92.5),在加工硬度较高的工件时,如冷硬铸铁(HS65—80)、高铬铸铁(HSS0—9o)等,纯si3N4|陶瓷刀具的耐用度是较低的。为改善其耐磨性。加人TiCN、TiCN+TiN作为硬质弥散相,以提高刀具材料的硬度,同时保留较高的强度和断裂韧性,称为复合氮化硅陶瓷刀具。与单s3N4陶瓷刀具相比,复合氮化硅陶瓷刀具的抗氧化能力、化学稳定性、抗蠕变能力和耐磨性都有了很大提高,且易于制造和烧结。是今后陶瓷刀具的重点发展方向。
1.3Simon陶瓷刀具
目前许多国家竟相开发一种新型si基陶瓷刀具:赛隆(SiMon)刀具。赛隆刀具是英国LucasAyMon公司研制成功的一种单相陶瓷刀具,以si3N4为硬质相Al203为耐磨相,并添加少量助烧剂Y203,经热压烧结而成,有很高的强度和韧性(抗弯强度可达1200MPa,硬度达1800HV),SiMon陶瓷刀具具有良好的抗热冲击性能,与si3N4相比。SiMon陶瓷刀具的抗氧化能力、化学稳定性、抗蠕变能力与耐磨性能更高。耐热温度较高达1300℃以上,具有较好的抗塑性变形能力。其冲击强度接近于涂层硬质合金刀具,巳成功应用于铸铁和高温合金等难加工材料的加工。目前国际上赛隆(SiMon)陶瓷材料的研究非常活跃,在改进制备工艺,进行复相、超细颗粒、自增韧.刀具材料等的研制方面巳取得了较好的成果。
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