陶瓷刀具的新品纳米金属陶瓷刀具
这是中国合肥工业大学材料学院开发的新型氧化铝基陶瓷刀具,在传统的Al2O3-TiC金属陶瓷中加入纳米材料TiN(氮化钛)和AlN(氮化铝)改性而成,可细化晶粒和优化材料力学性能。使用表明这是高技术含量及高附加值的新型刀具,可部分取代K20 (YG8)、P10 (YT15)等面广量大的硬质合金刀具,刀具寿命可提高2倍以上,生产成本则与K20 (YG8)刀具相当或稍低。
氮化硅陶瓷刀具涂层
Si3N4基陶瓷的韧性优于Al2O3基陶瓷,但其耐磨性稍差。切削铸铁时,Si3N4陶瓷刀具的后刀面磨损大于Al2O3陶瓷刀具;切削钢料时,Si3N4陶瓷刀具的月牙洼磨损较大。为此,国外在Si3N4基陶瓷表面上施以TiN、TiC、Ti(C、N)和Al2O3等涂层,可单涂层,也可用多涂层。图3所示为在Si3N4陶瓷上涂覆Al2O3和TiN多重涂层。经涂层后氮化硅刀具的磨损量为未涂层的1/3,使加工普通铸铁的切削速度达到200~ 1000m/min,且寿命更长。例如Sandvik公司的GC1690涂层氮化硅陶瓷刀具,在加工高强度灰铸铁时的进给量达0.4 mm/r,切削速度为500m/min。日本Seco公司的涂层Si3N4陶瓷刀具,切钢时抗月牙洼磨损的能力强,其切削速度可达Al2O3基陶瓷刀具的切削速度,但进给量却大于后者而接近涂层硬质合金刀具,可使材料切除率大大提高。
多相复合陶瓷刀具
如中国山东工业大学研制的ASW系列陶瓷刀具即属于这一类。ASW是采用热压工艺烧结制备的Al2O3/SiC(W,Ti)C多相复合陶瓷刀具材料,用其切削淬硬工具钢T10时,该陶瓷具有良好的耐磨性。试验表明,随着增强相SiC和(W,Ti)C的含量增加,材料的抗弯强度、断裂韧度和硬度均有一定程度的提高,而当SiC和(W,Ti)C的含量分别在10%~20%时,该陶瓷的综合力学性能最好,故生产中常用AS10W10和AS10W20等牌号。AS10W10表示其中含10% SiC和10% (W,Ti)C,以此类推。目前,对于多相复合陶瓷刀具材料的研究已涉及各种氧化物、氮化物、碳化物和硼化物陶瓷,并在材料性能与应用方面都取得较大进展。如瑞典Sandvik公司推出的CC650(内含7.5% TiC,22.5% TiN,2% ZrO2,0.2% MgO,其余为Al2O3)和德国Widia公司生产的Widalox H均属这一类,用其加工冷硬铸铁轧辊、淬硬高强度钢、硅锰钢、工具钢和不锈钢时,刀具后刀面磨损小,切削时能获得较小的表面粗糙度。
陶瓷与硬质合金的复合刀片
如中国开发的FH-1、FH-2牌号。FH型刀片的硬度为94-95HRA,抗弯强度为0.8-1.0GPa,断裂韧度为5.3-5.8MPa·m1/2,能承受冲击载荷,其特点是通用性好,适于淬硬钢和断续切削加工。Lellond公司开发出陶瓷与CBN的超硬复合材料,兼有上述两种材料优点,是高速加工高硬耐磨铸铁的理想材料。
TiB2基陶瓷刀具
这是美国佐治亚州理工学院利用自扩散高温合成工艺(Self-propagating High-temperature Synthesis-process, SHS)研制出的新型陶瓷刀具,其商品名为Advanced TiB2。它的硬度是氮化硅的2倍,密度是硬质合金的1/3,而显微硬度则比硬质合金高900~1000HV,其切削性能介于硬质合金和超硬材料CBN之间,用其铣削和车削黑色和有色金属、硬度大于52HRC的淬硬钢和高温合金等材料时,刀具寿命比硬质合金刀具长5~6倍。
此外,近年ZrO2基刀具陶瓷的性能提高也取得重要进展。ZrO2基陶瓷适于加工各种铝合金,包括硅含量高的硅铝合金。所以有人认为,TiB2基陶瓷、ZrO2基陶瓷与现在已在使用的Si3N4基陶瓷一样,可能成为未来的主要刀具陶瓷材料。
陶瓷与硬质合金的复合刀片
如中国开发的FH-1、FH-2牌号。FH型刀片的硬度为94-95HRA,抗弯强度为0.8-1.0GPa,断裂韧度为5.3-5.8MPa·m1/2,能承受冲击载荷,其特点是通用性好,适于淬硬钢和断续切削加工。Lellond公司开发出陶瓷与CBN的超硬复合材料,兼有上述两种材料优点,是高速加工高硬耐磨铸铁的理想材料。
TiB2基陶瓷刀具
这是美国佐治亚州理工学院利用自扩散高温合成工艺(Self-propagating High-temperature Synthesis-process, SHS)研制出的新型陶瓷刀具,其商品名为Advanced TiB2。它的硬度是氮化硅的2倍,密度是硬质合金的1/3,而显微硬度则比硬质合金高900~1000HV,其切削性能介于硬质合金和超硬材料CBN之间,用其铣削和车削黑色和有色金属、硬度大于52HRC的淬硬钢和高温合金等材料时,刀具寿命比硬质合金刀具长5~6倍
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